柔性材料在橋墩水庫大壩壩面防滲加固中的應(yīng)用

孫 超,尤育廣,柳 卓

(1.浙江省水利水電工程局,浙江 杭州 310020;2.蒼南縣吳家園水庫管理所,浙江 蒼南 325801)

1 工程概況

橋墩水庫位于浙江省蒼南縣鰲江流域橫陽支江上游,壩址位于橋墩鎮(zhèn)仙堂村的大玉沙,距蒼南縣城靈溪鎮(zhèn)12 km。水庫控制流域面積138 km2,總庫容8 133萬m3,是一座以防洪、灌溉、供水為主,結(jié)合發(fā)電等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐建筑物由攔河壩、泄洪放空洞、正常溢洪道、非常溢洪道、發(fā)電輸水隧洞、電站等組成。

攔河壩為瀝青混凝土斜墻土石壩,壩頂長605.5 m,寬6 m,最大壩高50 m。大壩迎水坡瀝青混凝土斜墻是壩體主要防滲設(shè)施,瀝青混凝土經(jīng)歷10多年運行已產(chǎn)生中度老化,在溫度應(yīng)力及變形沉降等影響下,面板出現(xiàn)大量裂縫,主要裂縫有9條,裂縫總長度10.95 m,縫寬10～30 mm,深度為40～50 mm,最大縫深為130 mm,其余為發(fā)絲狀龜裂縫,一般縫寬1mm左右,面板施工條帶縫基本開裂。這些裂縫導(dǎo)致通過壩體的總滲流量不斷增加,威脅大壩運行安全。2006年4月省水利廳組織大壩安全鑒定為三類壩,必須實施除險加固。防滲加固處理工程于2007年11月18日正式開工。

2 壩面防滲處理方案確定

2.1 壩面防滲設(shè)計方案選用

根據(jù)水庫大壩存在的問題,考慮到雖然壩體運行時間較長,壩體已趨于穩(wěn)定,但受高水位作用下仍可能產(chǎn)生沉降,如用剛性材料進行壩面防滲則易產(chǎn)生裂縫。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較,本工程壩面處理方案確定為柔性材料加固方案——即在原瀝青混凝土壩面上粘貼PE復(fù)合土工膜,同時增設(shè)改性瀝青彩砂面APP防水卷材,防止復(fù)合土工膜老化。該方案在全國尚屬首例,具有工程造價低、施工速度快、粘結(jié)強度高、材料任意拼接、快速修復(fù)等優(yōu)點。壩面加固概化圖如圖1所示。

圖1 壩面加固概化圖

2.2 材料選用

2.2.1 PE土工膜的選擇

通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn),原設(shè)計方案采用的HDPE(高密度聚乙烯)土工膜密度較大,硬度較高,在大面積鋪設(shè)過程中無法妥善粘貼于壩面,導(dǎo)致產(chǎn)生較大面積的空鼓,經(jīng)進一步試驗,采用LDPE(低密度聚乙烯)土工膜能有效解決空鼓問題,最終選用LDPE土工膜作為防滲主材。

表1 LDPE土工膜性能指標(biāo)

2.2.2 APP塑性防水卷材選型

APP塑性體改性瀝青防水卷材是以APP(無規(guī)聚丙烯)改性瀝青為浸涂材料,以優(yōu)質(zhì)聚酯氈為胎基,以PE膜為覆面材料,采用先進工藝精制而成的塑性體防水卷材。APP產(chǎn)品分Ⅰ型和Ⅱ型兩種。本工程APP防水卷材主要功能為保護LDPE土工膜以避免LDPE土工膜受紫外線照射而老化,同時兼顧環(huán)保和適應(yīng)變形的能力,故選用APP-Ⅱ型防滲卷材 (無規(guī)聚丙烯長纖維聚酯胎,表層自帶彩色石英砂),卷材厚4.0 mm。

2.2.3 粘結(jié)劑選型

表2 KS熱熔膠性能指標(biāo)

3 PE復(fù)合土工膜防滲處理實施方案研究

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為:施工準備→測量放樣→壩面清潔→壩面涂膠→LDPE復(fù)合土工膜鋪設(shè)→土工膜布面涂膠→APP塑性防水卷材鋪設(shè)→LDPE土工膜錨固。

(1)施工準備:施工前根據(jù)壩面實際情況布置好卷揚機、熔膠設(shè)備的位置,準備好施工工具和安全帶、安全繩等,同時準備好各種材料和車輛。

(2)測量放樣:按照壩面實際長度,自上而下按4 m垂直放樣,邊線用紅漆標(biāo)注,以便控制好每幅的位置和施工時的垂直度。

(3)壩面清潔:壩面涂膠前將裂縫處理完成,清除表面淤泥等雜物,然后用大掃帚將施工面進行清掃,最后用高壓風(fēng)槍將壩面的浮塵吹凈。

(4)壩面 (或土工膜布面)涂膠:按照事先放線的部位將熔化好的KS膠用長嘴保溫壺淋在壩面 (或土工膜布面)上,安排2人用橡膠刮板迅速將膠刮平。

(5)LDPE復(fù)合土工膜 (或APP塑性防水卷材)鋪設(shè):鋪設(shè)自上而下進行,膠涂好后,由3人迅速鋪貼LDPE復(fù)合土工膜 (或APP塑性防水卷材)。

3.2 施工注意事項

(1)土工膜搭接寬度:由于本工程壩面坡陡且單幅很長(最長126 m),經(jīng)研究,將土工膜搭接寬度確定為15 cm。以避免兩幅之間的脫離現(xiàn)象,使其形成完整的防滲層。

(2)熔膠溫度:一般應(yīng)加熱至150～180℃,若溫度低于150℃,則運輸至作業(yè)面時已冷卻而影響粘貼效果,若高于180℃,則因溫度過高影響KS膠本身質(zhì)量。

(3)涂膠后,在膠表面失去流動性之前,應(yīng)迅速加壓粘合,以不超過20 s為宜。從邊緣看PE土工膜與壩面、PE膜與APP卷材、PE膜與PE膜之間膠層密實,無漏粘、空洞等。

(4)LDPE復(fù)合土工膜要防止紫外線的照射,鋪完的土工膜要及時鋪貼APP防水卷材,沒有鋪設(shè)的土工膜須及時覆蓋。

3.3 第三方檢測

2009年10月,浙江省水利水電質(zhì)量監(jiān)督檢驗站對壩面土工膜及APP防水卷材的粘結(jié)性能——抗剝離強度進行現(xiàn)場試驗。本次試驗以KS粘合劑生產(chǎn)廠家提供的企業(yè)標(biāo)準作為檢測依據(jù),共進行了4個不同樁號、不同高程(水位變化區(qū)與水上區(qū))共6組試件進行現(xiàn)場拉拔剝離試驗。試驗結(jié)果表明,被測部位APP卷材與土工膜間的剝離強度、土工膜與原壩面的剝離強度、土工膜與土工膜搭接處粘結(jié)強度均大于企業(yè)標(biāo)準所要求的剝離強度。上游壩面加固后如圖2所示。

圖2 上游壩面(加固后)圖

4 觀測驗證

為監(jiān)視大壩的安全運行,有效地評價設(shè)計方案的合理性以及施工質(zhì)量可靠性,利用本工程原有的滲流量觀測設(shè)備,對壩面加固前后壩體滲流量進行對比分析。在左岸排水支洞內(nèi)上下游各設(shè)1道量水堰,進行滲流量監(jiān)測。2007年為保安加固前,壩面未經(jīng)處理,在庫水位為50.44 m時,滲流量為10.119 L/s;2009年大壩加固后,庫水位為50.23 m時,滲流量為1.463 L/s,2009年最高庫水位為53.66 m時,滲流量為4.765 L/s;2010年汛期,在庫水位53.76 m時,滲流量為3.39 L/s。以上數(shù)據(jù)表明,復(fù)合土工膜設(shè)計及施工質(zhì)量可靠,防滲效果明顯,達到了預(yù)期目標(biāo)。同水位不同年份大壩滲流量比較見表3。

表3 同水位不同年份大壩滲流量比較表

5 結(jié)論與建議

實踐證明,壩面柔性防滲加固方案防滲性能可靠,施工方便、快捷,有效縮短了工期,投資效益顯著。值得一提的是,橋墩水庫壩面防水層的提前完工保證了水庫按計劃向下游沿途的靈溪鎮(zhèn)、橋墩鎮(zhèn)等60萬人口提供生產(chǎn)、生活用水,并在2008,2009年歷次臺風(fēng)過程中及時地發(fā)揮蓄洪作用,減緩了下游的災(zāi)情,產(chǎn)生了巨大的社會效益。

復(fù)合土工膜以其輕巧、方便、柔韌、既能補強又能適應(yīng)一定的變形等優(yōu)點,愈來愈受到水利工程的青睞。建議今后在以下方面加強研究與應(yīng)用:

(1)關(guān)于土工合成材料性能研究,目前國外更注重土工合成材料的耐久性能如抗紫外線輻射、溫度變化的耐氣候性、化學(xué)與生物侵蝕、蠕變性能等,國內(nèi)在這些方面的研究較少,應(yīng)加以借鑒。

(2)有關(guān)部門應(yīng)盡快根據(jù)設(shè)計要求和施工條件制定一套完整的施工質(zhì)量管理辦法和嚴格的操作規(guī)程,建立健全質(zhì)量保證體系,以確保工程施工質(zhì)量。

[1]中華人民共和國水利部.水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 [S].北京:水利電力出版社,1998.

[2]劉麗芳,儲才元.國內(nèi)外土工合成材料的發(fā)展 [J].青島大學(xué)學(xué)報,2002,(6):51-52.

[3]周洪彥,魏景瑞.復(fù)合土工膜粘結(jié)技術(shù)及新型膠粘劑的研究[J].水利科技與經(jīng)濟,2006,12(4):207.