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        水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)研究

        2022-10-29 12:59:52康樸
        四川水利 2022年5期
        關(guān)鍵詞:壩基夾層面板

        康樸

        (河北省水務(wù)中心,石家莊,050408)

        0 引言

        瀝青混凝土防滲面板作為水庫(kù)工程建設(shè)的重要組成部分,對(duì)水庫(kù)工程的使用性能與壽命具有較大影響[1]。在水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中,受到各項(xiàng)自然因素與干擾因素的影響,其瀝青混凝土防滲面板的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定程度的變化,不利于水庫(kù)運(yùn)行的安全性[2]。通常情況下,瀝青混凝土防滲面板的適應(yīng)變形能力相對(duì)較強(qiáng),面板的密度較高,幾乎不存在漏水現(xiàn)象[3]。然而,水庫(kù)工程的長(zhǎng)期運(yùn)行,其瀝青混凝土防滲面板的荷載會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,根據(jù)水位上升與下降速率的不同,防滲面板的基礎(chǔ)層會(huì)發(fā)生變形,導(dǎo)致面板整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降,產(chǎn)生裂縫,引發(fā)水庫(kù)工程安全事故[4]。因此,科學(xué)合理的瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)對(duì)水庫(kù)工程的建設(shè)與發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)前,傳統(tǒng)瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)的研究仍然不夠完善,在提高防滲面板層底防裂應(yīng)力方面存在不足[5]。基于此,本文以某地區(qū)X水庫(kù)工程為例,提出了一種新的防滲面板防裂技術(shù),提高了面板壩安全性能,為同類工程設(shè)計(jì)施工提供參考。

        1 水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)設(shè)計(jì)

        1.1 優(yōu)化施工材料配合比

        針對(duì)水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)設(shè)計(jì),本文首先優(yōu)化施工材料的配合比,提高瀝青混凝土防滲面板的使用性能。水泥性能指標(biāo)如表1所示,各類材料性能指標(biāo)均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表1 水泥性能指標(biāo)

        粗骨料采用抗沖擊能力較高的瀝青混合料,細(xì)集料采用能夠填充孔隙的礦粉,將二者結(jié)合形成瀝青膠漿[6]。根據(jù)水泥砂漿配合比標(biāo)準(zhǔn),獲取硅酸鹽水泥與中砂配制的強(qiáng)度,強(qiáng)度計(jì)算公式為:

        fm,0=kf2

        (1)

        其中,fm,0表示水泥砂漿的配制強(qiáng)度;f2表示水泥砂漿在使用過(guò)程中的抗壓強(qiáng)度等級(jí)值;k表示瀝青混凝土防滲面板防裂施工水平系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算防裂技術(shù)施工過(guò)程中,每立方米水泥砂漿的用量,公式為:

        Qc=1000(fm,0-β)/(a·fce)

        (2)

        其中,fce表示水泥砂漿的實(shí)際測(cè)量強(qiáng)度;a表示硅酸鹽水泥的特征系數(shù);β表示中砂的特征系數(shù)。接下來(lái),計(jì)算防裂技術(shù)施工中,每立方米水泥砂漿摻和料用量情況,公式為:

        QD=QA-QC

        (3)

        其中,QA表示瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)施工中,每立方米情況下,砂漿中水泥摻和料的總量。通過(guò)上述計(jì)算公式,確定防滲面板防裂技術(shù)施工中,水泥砂漿施工材料的配合比,在此基礎(chǔ)上,不斷調(diào)節(jié)施工材料單位體積內(nèi)的裝填密度值,進(jìn)而達(dá)到控制施工材料強(qiáng)度性能的目標(biāo)[7]。根據(jù)施工材料的配合比,測(cè)定施工材料使用過(guò)程中的抗壓強(qiáng)度,為瀝青混凝土防滲面板的防裂技術(shù)施工提供基礎(chǔ)保障。

        1.2 設(shè)置防滲面板防裂夾層

        在上述施工材料配合比優(yōu)化完畢后,根據(jù)防滲面板防裂技術(shù)的相關(guān)施工要求,設(shè)置防滲面板的防裂夾層,提高防滲面板的抗裂應(yīng)力。將水庫(kù)工程施工人員劃分為兩組,一組人員負(fù)責(zé)清理瀝青混凝土防滲面板中的多余雜質(zhì);另一組人員需要通過(guò)噴砂設(shè)備清除防滲面板表面的浮漿[8]。兩組施工人員的處理過(guò)程,如圖1、圖2所示。

        圖1 防滲面板清理

        圖2 水庫(kù)工程噴砂打毛工序

        圖1、圖2所示為兩組施工人員的施工過(guò)程。接下來(lái),利用粘層油噴灑設(shè)備,將粘層油均勻噴灑在防滲面板上。噴灑過(guò)程中,嚴(yán)格控制粘層油的噴灑量,設(shè)定每次噴灑的長(zhǎng)度不超過(guò)100m,控制粘層油的厚度,避免出現(xiàn)厚度過(guò)大導(dǎo)致的層間滑移。在粘層油噴灑結(jié)束后,利用紅外溫度槍,實(shí)際測(cè)量粘層油與瀝青混凝土面板之間的溫度,如圖3所示。

        圖3 粘層油噴灑溫度實(shí)測(cè)

        通過(guò)紅外溫度槍,分別測(cè)量瀝青混凝土防滲面板噴灑粘層油后,各個(gè)部位的溫度變化,并實(shí)時(shí)記錄。在粘層油溫度較高的位置,鋪設(shè)聚酯玻纖布,降低粘層油溫度的同時(shí),作為防滲面板的防反層,在不同荷載的作用下,實(shí)時(shí)記錄瀝青混合料層與混凝土混合料層的結(jié)構(gòu)變化。采用優(yōu)質(zhì)改性熱瀝青,在粘層油表面形成一層瀝青膜,提高防滲面板的防滲性能。綜合考慮水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板運(yùn)行的實(shí)際情況與具體的特征,本文采用型號(hào)為SMA-13的玻纖格柵作為防裂夾層,利用鼓風(fēng)機(jī)、鐵碾子與玻纖格柵鋪設(shè)設(shè)備,將玻纖格柵布設(shè)在瀝青混合料層中。在鋪設(shè)玻纖格柵時(shí),結(jié)合攤鋪架的鋪設(shè)作用,設(shè)置瀝青混凝土防滲面板接縫兩側(cè)的寬度大于1m,將玻纖格柵進(jìn)行裁剪,裁剪為20m一段的形式,將玻纖格柵鋪設(shè)在瀝青膜表面,鋪設(shè)過(guò)程如圖4所示。

        圖4 玻纖格柵鋪設(shè)過(guò)程

        圖4所示為水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)施工中,玻纖格柵的鋪設(shè)過(guò)程。鋪設(shè)后利用鐵碾子反復(fù)壓實(shí),將多余的玻纖格柵裁掉,提高玻纖格柵與瀝青混凝土防滲面板的貼合程度,使防滲面板的防滲功能與防裂功能達(dá)到最佳。

        1.3 測(cè)定防裂夾層粘結(jié)系數(shù)

        基于上述瀝青混凝土防滲面板防裂夾層設(shè)置結(jié)束后,結(jié)合防滲面板粘結(jié)性能的原理,測(cè)定防裂夾層粘結(jié)系數(shù),判斷瀝青混凝土防滲面板上下界面的粘結(jié)性能與防滲防裂性能。根據(jù)玻纖格柵與聚酯玻纖布的鋪設(shè)情況,獲取防裂夾層與瀝青混凝土之間的接觸狀況,在干燥狀態(tài)下,計(jì)算防滲面板防裂夾層與瀝青混凝土之間的粘結(jié)系數(shù),公式為:

        (4)

        其中,k表示防滲面板防裂夾層與瀝青混凝土之間的粘結(jié)系數(shù);F表示防滲面板受到的豎向力;A表示防滲面板防裂夾層的剪切面積;S表示防滲面板的界面位移;40°表示防滲面板豎向位移的角度分量。通過(guò)計(jì)算,獲取到防滲面板防裂夾層的粘結(jié)系數(shù),根據(jù)粘結(jié)系數(shù)的實(shí)際結(jié)果,得出瀝青層、混凝土層與防滲面板防裂夾層之間存在的關(guān)系,掌握防滲面板的實(shí)際使用性能,判斷防滲面板裂縫的擴(kuò)展?fàn)顩r與變化規(guī)律,全方位實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土防滲面板防裂與防滲的目標(biāo)。

        2 實(shí)驗(yàn)分析

        2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        為了對(duì)本文上述的水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)的可行性作出進(jìn)一步客觀分析,進(jìn)行了如下文所示的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。本次實(shí)驗(yàn)選取某地區(qū)X水庫(kù)工程作為研究對(duì)象,該水庫(kù)工程控制流域面積約為236km2,庫(kù)容可達(dá)2860億m3,水庫(kù)大壩由混凝土組成的斜墻土石壩,壩頂長(zhǎng)為425m,高度為43.7m,壩坡的斜墻比為1∶2,在水庫(kù)迎水面的前趾處設(shè)有深度為60m的瀝青混凝土防滲面板。X水庫(kù)工程的建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng),經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行,瀝青混凝土防滲面板的老化開(kāi)裂程度較嚴(yán)重,在壩基處的防滲墻上,也存在局部裂縫現(xiàn)象,導(dǎo)致水庫(kù)大壩的滲漏情況嚴(yán)重。X水庫(kù)工程壩基裂縫,如圖5所示。

        圖5 X水庫(kù)工程壩基裂縫示意

        將本文設(shè)計(jì)的瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)應(yīng)用到X水庫(kù)工程中。首先在原始大壩防滲墻前方增設(shè)10m的深懸掛式防滲墻,澆筑厚度為30.5cm的混凝土面板,控制各個(gè)防滲面板之間的分縫間距不超過(guò)11.5m,在防滲面板與壩基趾板之間布設(shè)間距為1米的周邊縫,生成全新的水庫(kù)工程防滲體系。按照水庫(kù)工程瀝青混凝土路面施工規(guī)范,設(shè)計(jì)防滲面板混合料的配合比。本次實(shí)驗(yàn)選用石灰?guī)r作為防滲面板的集料,石灰?guī)r研磨后的礦粉作為填料,結(jié)合SMA-13級(jí)配標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)礦質(zhì)混合料的級(jí)配。采用有限元分析方法,根據(jù)水庫(kù)工程瀝青混凝土壩基結(jié)構(gòu),建立壩基結(jié)構(gòu)防裂模型,設(shè)置壩基瀝青混凝土結(jié)構(gòu)材料參數(shù),如表1所示。

        表1 壩基瀝青混凝土結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

        表1所示為本次實(shí)驗(yàn)中,水庫(kù)工程壩基瀝青混凝土結(jié)構(gòu)材料參數(shù),在此基礎(chǔ)上,使瀝青混凝土防滲面板的強(qiáng)度得到顯著提高。控制防滲面板接縫處傳力桿的傳荷能力,不斷調(diào)節(jié)接縫兩側(cè)的防滲面板彎沉差,實(shí)現(xiàn)防滲面板防裂的目標(biāo)。

        2.2 結(jié)果分析

        利用有限元分析方法,獲取本文設(shè)計(jì)的水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂的效果,采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式,將本文提出的防滲面板防裂技術(shù)與傳統(tǒng)的防裂技術(shù)進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比兩種防裂技術(shù)應(yīng)用后,水庫(kù)工程瀝青混凝土層底的防裂應(yīng)力變化情況,對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

        圖6 兩種防裂技術(shù)瀝青混凝土層底防裂應(yīng)力對(duì)比

        根據(jù)圖6的對(duì)比結(jié)果可知,在兩種瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)中,本文提出的防裂技術(shù),其瀝青混凝土層底防裂應(yīng)力隨著瀝青層模量的增加逐漸呈現(xiàn)上升趨勢(shì);且上升速度較傳統(tǒng)防裂技術(shù)相比更加具有優(yōu)勢(shì);傳統(tǒng)防滲面板防裂技術(shù)瀝青混凝土層底防裂應(yīng)力上升速度較緩慢,且在瀝青層模量為2000MPa時(shí)防裂應(yīng)力小幅度下降,由此可見(jiàn),本文設(shè)計(jì)的防滲面板防裂技術(shù)的可行性更高。

        3 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,為了改善傳統(tǒng)水庫(kù)工程瀝青混凝土防滲面板防裂技術(shù)中存在的問(wèn)題與不足,本文在傳統(tǒng)防裂技術(shù)的基礎(chǔ)上,作出了改進(jìn)設(shè)計(jì),提出了一種新的防滲面板防滲技術(shù)。通過(guò)本文的研究設(shè)計(jì),有效提高了水庫(kù)工程瀝青混凝土層底的防裂應(yīng)力,降低了水庫(kù)壩基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的概率,為我國(guó)水庫(kù)工程建設(shè)的安全性與穩(wěn)定性提高了重要保障。

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