大壩面板止水系統(tǒng)中人工石粉的使用探究,水工材料論文

大壩面板止水系統(tǒng)中人工石粉的使用探究,水工材料論文摘要：在老撾南坎2面板堆石壩施工經(jīng)過中,工程所采用的粉煤灰中氧化鈣含量較高,受潮或遇水后硬化結(jié)塊,無(wú)法知足面板止水系統(tǒng)的自愈填堵功能要求,最終采用從砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的廢水沉淀池中直接獲取人工石粉替代面板止水系統(tǒng)中的粉煤灰。文章主要介紹了南坎2面板堆石壩止水系統(tǒng)中人工石粉的獲取方式方法、設(shè)計(jì)指標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)及施工應(yīng)用等情況,對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)和施工具有參考價(jià)值。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：面板堆石壩;止水;無(wú)粘性填料;人工石粉;Abstract：IntheconstructionofNamKhan2concretefacedrockfilldam(CFRD)projectinLaos,therequirementofcrackself-healingfunctioncannotbesatisfiedbytheflyashwithhighcalciumoxide,whichtendstohardenandagglomeratewhenexposedtomoistureorwater.Asolutionofreplacingflyashwithartificialstonepowderispresentedinthispaper.Theartificialstonepowdercanbeeasilyobtainedfromthewastewatersedimentationtankofthesandaggregateproductionsystem.Thespecificobtainingmethods,designindex,fieldtestandconstructionapplicationofartificialstonepowderareintroducedinthispaper,whichisagoodreferenceforthedesignandconstructionofsimilarprojects.Keyword：concretefacerockfilldam(CFRD);watersealing;non-viscousfiller;artificialstonepowder;1概述采用粉煤灰或粉細(xì)砂等無(wú)粘性材料作為面板接縫止水的自愈型填料,其目的是當(dāng)發(fā)生滲漏時(shí),能夠通過流動(dòng)封堵滲漏通道,多數(shù)面板壩工程中面板接縫止水的自愈型填料采用粉煤灰。老撾南坎2(NamKhan2)大壩為面板堆石壩,最大壩高136m,原考慮面板周邊縫及所有張性垂直縫的表層止水均設(shè)置粉煤灰作為自愈性填料,共需粉煤灰約2000m3。但工程使用的粉煤灰受潮后硬化結(jié)塊,在水中浸泡28天后,抗壓強(qiáng)度一般都大于3~5MPa,無(wú)法知足面板止水系統(tǒng)中自愈性填料的要求。工程附近直接獲取知足要求的天然粉細(xì)砂困難,從砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的廢水沉淀池獲取無(wú)粘性石粉比擬方便,但直接獲取的石粉能否知足自愈性填料的要求尚需研究。2人工石粉設(shè)計(jì)指標(biāo)分析工程主要根據(jù)無(wú)粘性填料止水的機(jī)理、規(guī)范的規(guī)定、特殊墊層料的級(jí)配和浸透系數(shù)等進(jìn)行了石粉設(shè)計(jì)指標(biāo)的分析研究。無(wú)粘性填料止水的機(jī)理就是當(dāng)面板止水一旦發(fā)生毀壞,浸透水流能夠?qū)⑻盍蠋肟p內(nèi),受底部反濾料的攔截,淤積在縫內(nèi),在滲水壓力長(zhǎng)期作用下密實(shí),滲漏量逐步減小,到達(dá)止水效果。要求填料本身要是無(wú)粘性材料,粒徑要足夠小,容易進(jìn)入細(xì)小的縫內(nèi);浸透系數(shù)至少要比反濾料小一個(gè)數(shù)量級(jí),才能在填料內(nèi)構(gòu)成較大的浸透壓力差,縮短自愈的經(jīng)過[1]。規(guī)范提出了覆蓋接縫外表的無(wú)粘性材料的最大粒徑應(yīng)小于1mm,其浸透系數(shù)至少應(yīng)比特殊墊層區(qū)反濾料的浸透系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí)的要求[1][[2]。根據(jù)無(wú)粘性填料止水的機(jī)理,特殊墊層區(qū)反濾料要能對(duì)細(xì)小的石粉起到反濾保衛(wèi)作用才能到達(dá)自愈止水效果,所以石粉和特殊墊層料的顆粒級(jí)配需知足反濾保衛(wèi)準(zhǔn)則。南坎2大壩特殊墊層料是由墊層料篩除粒徑大于40mm的顆粒而得,特殊墊層料最大粒徑為40mm,粗包線的D15為0.425mm,D85為26.15mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位浸透試驗(yàn)檢測(cè),特殊墊層區(qū)浸透系數(shù)為(3~5)10-4cm/s。經(jīng)分析研究后提出了南坎2大壩面板止水系統(tǒng)中石粉填料的設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求:(1)灰?guī)r開采經(jīng)過中含有較多的粘性泥土,會(huì)導(dǎo)致靠后的沉淀池中的石粉摻雜粘性泥土,影響石粉質(zhì)量和水流攜帶填料的效果。由于水流流速不同,各池沉淀的含泥量、顆粒細(xì)度和級(jí)配也不同,應(yīng)采用中間沉淀池中較純凈的灰?guī)r石粉,石粉中含泥量應(yīng)小于1%。(2)根據(jù)填料須被滲水帶動(dòng)流入縫隙的要求,石粉中小于0.075mm的含量應(yīng)到達(dá)40~60%,且細(xì)砂的最大粒徑應(yīng)小于1mm。(3)根據(jù)浸透穩(wěn)定和反濾保衛(wèi)要求,石粉屬均勻無(wú)粘性土,根據(jù)太沙基反濾準(zhǔn)則,要求保衛(wèi)料的D15小于或等于被保衛(wèi)料d85的4倍,即D15/d85燮4[3]。考慮材料的不均勻性和工程安全性,采用特殊墊層料的粗包線的D15計(jì)算出石粉中d85大于0.106mm,即石粉中大于0.106mm的顆粒含量要大于15%,這部分大顆?？杀惶厥鈮|層料控制不流失,以確保浸透穩(wěn)定。施工經(jīng)過中按大于0.1mm的顆粒含量大于15%的要求控制。(4)根據(jù)規(guī)范中快速自愈的防滲性要求,填料的浸透系數(shù)比特殊墊層區(qū)小一個(gè)數(shù)量級(jí),特殊墊層區(qū)浸透系數(shù)為(3~5)10-4cm/s,石粉在水下淤結(jié)后的浸透系數(shù)應(yīng)小于110-5cm/s。3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)及施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合砂石廢水處理,在下游河邊灘地上布置了4個(gè)并排的大容量廢水沉淀池,每個(gè)沉淀池容量達(dá)200m3,相鄰兩個(gè)沉淀池之間設(shè)置漫口將各沉淀池迂回串聯(lián)起來(lái),通過廢水收集槽將砂石生產(chǎn)廢水引排至沉淀池,經(jīng)過逐級(jí)沉淀獲取不同粒徑的細(xì)砂和石粉,清水直接排向下游河道。沉淀池的布置形式、池深及尺寸控制著水流的流速,進(jìn)而決定了各級(jí)沉淀池獲得的沉淀物的顆粒粗細(xì)和性能不同?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)工程所采用的粉煤灰和沉淀池的石粉進(jìn)行了相關(guān)檢測(cè)試驗(yàn),主要包括粉煤灰硬化結(jié)塊及結(jié)塊后的強(qiáng)度試驗(yàn),石粉的土工篩分試驗(yàn)、崩解試驗(yàn)及浸透試驗(yàn)等。(1)為了解工程所采用粉煤灰的特性,將粉煤灰裝袋后分別浸泡于水中和置于露天,觀察粉煤灰的硬化經(jīng)過,并測(cè)試其結(jié)塊后的強(qiáng)度。通過試驗(yàn)表示清楚,泰國(guó)粉煤灰氧化鈣含量較高,在潮濕狀態(tài)下逐步結(jié)塊硬化,在水中能繼續(xù)硬化產(chǎn)生強(qiáng)度,一般在7天后就能產(chǎn)生強(qiáng)度,在水中浸泡28天后,抗壓強(qiáng)度一般都大于3~5MPa。(2)石粉的土工篩分試驗(yàn)成果表示清楚,1號(hào)池的石粉顆粒較粗,小于1mm約占70%,小于0.075mm約占14%,達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo);2、3號(hào)池中的石粉質(zhì)量較好,小于1mm的均可到達(dá)98%以上,小于0.075mm的顆粒占40~50%(未到達(dá)粉煤灰的細(xì)度),大于0.1mm的顆粒占20~30%,知足設(shè)計(jì)指標(biāo);4號(hào)池的石粉較細(xì),最大粒徑小于1mm,小于0.075mm的含量約占65%,但含泥量偏多。(3)現(xiàn)場(chǎng)浸透試驗(yàn)表示清楚,2、3、4號(hào)池的石粉在水下沉積淤結(jié)后的浸透系數(shù)較小,一般小于110-5cm/s。(4)石粉在施工期間會(huì)板結(jié)成塊,為了解水庫(kù)蓄水后石粉遇水的崩解情況,將石粉脫水后成塊狀,浸泡于水中,一般10多分鐘就自然崩解溶化水中。通過試驗(yàn)檢測(cè)表示清楚,2號(hào)和3號(hào)池的石粉質(zhì)量較好,各項(xiàng)指標(biāo)均知足要求,可作為石粉填料的采集池?，F(xiàn)場(chǎng)采用反鏟式挖掘機(jī)從廢水沉淀池中挖取石粉,自然堆放至微干,再采用自卸式汽車運(yùn)送至壩前,采用人工裝袋至施工部位。面板表層柔性止水、保衛(wèi)鋼罩分段施工完成后,采用人工向土工織布內(nèi)裝填石粉,利用木棍逐層夯實(shí)。石粉脫水后易板結(jié),為便于裝填和夯實(shí),石粉不宜完全鋪開曬干,含水率在5~10%為宜。4結(jié)束語(yǔ)在老撾南坎2水電站工程建設(shè)經(jīng)過中,通過對(duì)大壩面板止水系統(tǒng)中石粉填料設(shè)計(jì)指標(biāo)的分析研究、試驗(yàn)檢測(cè)及施工應(yīng)用,表示清楚從砂石骨料系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水沉淀池中直接獲取的灰?guī)r石粉作為混凝土面板堆石壩的面板表層無(wú)粘性止水填料是可行的,實(shí)際應(yīng)用效果好,此方式方法既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。值得注意的是,采用人工石粉替換粉煤灰作為面板止水系統(tǒng)的無(wú)粘性填料時(shí),需根據(jù)特殊墊層料的顆粒級(jí)配等對(duì)人工石粉的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析研究,并對(duì)石粉的顆粒級(jí)配、含泥量、浸透性及水下崩解時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)。若采用砂石骨料廢水沉淀池來(lái)獲取石粉填料,應(yīng)根據(jù)石粉顆粒級(jí)配要求設(shè)置多個(gè)串聯(lián)的大容量沉淀池,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況,及時(shí)清理池中石粉,以確保獲取知足要求的石粉。以下為參考文獻(xiàn)：[1]DL/T5115-2008.混凝土面板堆石壩接縫止水技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社,2008.[2]DL/T5016-2018.混凝土面板堆石壩設(sh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