RCC大壩壩體防滲新技術(shù)——蒙古泰西爾大壩壩體防滲設(shè)計與施工

1、rcc大壩壩體防滲新技術(shù)蒙古泰西爾大壩壩體防滲設(shè)計與施工1 前言使用柔性不透水防滲薄膜進行水工建筑物的防滲與保護，是瑞士卡皮公司（carpi tech s.a.）的專利技術(shù)，已成功地用于修復(fù)重力壩、拱壩、連拱壩和土石壩，并為新堤壩、渠道襯砌、圍堰提供不透水的上游面。在歐洲、美洲一些國家較為常見，已有40多年的歷史。通過現(xiàn)場焊接，將預(yù)先設(shè)計加工成型的壩體防滲薄膜連接成整塊，采用不銹鋼壓板、特制的環(huán)氧樹脂粘合材料以及輔助材料將防滲膜固定在周邊堅固耐久的閉水物體上（如堅固的巖石，高標(biāo)號常態(tài)砼等），達到整體連接、封閉止水的目的。在rcc大壩上游面安裝防滲膜，作為壩體防滲的的主要措施，在世界高寒地區(qū)尚屬

2、首例。本文詳細介紹防滲膜安裝技術(shù)在蒙古泰西爾水電站工程中的應(yīng)用。2 項目概況蒙古泰西爾水電站工程位于蒙古首都烏蘭巴托以西大約1050km處的戈壁阿爾泰和扎布汗省交界的扎布可汗河烏蘭布姆峽谷上。壩址處河床原始海拔高程在el1600m和el1700m之間，砂石覆蓋層厚度45m。大壩為碾壓砼壩，河床以上壩體總高50m，壩頂長約190m，大壩體積約200,000m3。大壩建成后將形成一個水面面積50km2、庫容約9.3億立方米的一個水庫。位于壩體中部的寬75m帶有臺階狀泄槽的無閘門溢洪道，壩后地面式廠房，額定總裝機容量11mw，包括三臺3.45mw和一臺650kw混流式水輪發(fā)電機組。大壩壩頂寬度5m，

3、擋水壩段頂部高程el1708m，溢流壩段頂部高程el1704m；大壩上游面el1668m以上設(shè)計為豎直面，el1668m以下進水塔以左設(shè)計為斜坡面、其坡度為1：0.85，進水塔以右為豎直面；大壩下游面設(shè)計為臺階狀，平均坡度為1：0.725，每個臺階的寬度為0.725m、高度為1m。極端寒冷的冬季和炎熱的夏天是該地區(qū)地區(qū)性大氣候的特點。年平均氣溫為0c，極端氣溫值為一月份-51c，七月份+39c，晝夜溫差大。區(qū)域的年降水量僅為200mm。主要風(fēng)向為西北風(fēng)和北風(fēng)，4、5月份風(fēng)沙大且頻繁。3 壩體防滲設(shè)計大壩防滲由單排灌漿防滲帷幕和壩面防滲膜兩部分組成，帷幕灌漿施工在緊靠大壩上游面澆筑的灌漿平臺上進

4、行，最大入巖深度35m。壩面防滲膜底端錨固在灌漿平臺上，頂端錨固在rcc上部的常態(tài)砼（0.4m厚）上，進水塔和溢流壩部位的防滲膜錨固在相應(yīng)的常態(tài)砼上。安裝防滲膜進行壩體防滲，從根本上解決了在高寒地區(qū)砼防滲的技術(shù)難題，是一項大膽的技術(shù)創(chuàng)新。參見圖1。圖1 蒙古泰西爾大壩防滲設(shè)計圖3.1 壩體砼主要技術(shù)性能指標(biāo)3.1.1 碾壓砼壩體大體積砼為準(zhǔn)三級配碾壓砼（msa=51mm），90d齡期的設(shè)計抗壓強度為6mpa，vebe時間控制在1530s，通過摻加足夠的石粉（每立方米碾壓混凝土摻加146kg人工石粉）和外加劑來降低水泥的用量（75kg/m3）及改善砼的性能，無任何防滲指標(biāo)要求。3.1.2 面層砼

5、主要用于壩體上下游面或與巖石的接合面，一級配砼，塌落度為14cm，設(shè)計厚度為15cm，28d齡期的設(shè)計抗壓強度為20mpa；3.1.3 墊層拌和物主要用于碾壓砼的層間結(jié)合面，一級配砼，塌落度1525cm，90d齡期的設(shè)計抗壓強度為25mpa。3.1.4 sh142主要用于碾壓砼倉號內(nèi)無法進行碾壓砼施工的邊角部位，三級配砼，塌落度13cm，水泥用量控制在142kg/m3，齡期90d的設(shè)計抗壓強度為10mpa。3.1.5 灌漿平臺砼準(zhǔn)三級配鋼筋砼，塌落度79cm，28d齡期的設(shè)計抗壓強度為20mpa。河床部位灌漿平臺3m寬，澆筑厚度1.53.5m，兩壩肩灌漿平臺1.5m寬，澆筑厚度0.41.2m。

6、3.2 壩體防滲薄膜主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。壩體防滲薄膜使用柔性聚氯乙烯（pvc）材料與具有熱粘、非紡織、針穿聚脂土工布相粘結(jié)，具有足夠的柔性；在高達40c的溫度下，可以進行現(xiàn)場焊接；能夠抵抗紫外線的侵襲；在壩內(nèi)潮濕的堿性環(huán)境下，能夠抵抗住侵蝕，也能夠抵得住有機物和細菌生長的惡化；外露薄膜的pvc的最小厚度為2.5mm，內(nèi)部襯墊薄膜的pvc的最小厚度為1.6mm。4 施工概況壩面防滲膜安裝由瑞士卡皮公司分包施工，現(xiàn)場共7名管理和施工技術(shù)人員，我方派1名工長、1名技術(shù)員和8名勞務(wù)協(xié)同施工。防滲膜安裝施工自2007年6月11日開始，2007年9月1日竣工。先后分別完成c區(qū)防滲膜安裝1960m2，b

7、區(qū)防滲膜安裝3908m2，a區(qū)防滲膜安裝2267m2，合計8135 m2。比合同工期提前了一個多月時間。c區(qū)（el1668m以下）為斜坡面，屬于常年淹沒區(qū)，設(shè)計采用砂石料回填覆蓋。6月11日開工，6月26日完工，工期16天。b區(qū)（el1668el1692m）為垂直面，也屬于常年淹沒區(qū)。根據(jù)施工整體進度的安排，b區(qū)又被分成b1（el1692el1685m）和b2(el1685el1668m)兩個區(qū)進行施工。其中b2區(qū)6月25日開工，8月4日完工，工期41天。a區(qū)（el1692el1707.75m）為垂直面，屬于庫水位起伏變化區(qū)。a區(qū)和b1區(qū)聯(lián)合施工，7月17日開工，9月1日完工，工期47天。表1

8、 壩體防滲薄膜主要技術(shù)性能指標(biāo)測試標(biāo)準(zhǔn)試驗內(nèi)容外露薄膜面板安裝薄膜astm d792比重（最小值）1.21.2astm d882薄膜最小斷裂張力27kn/m （30*）16kn/m土工布最小斷裂張力26kn/m薄膜最小裂斷伸長250%(300*)200%土工布最小裂斷伸長45%astm d1004撕裂強度（最小值）200n （110*）125nastm d1203揮發(fā)損失（最大值）0.3%0.3%astm d1204體積穩(wěn)定性2%2%astm d1593薄膜厚度10%10%astm d1790低溫脆弱性-18c時不斷裂-18c時不斷裂astm d3083水萃?。ㄗ畲笾担?.2%0.2%astm

9、 d3786濕潤耐破強度（最小值）5mpa（2.25*）4mpaastm d5261土工布單位面積的質(zhì)量450g/m2astm g53500小時內(nèi)抗紫外線能力無負面影響無負面影響ftms 101c抗穿透性850n（440*）550ngri-gm4：（多向抗拉試驗）應(yīng)力（最小值）280kpa （350*）應(yīng)變（最小值）20% (40*)*為覆蓋金屬部件的pvc蓋條的性能指標(biāo)值。5 施工主要技術(shù)方法描述c區(qū)與b區(qū)的搭接高程在el1668m，b1區(qū)與b2區(qū)的搭接高程在el1685m，a區(qū)與b1區(qū)之間土工膜沒有搭接。5.1 c區(qū)防滲膜安裝c區(qū)的壩面防滲膜下沒有布置排水系統(tǒng)，除了進行周邊密封以外中間沒有

10、任何的錨固和支撐構(gòu)件。在進水塔左側(cè)（c1區(qū)）采用卡皮公司設(shè)計的可移動式輕型工作臺車，在進水塔右側(cè)（c2區(qū)）采用懸掛工作平臺、搭設(shè)臨時腳手架聯(lián)合施工。主要施工程序和步驟如下：a.按照設(shè)計施工圖紙，沿大壩上游面el1668m高程，采用不銹鋼螺桿、環(huán)氧樹脂材料、塑料止水帶以及別的組件安裝固定808mm 的不銹鋼壓板，構(gòu)成c區(qū)頂部的止水密封帶。b.基面驗收合格后，將成卷的防滲膜依次從el1668m高程向下攤鋪至灌漿平臺。上部邊緣通過事先安裝好的808mm壓板進行固定，相鄰左右兩塊防滲膜的搭接寬度為80mm。c.搭接部位采用可以融化pvc的專用熱風(fēng)槍和小滾子焊接壓實。d.防滲膜覆蓋灌漿平臺1m寬度，止水

11、密封方式方法同（a），構(gòu)成c區(qū)底部的止水密封。e.進水塔左右兩邊的防滲膜固定在進水塔的常態(tài)砼上，固定寬度為80mm。f.c1區(qū)從左向右推移施工，分區(qū)段進行檢查驗收，驗收合格后，立即覆蓋一層密度為1000g/m2 的防刺穿土工布，接著在土工布外面擺上沙袋作臨時防護。c2區(qū)一次性施工驗收，沙袋防護。g.c區(qū)整體驗收合格后，在繼續(xù)完成沙袋防護的同時，回填砂土（石）料進行覆蓋。5.2 b2區(qū)防滲膜安裝b區(qū)的壩面防滲膜除了采用類同c區(qū)的周邊密封固定外，還通過間距5.7m的豎向連續(xù)布置的503mm不銹鋼壓板固定。在對應(yīng)的豎向壓板下面，安裝0.5m寬的排水土工網(wǎng)（tenax gnt 1300型），并通過沿著

12、兩壩肩基底安裝和el1668m高程水平安裝（緊靠c區(qū)和b2區(qū)交界面的止水密封條帶的上部）的排水土工網(wǎng)進行橫向連接。土工網(wǎng)下面的集水通過兩個壩體排水孔排放至大壩排水廊道內(nèi)。排水孔鉆孔直徑150mm，安裝了內(nèi)徑96mm的鍍鋅鋼管，孔口高程為el1668.20m，進水塔左邊的樁號為ch0+141.10，右邊的樁號為ch0+196.20。b2區(qū)防滲膜的安裝，主要采用4個懸掛工作平臺來施工，在兩壩肩灌漿平臺部位搭設(shè)了臨時腳手架輔助施工。5#壩段以右的部位，防滲膜安裝和壩上rcc同步施工，所以在el1692m高程安裝了臨時防護鋼支架，既可滿足工作平臺的懸掛之用，又對b2區(qū)的施工以及安裝好的防滲膜起到了防護

13、作用。經(jīng)過試驗嘗試，取消了原施工設(shè)計在el1668m高程搭設(shè)1m寬工作馬道的建議，大大減小了施工準(zhǔn)備的工作量。安裝期間一臺25t汽車吊隨時配合施工，用于防滲膜懸掛、工作平臺轉(zhuǎn)移、零星部位焊接以及質(zhì)量檢查驗收等。主要施工程序和步驟如下：a.采用擠壓式錨桿和鋼墊圈將0.5m寬的排水土工網(wǎng)正確安裝到設(shè)計位置上。b.安裝兩個壩體排水孔孔口排水和支撐構(gòu)件。c.分段、依次將每卷防滲膜從el1685m高程垂直地向下展放到el1668m高程，上部邊緣采用503mm 壓板和10mm鉚釘固定在el1685m高程，防滲膜搭接寬度80mm。d.焊接豎向搭接的防滲膜。e.豎向間隔5.7m連續(xù)采用503mm壓板固定防滲膜

14、。f.采用21cm寬的sibelon c 3250型pvc蓋條（下同）覆蓋503mm壓板，兩側(cè)焊接密封。g.在兩壩肩大壩上游面和灌漿平臺之間根據(jù)實際邊角裁減防滲膜，覆蓋灌漿平臺1m寬。h.在壩上游面和灌漿平臺連接處采用503mm壓板固定防滲膜，采用30cm寬的pvc蓋條覆蓋503mm壓板，兩側(cè)焊接密封。i.在兩壩肩灌漿平臺上防滲膜的周邊密封方法同c區(qū)。j.進水塔兩側(cè)的防滲膜安裝固定方法同c區(qū)。5.3 a區(qū)和b1區(qū)防滲膜安裝a區(qū)的壩面防滲膜上部邊緣密封高程為：非溢流壩段el1707.75m，溢流壩段el1700.15m。a-b1區(qū)防滲膜的安裝，主要采用4個懸掛工作平臺來施工，只在左壩肩灌漿平臺部

15、位搭設(shè)了臨時腳手架輔助施工。b1區(qū)和a區(qū)同時施工，減少了施工程序，加快了施工進度。經(jīng)過方案優(yōu)化，設(shè)計制作了簡易萬向活動吊架，代替了原計劃采用汽車吊或反鏟協(xié)助安裝的方案，施工成本大大降低。a區(qū)的防滲膜安裝與b區(qū)的不同點有兩個：a.除了左右壩肩的灌漿平臺（與b區(qū)相同）以外，從高程el1707.75m向下到el1692m高程，水平間隔5.7m，安裝固定異形不銹鋼內(nèi)外張緊壓板，并由內(nèi)張緊異形壓板形成的豎向?qū)Р凼占臐B水依靠重力作用向下流到el1692m高程與b區(qū)的排水土工網(wǎng)相連接，采用42cm寬的pvc蓋條覆蓋外張緊壓板，兩側(cè)焊接密封。b.溢流壩段的5條壩縫，在el1699m高程以上都安裝了塑料止水，

16、避免庫水滲進壩體。在el1700m高程每條壩縫止水的上游預(yù)留了一個200200100mm的方槽，槽內(nèi)充填專用的sikadur 32型環(huán)氧樹脂材料，連接固定后的防滲膜與環(huán)氧材料緊密接觸達到止水效果。a區(qū)b1區(qū)b2區(qū)的排水系統(tǒng)共同組成了一個完整的排水系統(tǒng)。6 關(guān)鍵技術(shù)6.1 量體裁衣根據(jù)建筑物的實際外形尺寸，按照設(shè)計圖紙和技術(shù)要求，通過分析計算確定防滲膜的布置型式，預(yù)先繪制安裝詳圖，編制薄膜材料和安裝配件材料加工計劃表，制定生產(chǎn)和供應(yīng)計劃。6.2 周邊密封周邊密封是防滲處理的關(guān)鍵技術(shù)之一?；嫣幚恚和ㄟ^外觀檢查與錘擊，認真如實地檢查大壩表面及壩體砼質(zhì)量，檢驗是否有過多的不勻稱現(xiàn)象和/或平面的偏移，

17、是否有蜂窩、雜質(zhì)以及任何其他對土工技術(shù)材料安裝不利的現(xiàn)象。應(yīng)在缺陷區(qū)域做上標(biāo)記，立即移除缺陷材料，并采用規(guī)定材料和修補工藝進行處理。周邊密封：在灌漿平臺、el1668m高程、進水塔兩側(cè)、溢洪道周圍等處都需要進行止水密封。通過測量放線進行定位，正確使用與安裝密封材料及安裝所有錨固部件，使用扭矩扳手在封口錨釘上使用正確的扭矩。質(zhì)量負責(zé)人將認真檢驗每一道安裝工序和細節(jié)。6.3 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)的設(shè)計與施工是保證防滲膜系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮作用的必要手段和措施。采用地質(zhì)鉆機造孔，內(nèi)部安裝鍍鋅鋼管，鋼管與混凝土之間采用水泥灌漿封填。排水孔口安裝土工網(wǎng)時需要特殊處理。6.4 內(nèi)外彈性張緊異形壓板內(nèi)外彈性張緊異形

18、壓板的安裝，保證了防滲膜能夠根據(jù)外界溫差的變化自行調(diào)整其延展性，使防滲膜外觀始終保持張緊狀態(tài)，減小收縮現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計圖紙，通過測量將每排壓板的樁號和高程作出標(biāo)記，安裝完成以后，由質(zhì)量負責(zé)人核查鄰近壓板安裝是否在規(guī)定公差范圍之內(nèi)，及時進行調(diào)整，確保所有錨釘和連接件都安裝完好并固定緊。7 防滲膜安裝施工的質(zhì)量控制7.1 材料生產(chǎn)、運輸與檢驗要求薄膜供貨商是意大利諾瓦拉市的sibelon srl公司，該廠家生產(chǎn)此種薄膜有幾十年的歷史了，已經(jīng)被用于一個或多個建筑上成功地發(fā)揮著作用。薄膜在1.4mpa的恒定靜水壓力下應(yīng)能夠100%的防滲。廠家提供每卷或每張薄膜的質(zhì)量保證文件，包括說明批號和卷數(shù)、生產(chǎn)日期

19、和當(dāng)批材料的材質(zhì)保證書。選擇最優(yōu)的運輸方案，確保對薄膜等材料的破壞降低到最小限度。材料運至工地，要組織人員聯(lián)合檢驗和核對，分區(qū)分類堆放，并作上明顯的標(biāo)記。7.2 現(xiàn)場焊接試驗薄膜的焊接是質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序之一。每班至少有一名薄膜的焊接行家。每個焊接人員應(yīng)用薄膜試樣進行試焊接，試焊接的情況應(yīng)模擬實際的現(xiàn)場安裝條件。試驗縫的抗拉試驗應(yīng)按照astm d638標(biāo)準(zhǔn)進行。如果材料在焊縫以外的部位斷裂，抗拉試驗應(yīng)被視為是合格的。在監(jiān)理工程師的現(xiàn)場監(jiān)督下，卡皮公司的7名職員逐個進行了現(xiàn)場焊接試驗，取得了工程師的認可，蒙古項目部的2名中方技工通過施工鍛煉和培訓(xùn)，也取得了薄膜焊接操作資格證。7.3 焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)

20、要求焊接應(yīng)采用熱氣焊，不允許用溶劑進行冷焊，使用專用的可調(diào)式高溫?zé)犸L(fēng)槍進行焊接。結(jié)構(gòu)焊縫：不直接接觸水面或暴露在外部環(huán)境中的焊縫，例如完全被pvc蓋條覆蓋的內(nèi)外張緊壓板處的焊接縫。防水焊縫：直接接觸水面或暴露在外部環(huán)境中的焊縫，如不與壓板對應(yīng)的相鄰防滲膜間的焊縫，覆蓋壓板的pvc蓋條與防滲膜的焊縫，缺陷處修補的焊縫等。焊縫搭接寬度不小于80mm，焊接缺陷應(yīng)是不連續(xù)的且不大于搭接寬度的1/3。7.4 質(zhì)量檢查與驗收卡皮公司質(zhì)量負責(zé)人每天核實天氣狀況后，批準(zhǔn)開始安裝防滲膜。防滲膜展開后要確保位置正確、排列有序，避免可能發(fā)生的整體損壞，要使用識別碼來確認檢查過的防滲膜。薄膜的所有焊接和被擾動表面應(yīng)在

21、工程師在場的情況下用電動漏點檢測儀或探傷儀進行檢測，所有的焊接工作首先應(yīng)由焊接人員和其監(jiān)管人員進行目視檢測，包括彎曲和手拉測試。監(jiān)理方和業(yè)主方共同安排了3名運行管理人員全程參與施工監(jiān)督，最終檢查驗收由監(jiān)理工程師代表、業(yè)主方運行人員、卡皮公司質(zhì)量負責(zé)人和承包商質(zhì)量負責(zé)人組成的驗收小組執(zhí)行。驗收小組確認待檢查的區(qū)域，核實檢查過的區(qū)域是否有其他損壞和不可接受的現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)有孔洞、裂口、漏焊等現(xiàn)象，就作上標(biāo)記，卡皮質(zhì)量負責(zé)人將決定相應(yīng)的處理方案（見7.5），修補完成后再次復(fù)查直至合格。7.5 缺陷修補更換新防滲膜：如果檢查發(fā)現(xiàn)防滲膜損壞范圍較大，包括現(xiàn)場不能修復(fù)的生產(chǎn)缺陷，就必須更換新的防滲膜，必須按照審批的程序和方法進行更換。鱷魚嘴修補：鱷魚嘴是指局部漏焊的焊縫，修補程序和方法比較簡單，直接補焊即可。孔洞修補：用肥皂水把損壞的土工復(fù)合材料上的灰塵和缺陷區(qū)域的雜質(zhì)清除干凈，準(zhǔn)備和原材料性質(zhì)相同的土工防滲膜，尺寸能夠在缺陷區(qū)域周圍重