石粉替代粉煤灰在面板壩止水中的應用范文

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摘要：在老撾南坎2面板堆石壩施工過程中，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塊，無法滿足面板止水系統的自愈填堵功能要求，最終采用從砂石骨料生產系統的廢水沉淀池中直接獲取人工石粉替代面板止水系統中的粉煤灰。文章主要介紹了南坎2面板堆石壩止水系統中人工石粉的獲取方法、設計指標、現場試驗檢測及施工應用等情況，對類似工程的設計和施工具有參考價值。

關鍵詞：面板堆石壩；止水；無粘性填料；人工石粉

1概述

采用粉煤灰或粉細砂等無粘性材料作為面板接縫止水的自愈型填料，其目的是當發生滲漏時，可以通過流動封堵滲漏通道，多數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塊，在水中浸泡28天后，抗壓強度一般都大于3~5MPa，無法滿足面板止水系統中自愈性填料的要求。工程附近直接獲取滿足要求的天然粉細砂困難，從砂石骨料生產系統的廢水沉淀池獲取無粘性石粉比較方便，但直接獲取的石粉是否滿足自愈性填料的要求尚需研究。

2人工石粉設計指標分析

工程主要根據無粘性填料止水的機理、規范的規定、特殊墊層料的級配和滲透系數等進行了石粉設計指標的分析研究。無粘性填料止水的機理就是當面板止水一旦發生破壞，滲透水流能夠將填料帶入縫內，受底部反濾料的攔截，淤積在縫內，在滲水壓力長期作用下密實，滲漏量逐漸減小，達到止水效果。要求填料本身要是無粘性材料，粒徑要足夠小，容易進入細小的縫內；滲透系數至少要比反濾料小一個數量級，才能在填料內形成較大的滲透壓力差，縮短自愈的過程[1]。規范提出了覆蓋接縫表面的無粘性材料的最大粒徑應小于1mm，其滲透系數至少應比特殊墊層區反濾料的滲透系數小一個數量級的要求[1][2]。根據無粘性填料止水的機理，特殊墊層區反濾料要能對細小的石粉起到反濾保護作用才能達到自愈止水效果，所以石粉和特殊墊層料的顆粒級配需滿足反濾保護準則。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。根據現場原位滲透試驗檢測，特殊墊層區滲透系數為（3～5）×10-4cm/s。經分析研究后提出了南坎2大壩面板止水系統中石粉填料的設計指標和要求：（1）灰巖開采過程中含有較多的粘性泥土，會導致靠后的沉淀池中的石粉摻雜粘性泥土，影響石粉質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、顆粒細度和級配也不同，應采用中間沉淀池中較純凈的灰巖石粉，石粉中含泥量應小于1%。（2）根據填料須被滲水帶動流入縫隙的要求，石粉中小于0.075mm的含量應達到40~60%，且細砂的最大粒徑應小于1mm。（3）根據滲透穩定和反濾保護要求，石粉屬均勻無粘性土，根據太沙基反濾準則，要求保護料的D15小于或等于被保護料d85的4倍，即D15/d85燮4[3]?？紤]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%，這部分大顆粒可被特殊墊層料控制不流失，以確保滲透穩定。施工過程中按大于0.1mm的顆粒含量大于15%的要求控制。（4）根據規范中快速自愈的防滲性要求，填料的滲透系數比特殊墊層區小一個數量級，特殊墊層區滲透系數為（3～5）×10-4cm/s，石粉在水下淤結后的滲透系數應小于1×10-5cm/s。

3現場試驗檢測及施工

現場結合砂石廢水處理，在下游河邊灘地上布置了4個并排的大容量廢水沉淀池，每個沉淀池容量達200m3，相鄰兩個沉淀池之間設置漫口將各沉淀池迂回串聯起來，通過廢水收集槽將砂石生產廢水引排至沉淀池，經過逐級沉淀獲取不同粒徑的細砂和石粉，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，從而決定了各級沉淀池獲得的沉淀物的顆粒粗細和性能不同?，F場實驗室對工程所采用的粉煤灰和沉淀池的石粉進行了相關檢測試驗，主要包括粉煤灰硬化結塊及結塊后的強度試驗，石粉的土工篩分試驗、崩解試驗及滲透試驗等。（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，觀察粉煤灰的硬化過程，并測試其結塊后的強度。通過試驗表明，泰國粉煤灰氧化鈣含量較高，在潮濕狀態下逐步結塊硬化，在水中能繼續硬化產生強度，一般在7天后就能產生強度，在水中浸泡28天后，抗壓強度一般都大于3~5MPa。（2）石粉的土工篩分試驗成果表明，1號池的石粉顆粒較粗，小于1mm約占70%，小于0.075mm約占14%，達不到設計指標；2、3號池中的石粉質量較好，小于1mm的均可達到98%以上，小于0.075mm的顆粒占40~50%（未達到粉煤灰的細度），大于0.1mm的顆粒占20~30%，滿足設計指標；4號池的石粉較細，最大粒徑小于1mm，小于0.075mm的含量約占65%，但含泥量偏多。（3）現場滲透試驗表明，2、3、4號池的石粉在水下沉積淤結后的滲透系數較小，一般小于1×10-5cm/s。（4）石粉在施工期間會板結成塊，為了解水庫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。通過試驗檢測表明，2號和3號池的石粉質量較好，各項指標均滿足要求，可作為石粉填料的采集池。現場采用反鏟式挖掘機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送至壩前，采用人工裝袋至施工部位。面板表層柔性止水、保護鋼罩分段施工完成后，采用人工向土工織布內裝填石粉，利用木棍逐層夯實。石粉脫水后易板結，為便于裝填和夯實，石粉不宜完全鋪開曬干，含水率在5~10%為宜。

4結束語

在老撾南坎2水電站工程建設過程中，通過對大壩面板止水系統中石粉填料設計指標的分析研究、試驗檢測及施工應用，表明從砂石骨料系統的生產廢水沉淀池中直接獲取的灰巖石粉作為混凝土面板堆石壩的面板表層無粘性止水填料是可行的，實際應用效果好，此方法既環保又經濟。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的無粘性填料時，需根據特殊墊層料的顆粒級配等對人工石粉的設計指標進行分析研究，并對石粉的顆粒級配、含泥量、滲透性及水下崩解時間進行現場試驗檢測。若采用砂石骨料廢水沉淀池來獲取石粉填料，應根據石粉顆粒級配要求設置多個串聯的大容量沉淀池，并根據現場檢測情況，及時清理池中石粉，以確保獲取滿足要求的石粉。

參考文獻：

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作者:田業軍 單位:中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司