尼勒克一级水电站渠道沥青混凝土防渗面板衬砌施工技术.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 O年第6期 尼勒克一级水 电站渠道沥青混凝土 防渗 面板 衬 砌 施 工 技 术 田 欣 ( 1 国电新疆吉林台水电开发有限公司，新疆 乌鲁木齐 张 福 成 8 3 0 0 0 2 ；2 中国水利水 电科学研究院，北京 1 0 0 0 3 8 ) 关键词：径流引水式电站 ；沥青混凝土；渠道防渗 ；渠道衬砌 ；尼勒克一级水电站 中图分 类号 ：T V 7 3 2 6 ( 2 4 5 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 4 7 0 3 1 沥青混凝土衬砌在国内外的发展趋势 沥青混凝土作为衬砌材 料 ，具 有无毒 ，渗 透系 数小 ，抗老化性能好 ，适应基础变形能 力强 ，无 需 设置 接缝 ，无 需 后期 养 护 ，施 工 速度 快 、易 于 修 补 、保温性好等特点 ，可以缓解 或解决渠道冻胀 的 问题 。 国外沥青混凝 土衬砌渠道 的水利用 系数 可达到 0 9以上 ，在德 国等欧洲 国家以及 日本 ，沥青混凝土 渠道衬砌 已被广泛应用 ，发展极为迅速。但 目前我国 在渠道防渗工程中应用沥青混凝土衬砌较少 ，我国很 多大型的渠道 目前都采用水泥混凝土衬砌 ，如南水北 调工程。水泥混凝土衬砌由于 自身特点存在开裂 、冻 胀 的问题 ，同时在结构上需要设置接缝及止水 ，施工 速度慢 ，需要过多的后期养护与维修 ，有些渠道破坏 后，因修补相当困难 ，造成很大的水资源浪费和经济 损失 。 2 尼勒克级水电站渠道沥青混凝土试验概况 尼勒克一级水电站位于新疆伊 犁喀什河尼 勒克 盆地河段 ，为径流引水 式 电站 。水 电站拦河 引水 枢 纽距上游 已建 的吉林 台一级水 电站约 8 k m，距在建 的吉林 台二 级水 电站 1 7 k m，距 尼勒克 县 2 4 k m。 水 电站厂房位 于尼勒 克县 城 以西 8 k m处。水 电站 总装机容量 2 2 0 M W，设 计流量 为 1 3 8 8 m s ，发 电水头 1 8 4 5 m。水电站由拦河引水枢纽、引水系统 、 压力前池 、压力管道 、泄水陡坡、电站厂房 、尾水渠 等组成 。拦河引水枢纽设计引水位 1 2 3 3 9 0 m，动力 引水渠道长 3 0 8 9 6 k m( 包括 1座渡槽 0 4 4 k m) ，纵 W a t e r Re s o u r ce s a n d Hy d r o p o wer En g i n e e r i n g Vo l 4 1 No 6 坡为 1 4 0 0 0 ，前池设计水位为 1 2 2 5 3 2 1 m。 尼勒克一级水 电站发 电输水 明渠是关键建筑物， 要求全年运行。输水渠道全长约 3 0 k m，沿线地质条 件复杂，其中冻胀土 ( 未计入黄土 ) 段长 4 0 3 7 2 m， 占总 渠 长 1 3 ；膨 胀 岩 段 长 3 8 9 7 m，占总 渠 长 1 3 ；湿陷性黄土段长 7 6 5 3 m，占总渠长 2 4 8 ； 混凝土腐蚀性 渠段 ( 含土砂砾石 Q 地层 ，未计人黄 土腐蚀性渠段 ) 长 8 2 8 9 m，占总渠长 2 6 8 。冻胀 土、膨胀岩、湿 陷性黄土等渠段对渠道防渗提出较高 要求 ，同时要求渠道能适应一定变形 ；混凝土腐蚀性 渠段对渠道抗防腐提出要求。 沥青混 凝土板 防渗形 式具有 以下 突出 的特点 ： ( 1 ) 自身抗 冻性 优 于混 凝 土 ，还 可缓 解 冰层 堆积 ； ( 2 ) 施工质量易于保证，不会 出现局部缺陷导致渗漏 的现象 ；( 3 ) 适应基础变形能力强 ；( 4 ) 糙率系数较 小，可适当减少渠道开挖断面或水力坡降；( 5 ) 具有 较强的抗侵蚀能力和耐久性 ；( 6 ) 修复快捷维护费用 低 ；( 7 ) 较好 的施工环保性 ，可减少砂砾石骨料用量 和工程料场征地面积。 由于本工程地处严寒地区，多年平均气温 6 0 o C， 极端最高气温 3 7 9 o C( 1 9 7 9年 8月 3日) ，极端最 低气温 一 3 9 9 o C( 1 9 6 9年 1月 2 8日) 。为保证输水 渠道冬季运行 的安全稳定 ，检验沥青混凝土衬砌相 对于混 凝土 衬 砌 的技术 优势 ，2 0 0 8年 8月 1日 2 0 0 9年 1 2月 3 1日在尼勒克一级水 电站引水渠所 在 地进行 了沥青混凝土衬砌摊铺试验 ，以论证沥青混 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 - 2 6 作者简 介：田欣 ( 1 9 7 3 一 ) ，工程师。 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 田欣， 等尼勒克一级水电站渠道沥青混凝土防渗面板衬砌施工技术 凝土衬砌形 式用 于尼 勒克一 级水 电站 渠道 的可 行 性 。 摊铺试验前拟定 的试验方案为 ，采用 2种衬砌 厚度 ，衬砌结构包括 沥青 昆凝土防渗层和改性沥青 玛蹄脂封闭层 。沥青混凝土骨料采用当地石灰石骨 料经破碎和筛分 而成。具体试 验 内容如下 ：( 1 ) 研 究沥青混凝土衬砌方案的施工技术可行性 ；( 2 ) 研 究沥青混凝土衬砌方案对现场渠基 的适应性 ；( 3 ) 研究试验沥青混凝土衬砌方 案 的跨冬 季运行性 能； ( 4 ) 提 出沥青混凝土衬砌方案机械化施工 的可行性 论 证 。 3 渠道沥青混凝土试验的开展与实施 3 1 试验场地的选择 经多方讨论及多次现场考察 ，选定尼勒克一级水 电站引水渠线桩号 1 0+ 4 6 6 8l 0+ 6 6 6 8 ( 长 2 0 0 m) 渠段作为本次沥青混凝土衬砌试验场地一，命名为基 坑 l ，编号 J K 1 。该试验段属于黄土渠段 ，位于一片 旱 田里，地质条件有一定代表性。试验段紧邻 3 1 5省 道 ，交通便利。高压线路平行渠线 ，供 电容易解决。 有一条引水农渠横穿试验渠段 ，可以为后期渠段试验 蓄水提供便利。另外 ，根据蓄水观测需要 ，在吉林 台 水电站营地附近山谷 中选择一场地作为试验场地二 ， 命名为基坑 2 ，编号 J K 2 。 3 2 渠道沥青混凝土防渗面板衬砌结构形式 渠道沥青混凝土衬砌结构 自上而下依次为( 见图 1 ) ：( 1 ) 2 mm改性沥青封闭层 ；( 2 ) 5 c m或 4 c m水 工沥青混凝土防渗层 ；( 3 ) 2 c m沥青混凝土整平胶结 层 ；( 4 ) 乳化沥青层 ；( 5 ) 6 0 c m厚砂砾 料 回填 体 ； ( 6 ) 开挖土体层。 图1 渠道沥青混凝土衬砌建议结构( 单位 ：m m) 3 3 原材料的选择 沥青混凝土骨料选用当地水泥厂提供的石灰石石 屑，此骨料粒径约在 1 1 0 m m之间，可以满足防渗 层粗 、细骨料的基本要求 ，采用当地砂砾料经破碎形 成的 2 0 mm以下的骨料来解决石灰石石屑对于整平 层粗骨料不足的问题。细骨料除采用石灰石石屑中偏 细部分 以外 ，还采用河砂补充。填料采用当地水泥 。 防渗层用沥青采用克拉玛依水工沥青、封闭层用沥青 采用克拉玛依 IB型改性沥青 。室 内进行了防渗层 和封闭层配合 比试验。由于设计有水泥砂浆垫层，从 经济角度考虑 ，不设整平层 ，所以未进行整平层配合 比试 验 。 3 4 试验场地开挖及渠道坡面整平与碾压 由于沥青混凝土混合料是依靠机械在垫层料面上 摊铺和碾压 ，垫层料面的平整度及压实度对于沥青混 凝土的摊铺碾压质量至关重要。试验段 的基坑采用 P C 3 0 0挖掘机、5 0装载机开挖及垫层料的填筑，人 工配合反铲修坡 ，由装载机牵引 8 t 双钢轮振动碾 、 2 5 t 单钢轮振动碾实施贴坡碾压。碾压过程 中要在 垫层料上适当洒水 ，才能保证碾压 质量。碾压完成 后 ，在坡面喷洒乳化沥青，喷洒量按 2 k g m 控制。 乳化沥青的作用是保护垫层面，改善垫层与沥青混凝 土之间的粘接。 3 5沥青混凝土衬砌施工 沥青混合料采用 L B一1 3 0 0拌和楼拌制。沥青混 合料生产时 ，沥青加热温度按 1 5 01 7 0控制，骨 料加热温度按 1 8 02 0 0 o C控制 ，沥青混合料出仓温 度按 1 6 01 8 0 o C 控制。 沥青混合料采用人工摊铺、3 t 双钢轮振动碾碾压， 振动碾用牵引台车牵引。碾压温度按不低于 1 0 0 o C 进行 控制。碾压方式为，先静碾 1遍，再 动碾 1遍，共 2 遍。动碾时上行振动 ，下行不振动。J K 1试验段距拌 和站较近 ，沥青混合料采用 5 0装载机直接接料 、运 送 、卸料。J K 2试验段距离拌和站运距约 1 5 k m，且 气温较低 ，采用 2辆 1 0 t 自卸汽车运料 ，自卸汽车采 用保温措施保温。 防渗层施 工完毕后 ，在防渗面板表面涂刷封 闭 层 。其主要 目的是防止沥青混凝土防渗层在光照和大 气作用下 的老化。封闭层沥青玛蹄脂 由沥青 与矿粉 ( 或水泥) 按一定 比例热拌而成 。其 中沥青的性能尤 其重要。封闭层应粘附在防渗层上面 ，并在斜坡上保 持稳定，高温时不流淌 ，低温时不开裂。 本次试验中，封闭层沥青玛蹄脂所用沥青为克拉 玛依 I B改性沥青 ，矿料采用尼勒克广林水泥厂生产 的3 2 5级普通硅酸盐水泥，沥青与水泥按 0 3 5： 0 6 5 的比例( 质量比) 进行人工热拌 ，拌和温度按照 1 9 0 2 0 0 o C 控制。拌制好的沥青玛蹄脂经桶装运至作业面， 由人工采用刮板进行刮涂 ，刮涂厚度按 2 m i l l 控制。 ( 下转第 5 l页) 水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 上升期 、水位下降期 ，综合评价水位上升和下降的速 率对面板 的保护问题极少关注。一些参考资料上的模 型也只是简单 的说明问题 ，并且多年没有新的进展 ， 极少具有指导运行的意义。 二是监测仪器开发和研制进展较为缓慢。针对混 凝土面板堆石坝而言 ，堆石体和面板同样重要 ，监测 仪器经历 了近 3 0年的考验 而基本未作更多改进 。例 如水管式沉降仪和引张线水平位移计 ，几乎还是当初 的原型 ，后开发的几种类型的仪器没有大的突破 ，监 测仪器本身就是以点代 面，如果仪器改 良工作落后 ， 不进行认真分析缩小误 差，修正精 度 ，从原理 上突 破 ，很难全面说明问题 。 三是人才培养问题 ，大坝安全监测 由于专 门面 广 ，知识结构复杂 ，数据分 析工作难度深 ，更 由于 在水利水 电施工过程 中属于辅助性质 的施工 ，各方 在工程开始几乎都没有重视其作用 ，导致人员流失 张海龙， 等混凝土面板堆石坝工程安全监测的实践 严 重 。 以上问题 ，是施工过程 中突出的问题 ，也是关系 到监测今后发展的重要 问题 ，如果不从基本上改变监 测的地位，全面认识监测的作用 。一方面加强监测手 段的改进，扩大监测的范围和作用 ；另一方面更重要 的是 ，加强监测在施工过程 中的地位 ，培养人才，更 好地为工程建设服务。 木 木 木 术 安全监测是施工中不可缺少的重要内容之一，在 目前经济社会中，很多工程 中被忽略，许多的观测数 据不是真实有效或者说是不完全 的。所以我们安全监 测人员有责任、有义务去做好本职工作同时，呼吁社 会重视安全监测 ，建设我们 的学科 ，为社会可持续发 展充分发挥我们的作用 。 ( 责任 编辑欧 阳越 ) ( 上接第 4 3页) 出线竖井仪 器测值较小 ，说 明 围岩变形 小且稳 定 。 厂房 1 蜗壳外包混凝土 内钢筋计 观测 最大拉应 力 9 5 0 MP a ，最大压应力 6 3 MP a左右 ；3 蜗壳外包 混凝土钢筋计 观测 的钢筋最大拉应力 0 5 7 MP a ，最 大钢筋压应力 6 4 6 MP a ；测缝计观测 的蜗壳和混凝 土接触缝的开合度很小 ；蜗壳内应变计观测的混凝土 应变 目前以压应变为主 ，有增大的趋势。 4 结语 泰安蓄能电站的安全监测系统设计 ，监测项 目全 面，监测方法可靠 ，布置基本合理 ，满足有关技术规 范的要求 ，能够全面监控大坝及输水发电建筑物的运 行状况 。设计提供了主要监测项 目设计计算参考值 ， 可作为初期运行监测成果分析评价的参考标准 。 各监测 项 目已按 设 计 图 纸 实施 ，仪 器 完 好 率 9 5 3 4 。监测工程从设备采购 检验、仪器埋设 、测 取基值 、施工期观测等各环节 ，质量控制严格 。从 已 取得的初步监测资料看 ，监测方法及资料可靠 ，绝大 部分仪器工作正常 ，可作为今后运行期的安全监测依 据 。 ( 责任编辑欧阳越) ( 上接 第 4 8页) 4渠道沥青混凝土前景展望 以往 国内沥青混凝土防渗工程以人工或一般机械 化施工为主 ，这样的施工模式难 以保证施工质量。配 料精度不高 ，摊铺压实质量不易保证 ，致使面板发生 流淌、开裂的比较普遍 ，影响了工程效益 的发挥和沥 青混凝土防渗技术在国内的推广 。 目前 国外沥青渠道摊铺配套机械 比较成熟 ，国外 的桥式摊铺机配备有加热熨平装置 ，包括夯锤和振动 熨平板。摊铺机 由几段组成 ，可升高、降低以适应断 面要求 。大部分摊铺机 的重量将作用在熨平板上 ，摊 水利水 电枝术第 4 1卷2 0 l 0年第 6期 铺的密实度可以达到最后要求的密实度 ，同时桥式摊 铺机的摊铺能力很大 ，可 达 5 0 0 m h ，摊铺效率较 高 。 随着石油工业和高速公路建设的发展 ，国内沥青 品质有了很大提高，同时我国的水工沥青技术施工有 了很大提高，采用现代化沥青混凝土成套防渗技术施 工 的沥青混凝土空 隙率可控制在 2 4 ，渗透系 数可达到 1 08 c m s以下 。在我 国，沥青混凝土防 渗技术成为一种技术先进 、施工切实可行的技术 ，其 逐步推广将对未来我 国的渠道建设增加一种可靠的防 渗技术 。 ( 责任编辑欧阳越) 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m