宝泉抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板接头施工技术研究.pdf

水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第 7期 宝泉抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板 接头施工技术研究 杨伟 才 ，郭慧黎 ，关遇 时 ，张福成 ( 1 中国水利水电科学研 究院，北京 1 0 0 0 3 8 ；2 北京市水利设计研究院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要 ：宝泉抽水蓄能电站上水库主坝和库岸周边采用沥青混凝土面板防渗，库盆底部采用粘土铺盖 防渗，接 头部位形式复杂，施 工难度较 大。因此 ，工程接头部位的施工采用 了国内的柔性滑动止水材 料和特殊的止水结构形式。在施工中遇到 了柔性 滑动材料 的粘结和楔形体填充材料等问题并得 以解 决。相信 ，这对以后类似工程会有实际的借鉴意义。 关键词 ：宝泉抽水蓄能电站 ；沥青混凝土面板 ； 接头结构；施工技术 中图分类号 ：T V 7 4 3 ( 2 6 1 ) 文献标识 码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 5 9 0 5 S t u d y o n j o i n t c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f a s p h a l t - c o n c r e t e f a c i n g f o r u p p e r r e s e r v o i r o f B a o q u a n Pu m pe d S t o r a g e Hy dr o po we r S t a t i o n YANG W e i c a i ， GUO Hu i l i ， GUAN Yus h i ， ZHANG Fu c he n g ( 1 C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s H y d r o p o w e r R e s e a r c h ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a ； 2 B e i j i n g I n s t i t u t e o f Wa t e r ，B e r i n g 1 0 0 0 4 4，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e a n t i - s e e p a g e s f o r t h e ma i n d a m a n d t h e s u r r o u n d i n g b a n k s l o p e o f t h e u p p e r r e s e r v o i r o f Ba o q u a n P u mp e d S t o r - a g e Hy d r o p o w e r S t a t i o n a r e ma d e wi t h t h e a s p h a l t c o n c r e t e f a c i n g s ，w h i l e t h e a n t i s e e p a g e for t h e b o t t o m o f t h e r e s e r v o i r i s m a d e w i t h c l a y b l a n k e t ， t h u s t h e j o i n t p a t t e r n b e t w e e n t h e m i s c o m p l i c a t e d w i t h l a r g e r c o n s t r u c t i o n d i ffic u l t y T h e r e f o r e ， the d o me s t i c fl e x i b l e -s l i d i n g wa t e r s t o p p i n g ma t e ria l a n d s p e c i a l wa t e r - s t o p p i n g s t r u c t u r e s a r e a d o p t e d for t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e j o i n t D u ri n g t h e c o n s t r u c t i o n ， t h e p r o b l e m s f r o m b o t h t h e b o n d i n g o f the fl e x i b l e - s l i d i n g w a t e r s t o p p i n g m a t e ri a l a n d t h e w e d g i n g fi l l i n g ma t e r i al a r e e n c o u n t e r e d a n d s o l v e d I t i s b e l i e v e d t h a t i t h a s r e f e r e n c e s i g n i fi c a n c e f o r t h e s i m i l a r p m j e c t s i n t h e d a y s t o c o me Ke y w o r d s ：B a o q u a n P u m p e d S t o r a g e H y d r o p o w e r S t a t i o n ； a s p h a l t c o n c r e t e f a c i n g ； j o i n t s t r u c t u r e ； c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y 1 工程概况 宝泉抽水蓄能电站装机容量 43 0 0 M W，上水 库工程主要包括大坝 、库区防渗 、库底排水、浆砌石 副坝 、排水洞和上库环库公路及边坡工程等组成。主 坝为沥青混凝土面板堆石坝 ，最 大坝高 9 4 8 n l 。副 坝为浆砌 石重力 坝 ，坝 顶长度 2 0 1 1 n l ，最 大坝 高 4 3 9 IT I o 沥青混凝土防渗面板总面积约 1 6 6 2 0 0 1T I ；沥青 混凝土面板为简式 防渗结构 ，自上而下分别为 2 n l m 沥青玛蹄脂 封闭层 ，1 0 c m沥青混 凝土 防渗层和沥 W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e r i n g V o 1 4 3 No 7 青混凝 土 1 0 e m整平胶结层 。面板局部加强部位 的 防渗层结构为 1 0 c m防渗层 、加强网格和 5 c m防渗 层 。沥青混凝土 面板 最大 斜 面长 度 约 8 2 m，坡度 1：1 7。 宝泉上水库 主坝和库岸周边采用沥青混凝土面板 防渗 ，库 盆 底 部采 用 粘 土铺 盖 防渗 ，这是 继 美 国 L U D I N G T U N工程之后 ，世界上第二个采用此类联合 防渗结构 的工程 。因库岸和坝坡 采用沥青混凝土 防 收稿 日期 ：2 0 l 1 0 7 1 8 作者简介：杨伟才 ( 1 9 7 9 一 ) ，工程师 ，硕士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的沥青混凝土楔形体。铜片采用特种粘接剂连同水泥 混凝土压条一起粘结在岸边混凝土接墙上 ，铜片鼻子 内部及上方设置沥青接缝密封胶条 。顶部采用沥青混 凝土回填平整 。这种接头形式 由于设置 了楔形体 ，延 长了接触渗径 ，同时止水铜片或止水橡胶板阻止了沥 青混凝土开裂造成的渗漏 。因此这种形式对国内是值 得借鉴的 。 国内早期的几个沥青混凝土面板工程均出现过由 于接头部位沉降过大 、或滑动接头滑动能力不够等因 素造成的沥青混凝土面板与岸边接头或沥青混凝土面 板与其他刚性建筑物连接处裂开。南谷洞水库加固前 检查发现岸边接头有约 1 5 0 1T I 长的裂缝。车坝河水库 沥青混凝土面板在建成运行 2年后检查发现 9条贯穿 性裂缝 ，基本位于斜墙与刚性建筑物接头部位及其附 近部位 ，天荒坪抽水蓄能电站上库也出现过接头部位 渗漏的问题。 因此，沥青混凝土面板与刚性建筑物之间的连接 问题是值得深入探讨 ，在工程中需要不断总结研究。 3 宝泉沥青混凝土接头结构型式 宝泉工程接头部位 采用滑动接头形 式 ，通 过释 放沥青混凝 土和 刚性 混凝土 结构之 间 的约束作用 ， 以适应 两者 之 间 的不 均 匀位 移 。相关 实 验研 究 表 明 ，采用此型式可有效 降低 面板 的拉 应力和拉应 变 ，使 面板在较小 的拉应力和拉应变状态下发 生滑 动 ；可防止面板 发生 开裂 ，出现渗 漏。根据设 计 ， 接头结构在填筑部位 自下 而上一般 为 1 0 c m 的整平 胶结层 、细粒料沥青 混凝 土、5 e m 的防渗加 厚层 、 加强网格 、1 0 e m的防渗层和 2 mm的封闭层 ；接头 结构在与混凝 土连接部位 自下而上一般 为 3 IT l m 的 B G B塑性止水材料 ( 粘土覆盖 部位 以上 部位 的接 头 的 B G B厚度为 6 mm) 、5 c m的防渗加 厚层 、加强 网格 、1 0 c m的防渗层和 2 am的封闭层 。接头部位 最陡区域的坡 比为 1 ： 1 7，分别位 于副坝岸坡部位 的接头 、岸坡底部面板与廊道之间 的接头 、进 出水 口顶部的接 头和库坝分界处 的接头 ，其 中以副坝岸 坡部位的接头 的难度最大 ，其在 1： 1 7斜坡上 的接 头长 度 达 约 5 5 m。 工程 中主要有 以下几种连接 形式 ：( 1 ) 面板与 库底排水廊 道 的连接 ；( 2 ) 面板 与副坝岸坡 和进 出 水 口钢筋混 凝土建筑物 的连 接 ；( 3 ) 面板 与库 顶 的 连接 。 3 1 面板与库底排水廊道的连接 宝泉工程沥青混 凝土面板与库底 廊道连接长度 水利水电技术第 4 3卷2 0 1 2年第7期 杨伟才， 等宝泉抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板接头施工技术研究 约 1 2 0 0 I l l ，为了适应基础 的不均匀沉 降 ，防止在 面板与廊道接头部位发生渗漏 ，在面板 与库底 排水 廊道交接部位 垫层料面 由坡度 1： 1 7变为 1： 1 3 ， 设置一个楔形体 ，铺 筑细粒料 沥青混凝土 ，面板与 廊道混凝土面搭 接部位采用滑动接头 ，自上而 下分 别为 2 m m封闭层 、1 0 c m防渗层 、加强网格 、5 c m 防渗加厚层 、3 m m B G B塑性止 水材 料 、乳 化沥 青 粘接层。面板与混凝 土接 头端部 采用砂质 沥青 玛蹄 脂灌缝( 见 图 5 ) 。 塑宣 堕堕塑 星 沥青混凝土防渗层1 O 0 h i m 沥青混凝 ： 防渗层5 O mi l l 细粒式沥青混凝土楔形体 沥青混凝土整 平胶结层 1 O 0 mm 沥青混凝土防渗层1 O 0 mm 逝壹遏鳖堕鎏屋 塑性止水材料 塑 青混 塑性填 图5 库底排水廊道接头部位结构示意( 单位：m m) 3 2面板与副坝岸坡和进 出水 口钢筋混凝土建筑物 的连接 在副坝和进 出水 口部位 ，沥青混凝土 面板 和岸 坡混凝土搭接部 位沿纵 向连接 总长约 1 8 0 in，单 条 纵 向最长约 5 5 m。在连接部位也设置了细粒料沥青 混凝土楔形体 ，以适应岸坡与沥青混凝 土面板 之间 的不均匀沉降 ，结 构形式 与库底 接头形 式类 似 ，为 了保证 B G B与混 凝土 的粘 结 ，纵 向段使用 B G B专 用粘接剂 S K底胶作为粘结剂 。具体结构形式如图 6 所列。 3 3 面板与库顶的连接 面板与坝顶的连接形式 ，面板在坝顶采用反弧形 式 ，与库顶防浪墙相接。防渗层与整平胶结层之间加 铺一层加强网格 ，防止面板被拉裂。接缝处 为 V型 槽 ，采用砂质沥青玛蹄脂嵌缝 ，防止表面水由接缝处 进人防渗面板层 间。具体形式见 图 7 。 4 连接材料的性能 与国内已建和在建 的抽水蓄能电站沥青混凝土面 板工程相 比，本工程采用沥青混凝土面板和粘土联合 防渗的方式 ，存在大量的接头结构 ，因此 ，接头结构 的材料性能是否满足设计要求十分重要。 61 土 填 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨伟才， 等宝泉抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板接头施工技术研究 图 6沥青混凝土面板与副坝接头形式 示意 ( 单位 ：mm) 图 7 沥青混凝土面板与库顶的连接形式 宝泉工程要求 防渗层 沥青混凝 土空 隙率不大 于 3 ，渗透系数不 大于 1 X 1 0 c m s ；整平胶结层 的 空隙率为 1 0 1 4 ，渗透 系数 为 1 X 1 0 1 X 1 0一 c ms 。 本工程要求马歇 尔试件 在 1 ： 1 7的斜坡上加热 到 7 O、4 8 h的流淌值小于 0 8 mm。整平胶结层一 般采用热稳定性系数进行控制 ，热稳定性 系数 K T是 沥青混凝土试件在 2 0的抗压强度 。 与 5 0的抗 D 压强度 R 。 的 IZ值 ，即 K T= 。其值越小 ，说明沥 t r l t 5 0 青混凝土强度 随温度变化越小 ，热稳定性越好 。本 工程规定整平胶结层的 不大于 4 5 。经室 内试验 和室外试验 ，最终 确定 的沥青混凝 土的配 比如表 1 所 列 表 1 宝泉沥青混凝配合比 沥青含量 最大粒径 通过率 类别 2 3 6 IT IT O 6 mit t 0 07 4 n l ll l 整平层 4 l 9 O 2 8 8 1 4 3 6 3 防渗层 7 l 3 2 5 1 6 2 6 5 l 1 3 细粒料 8 9 5 6 0 3 l 1 3 7 本工程采用滑动接 头形式 ，具体结构如前所述 。 其 中 B G B塑性止水材料的性能指标见表 2 ，其在我 国许多水 电工程止水结构 中已经得到广泛的应用 。中 国水利水电科学研究院进行了专门的接头滑动试验和 接头滑移渗透试验 ，试验结果表明_ 2 ： B G B塑性材料 可在较小的滑动位移下对沥青混凝土面板的拉应力和 拉应变进行调整 ，确保面板在滑移过程中不开裂。并 且在 1 MP a的水压力和不大于 0 7 6缝长 比作用下不 漏水 。B G B材料性能见表 2 。 表 2 B GB型塑性止水材料性 能指标 检验项 目 检验指标 流淌值 ( 7 O ，7 5 。 倾角 ， 4 8 h ) ram 0 9 密度 g c m。 1 4 2 针人度 0 1 mm l 0 4 冻融试验 ( 3 0 0次冻融循环 ) 材料粘接 面完好 抗渗性 ( 3 mm厚 ，4 8 h ) MP a 1 0 2 断裂伸长率(一1 0 ) 1 6 4 钻孔取芯与热沥青混凝土及 与热沥青混凝 土及水泥混凝土的粘接 水泥混凝土的粘接完好 5 接头部位的施工工艺 5 1施工 工序 接头部位的施工工序 主要有 以下步骤 ：廊道混 凝土基面清理一 与细粒料接触 的廊道混凝土表 面及 整平层表面涂刷乳 化沥青 一 与 细粒 料接 触 的廊 道 混凝土表面粘贴 B G B塑性止水 填料 一 细粒 料沥青 混凝土摊铺一 与 防渗加 厚层接 触 的廊道 混凝 土表 面涂刷乳化沥青 一 与防渗 加厚 层接 触 的廊道 混凝 土表面 粘贴 B G B塑 性 止 水填 料 一 防 渗加 厚 层 施 工 。 5 2 施工技术要求 廊道混凝土基面清理 ：对廊道混凝土表面进行处 理。采用钢丝刷打磨 ，湿抹布擦拭干净 ，将混凝土表 面的灰尘 、松动部分 、废渣 、外露钢筋及粘着污物等 全部清除干净 ，并使表面干燥 ；整平层沥青混凝土和 廊道混凝土表 面涂刷乳 化沥青 ，涂刷量为 l k g m ； B G B塑性 止水填料 粘贴。待 乳化沥青 充分 干燥后 ， 将 B G B塑性填料直接粘贴在乳化沥青上 ，并保 留表 面的不粘纸 ，直到铺设沥青混合料时方才去除。B G B 板之间采用搭接连接 ，搭接宽度 为 1 c m。B G B塑性 填料板 的厚度为 3 m m。 摊铺温度应为 1 6 01 8 0。初碾温度应不低于 1 4 0 q C，终碾温度应不低于 1 0 0。摊铺楔形体下部 各层时 ，压实采用大小夯板结合的方式。初碾采用小 夯板压实 2遍。终碾采用大夯板压实 4遍。摊铺楔形 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第7期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 体上部表面 23层 时，碾压 采用振动碾碾压 4遍。 靠近廊道振动碾无法触及的部分 ，仍用大夯板压实 4 遍。现场应备有保温苫布 ，一旦发生意外情况不能按 时碾压 ，应立 即对摊铺表面铺盖苫布保温 ，以减缓沥 青混凝土的降温速度。 6 施工中出现的问题及解决方法 6 1 B GB塑性填料与普通混凝土的粘结问题 根据设计要求 ，首先采用 了热沥青作 为 B G B填 料与廊道混凝 土 的粘接 剂 ，但在施 工过程 中发 现 ， 廊道混凝土表面上的防渗层沥青 混合料在摊铺碾压 中发生带动 B G B塑性材料一起 向下滑动的现象 ，从 而造成 部分加 厚 区 防渗层 出现横 向裂 缝 。后经 室 内试验 和现场 分 析 ，认 为底 部沥 青 粘接 剂 在受 热 情况下形 成滑 动面是 造成 沥 青混 凝 土开 裂 的主 要 原 因 。 后改为采用乳化沥青作为粘结材料与热沥青进行 了室内和现场对 比试验 ，采 用 B G B+乳化沥青 的方 案没有出现裂缝 ，故最终确定使用乳化沥青作为塑性 填料与廊道混凝土粘结剂 。在副坝岸坡部位 的接头 、 进出水 口顶部的接头及交通洞周围的接头处 ，为 了增 加 B G B与混凝土之间的粘结能力 ，采用 B G B塑性材 料专用 的双组分 S K粘接剂粘贴。其性能指标见表 3 。 表 3 S K底胶检测成果 检测项 目 标准 检测结果 黏度 MP a s 3 5 0 4 5 0 3 8 3 胺值 5 5 0 _ 6 5 O 5 4 0 抗拉强度 ( 7 d龄期 ) MP a 7 8 8 9 粘接 7 d干面粘接强度 MP a 3 5 3 9 2 强度 7 d湿面粘接强度 MP a 2 2 3 9 1 9 5 o C高 温 下 不 流 淌 可耐热温度 1 9 O B G B不产生滑动 实践证明效果很好 ，没有再发生沥青混凝土面板 滑动的现象。 6 2楔形体的填筑问题 原设计楔形体填 筑采用沥青砂浆材料 ，参 考以 往工程的经验 ，沥青砂浆斜坡稳定性较差 ，容 易出 现流淌鼓包问题 ，并且难 以解决 。由于宝泉 工程坡 度较陡 ，纵 向达 1- 1 7，库底 与廊 道连接部位 达到 1 ： 1 3 ，且在进 出水 口和 副坝接头部位楔 形体顺坡 向较长 ，最长达 5 5 m，如采用沥青砂浆将难以保证 面板的斜坡稳定。因此 ，在施工单位 的建议 下 ，决 定将沥青砂浆改 为细粒料沥青 混凝土。细粒料 沥青 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第 7期 杨伟才， 等宝泉抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板接头施工技术研究 混凝土的技术要求见表 4 。 表 4 细粒式 沥青 混凝土技术要求 项 目 技术指标 检测标 准 说明 孔 隙率 1 O 抗压 强度 MP a 1 0 I D 7 1 3 _2 0 0 0 2 0 热稳定系数 4 5 T 0 7 1 3 _2 0 0 0 弯 曲应变 3 4 r o 7 l 5 _ 2 O O 0 2 ，试 验速度 0 5 mm m i n 根据技术要求 ，进行了细粒料沥青混凝土配合比 试验 ，并提出了配合 比，室内试验结果表明，除空隙 率外 ，其余指标均满足技术指标 的要求。具体结果见 表 5 。 表 5 细粒式沥青混凝土指标测试结果 沥青含量 空隙率 抗压强度 热稳定 弯 曲应变 斜坡流 MP a 系数 淌值 m m 8 0 1 4 1 4 5 1 7 3 O 9 0 5 3 4 在施工过程 中，由于细粒料沥青混凝土沥青含量 较大 ，容易发生鼓包流淌 ，因此需分层摊铺压实 ，一 般每层不超过 1 0 c m，压实采用振动夯和振动碾结合 方式。在本工程 中，没有出现由于细粒料原 因导致面 板鼓包的问题。说明采用细粒料沥青混凝土较好地解 决了面板楔形体填充材料问题。 7 结语 宝泉电站沥青混凝土面板工程是世界上第二个采 用沥青混凝土面板 +库底粘土联合防渗方式的水电工 程 ，其接头结构形式复杂 ，因此 ，对其接头部位进行 研究关系到整个工程防渗体系的成败 ，对确保工程的 安全运行具有十分重要 的意义。宝泉工程接头部位 的 施工采用了国内的柔性滑动止水材料和特殊的止水结 构形式 ，在施工中遇到了柔性滑动材料的粘结和楔形 体填充材料等问题并得 以解决。相信对 以后的工程将 会有实际的借鉴意义。 参考文献 ： 1 岳跃真，郝巨涛，等 水工沥青混凝土防渗技术 M 北京： 化学 工业 出版社 ，2 0 0 7 2 郝 巨涛 ，刘增宏 ，瞿扬 沥青混凝土防渗面板滑动接头的试验 研究 J 中国水利水电科学研究院学报， 2 0 0 7 ， 5 ( 1 ) ： 3 3 - 3 8 3 郝 巨涛 ，孙志恒 ，等 沥青 混凝土 防渗及其施工技术报告 ：碾 压式 沥青混凝土施工技术研究 R 北京 ：中 国水利水 电科学 研究 院，2 0 0 4 4 S D 2 2 O 8 7，土石 坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范 ( 试行 ) S ( 责任编辑欧阳越) 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m