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。