簡介： 馬頭發(fā)電總廠二期改造工程中的灰漿泵沖填粉煤灰筑壩、復(fù)合土工膜的鋪設(shè)以及采用根據(jù)工程本身的實際情況自行設(shè)計的截滲水管的方案設(shè)計和施工要求，對于灰場改造工程中就地取材沖填粉煤灰修復(fù)壩體的技術(shù)、工藝要求進行了探討；對于復(fù)合土工膜的技術(shù)特點、施工要求以及復(fù)合土工膜搭接使用的土工膜膠進行了論述；對于自行設(shè)計的防滲水鋼筋混凝土截滲水管進行了詳細的說明。
關(guān)鍵字：粉煤灰 復(fù)合土工膜 截滲水管 設(shè)計 施工
中圖分類號:TU 27101 文獻標識碼:B 文章編號:1672-1683(2004)03-0049-04
Design & construction of the Flyash M odification P roject in the Power P lant
GUO Ying -bo
Abstract:The essay gives an introduction on methods and construction acquirements of building dam by pumping with flyash and of laying with compound earthwork membrane, including the adoption of pipe to defend piercing water self-designed according to the practical engineering situation, which are adopted in the secondary term project of Matou General Power Plant . Meanwhile, the skills and technique how to use available flyash for reconstructing the dam –body of the adh modification works ,the skills and application of compound earth –work membrane are studied .
Key Words:
flyash ;compound earthwork membrane;pipe to defend piercing water;
design and construction
一、工程概況
馬頭發(fā)電總廠現(xiàn)有6臺機組，總裝機容量為1030 mW。該廠鍋爐燃燒后的粉煤灰通過廠區(qū)內(nèi)的灰漿輸送泵經(jīng)一條Ф529×8的螺旋鋼管送往灰場。馬頭發(fā)電總廠現(xiàn)共有4個儲灰廠，其中一、二、三期灰場已經(jīng)退役，現(xiàn)運行的四期灰場將在2005年退役。為了增加現(xiàn)運行的四期灰場的使用年限，擬加高壩體。因現(xiàn)在四期灰場正在運行不宜施工，故先改造二期灰場，待二期灰場投運后再對四期灰場進行改造。
馬頭發(fā)電總廠二期灰場位于馬頭發(fā)電總廠東偏北方向8.5 km處，占地面積為142.6萬㎡，壩體軸線長度2480 m，底寬39.93 m，壩高10.98 m，內(nèi)坡度1：3.5，外坡度1：2.0。二期灰場1997年1月退役，退役后僅做了一些環(huán)保方面的簡單維護，大壩由于周圍農(nóng)民用土等原因已經(jīng)破損嚴重。本次改造的主要工作就是將破損部分進行修復(fù)，然后鋪設(shè)復(fù)合土工膜。為了準確地計算破損部位恢復(fù)實際需要的土方量，特聘請華北水利水電學院的專業(yè)人員利用GPS接受機和全站儀等進行了測量。二期灰場改造后可利用容積275.2萬m3，可以供馬頭發(fā)電總廠全廠鍋爐排灰37個月。37個月時間完全可以完成四期灰場改造工程。
2 壩體施工設(shè)計方案
本次改造主要從三個大的方面進行考慮。1、利用灰漿泵水力沖填粉煤灰筑壩，恢復(fù)破損部分壩體。2、鋪設(shè)復(fù)合土工膜，頂部覆蓋300 mm厚、側(cè)面覆蓋600 mm厚砂土，然后植被固砂。3、埋設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土截滲水管，代替普通的滲水溝，防止出現(xiàn)大量滲水浸涌壩基以及壩外淹沒農(nóng)田。
2.1 灰漿泵水力沖填粉煤灰筑壩
2.1.1現(xiàn)場水力沖填粉煤灰試驗 由于利用水力沖填粉煤灰筑壩我們是第一次，對于馬電二期灰場現(xiàn)原有的粉煤灰是否適合沖填、沖填時的厚度以多少為宜、灰漿濃度變化對沖填粉煤灰密度的影響等問題我們均沒有第一手資料。于是決定委托和自行做一些實驗，以便為施工方案的設(shè)計提供資料。
馬電二期灰場現(xiàn)原有的粉煤灰基礎(chǔ)試驗
某高校試驗室在二期灰場不同位置采集了四件灰樣，進行粉煤灰顆粒分析、壓實特性、不同干密度下的滲透性和強度特性實驗，以及試驗室模擬沖填試驗。
試驗結(jié)果是：Ⅰ 在粉煤灰淤積過程中，隨著漿液流動距離的增大，粉煤灰顆粒發(fā)生分選，不均勻系數(shù)變化的范圍一般為2.7—3.0。Ⅱ 隨著粉煤灰平均粒經(jīng)的增大，其最大擊實干密度增大，而最優(yōu)含水量減��；隨著平均粒經(jīng)的增大，最小干密度和最大干密度均增大。Ⅲ 對于同一種粉煤灰，隨著密度的增大，飽和粉煤灰的有效應(yīng)力和總應(yīng)力強度指標均有明顯增大。Ⅳ 馬電二期灰場現(xiàn)有粉煤灰脫水固結(jié)較快，透水性能強，持水量高，飽和粉煤灰容易振動變密。Ⅴ 振動初固結(jié)時，粉煤灰的含水量在46.1%以上，壓實系數(shù)在0.92以上，相對密度在0.78以上。
結(jié)論是：馬頭發(fā)電總廠二期灰場現(xiàn)有粉煤灰是一種比較適宜的沖填材料。
現(xiàn)場沖填粉煤灰試驗
沖填粉煤灰厚度變化對壩體質(zhì)量的影響。方法：先將沖填層用圍埂劃分為兩類6個畦塊。然后，通過泥漿泵抽送粉煤灰漿液至沖填畦塊沉積，邊沖填邊人工踩擾。沖填過程中，畦塊內(nèi)表面明水同時排出。待達到設(shè)計厚度時，停止沖填。沖填形成的粉煤灰層通過滲透和表面蒸發(fā)等方式脫水固結(jié)。12 h后，再進行表面平板振動器振密，然后再進一步脫水固結(jié)24 h。試驗時注意要選用同一地點的粉煤灰源，畦塊大小相同，振密措施相同。我們選擇了500mm、600 mm、700 mm三個厚度進行試驗。
結(jié)果如下：
結(jié)論：在一定的振密條件下沖填層的厚度的變化對沖填粉煤灰密度有明顯的影響�？梢娝_填施工時，控制沖填層的厚度應(yīng)小于500 mm，這樣有利于控制沖填粉煤灰壩體的質(zhì)量。如果再薄一些質(zhì)量會更好，但會降低施工效率。
漿液濃度變化對沖填粉煤灰密度的影響。通過試驗我們認為：水力沖填粉煤灰漿液的灰水比變化范圍一般在1：3---1：5之間，且最大灰水比不得大于1：3。水灰比過大輸漿管道容易淤堵；當灰水比過大時粉煤灰顆粒會在畦塊中發(fā)生分選引起質(zhì)量的不穩(wěn)定。而且含水量越大水力的運移作用越強，顆粒的分選現(xiàn)象越嚴重，質(zhì)量越不穩(wěn)定。
水力沖填粉煤灰施工方案
施工流程。通過對試驗結(jié)果的研究以及馬頭發(fā)電總廠二期灰場現(xiàn)有實際情況，我們制定了以下施工工藝流程。
施工質(zhì)量控制要點。
準備階段認真徹底清理壩基雜物，并在每一臺泥漿泵吸頭前設(shè)一柵欄，不讓任何雜物進入施工作業(yè)面上的沖填池內(nèi)，保證壩體竣工后不存在施工盲點。
取灰筑壩時距壩腳保證有足夠的安全距離（不應(yīng)少于50 m）,沖填過程中，沖填池采用隔池、跳池沖填，每層沖填厚度控制在400 mm—500 mm之間，頻繁移動出漿口。填粉煤灰漿液的灰水比控制在在1：4左右。
施工過程中上下層中間分畦隔壩不準重疊，每層均采取人工踩擾及平板振搗器振密，不允許少振、漏振。
為了防止新沖填的壩體受大風、雨水等的侵蝕，壩體每完成一段應(yīng)立即進行護坡和保養(yǎng)工作，避免發(fā)生飛灰污染。
2.2 復(fù)合土工膜鋪設(shè)
2.2.1復(fù)合土工膜的特征 復(fù)合土工膜是以塑料薄膜做為防滲基材，與無紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜主要有聚氯乙烯（PVC）和聚氯烯（PE），它們是高分子化學柔性材料，比重較小，延伸性較強，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕、耐低溫、抗凍性能好。其主要機理是以塑料薄膜的不透水性隔斷壩體的漏水通道，以其較大的抗拉強度和延伸率承受水壓和適應(yīng)壩體變形；無紡布是一種高分子短纖維化學材料，通過針刺或熱粘成型，具有較高的抗拉性能和延伸性。它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了增大了塑料薄膜的抗拉強度和抗穿刺能力，而且由于無紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護層的穩(wěn)定。同時它對細菌和化學作用有較好的耐侵蝕性能。
2.2.2復(fù)合土工膜的選擇 目前，國內(nèi)生產(chǎn)復(fù)合土工膜的廠家很多，產(chǎn)品的規(guī)格也是五花八門。有一布一膜、一布兩膜、兩布一膜和兩布兩膜等。土工布的型號有200 g/㎡--1000 g/㎡,膜有0.15 mm（平米重量為150 g/㎡）---0.5 mm（平米重量為500 g/㎡），一般按重量出售（目前市場價格大約為12500元/t---15000元/t）。通過工程的實際情況對復(fù)合土工膜的要求，我們擬選用江蘇某排水工程器材廠生產(chǎn)的復(fù)合土工膜規(guī)格為200 g/㎡-0.2 mm-200 g/㎡兩布一膜材料，結(jié)構(gòu)型式如下圖：
2.2.3土工膜膠的選擇 土工膜膠的的研制和開發(fā)是源于土工合成材料的迅速推廣和應(yīng)用，其技術(shù)依據(jù)企業(yè)在原有氯丁膠的開發(fā)應(yīng)用中建立起的基礎(chǔ)。根據(jù)土工膜特殊的應(yīng)用場合在配方和生產(chǎn)工藝上有一定區(qū)別。土工膜膠的綜合性能必須達到以下標準：(1) 粘接性能良好，其技術(shù)指標為剝離強度和拉伸剪切強度。(2)固化速度快。(3) 耐水性能好，是使用在潮濕環(huán)境下的必備要求。(4) 使用的安全性能優(yōu)異。(5) 性能穩(wěn)定可靠。
根據(jù)馬頭發(fā)電總廠二期灰場改造工程的具體情況，我們通過比選，擬選用江蘇某土工膜膠生產(chǎn)廠生產(chǎn)的土工膜膠，其具體技術(shù)指標如下：
2.2.4土工膜鋪設(shè)的工藝技術(shù)要求 （1） 鋪設(shè)前應(yīng)保證基面（坡面）平整，保證土工膜不被石塊棱角戳破，現(xiàn)場施工時發(fā)現(xiàn)有土工膜破損時必須立即修補。（2） 土工膜鋪設(shè)時應(yīng)注意均勻平整，不可出現(xiàn)扭曲、褶皺、重疊，并要特別注意過量拉伸超過其強度和變形的極限發(fā)生破壞或撕裂、局部頂破等現(xiàn)象。斜坡施工時，應(yīng)保持一定的松緊度，避免使其變形超過土工膜的彈性極限。鋪設(shè)方向應(yīng)該順坡由上而下進行。（3） 土工膜連接時搭接長度應(yīng)大于100 mm，施工人員不可穿帶釘?shù)男�，不可攜帶火種，防止人為地損害土工膜。（4） 各類機械不能在未覆蓋的土工膜上面行駛。（5） 土工膜的存放以及施工鋪設(shè)過程應(yīng)盡量避免長時間的暴曬或暴露，以免土工膜的性能劣化。（6） 周邊接界處理。土工膜與周邊的土體連接緊密，封堵滲流入口，截斷側(cè)面的滲漏路徑，防止?jié)B水進入土工膜的底面形成水泡。周邊接界處挖截水槽，將土工膜埋入槽內(nèi)。
2.2.5 600 mm厚（頂300 mm厚）砂土保護層施工工藝技術(shù)要求（1） 所有保護層均應(yīng)分兩步施工�？拷凉つさ囊粋�(cè)的100 mm厚的保護層土要過篩，不允許有粒徑大于6 mm以上顆粒，以免刺破土工膜。（2）保護層土料一定要夯打密實，保證干容重在1.5以上，并隨時取樣檢驗。（3） 施工期間，施工人員以及機械操作人員一定要精神集中，防止疏忽大意破壞土工膜。如在覆蓋保護層時發(fā)現(xiàn)有土工膜損壞，應(yīng)立即停止覆蓋，修補或更換土工膜。
2.3 截滲水管道的設(shè)計及施工
馬頭發(fā)電總廠二期灰場退役之前曾有一條沿灰壩的滲水渠，但運行期間滲水渠的效果并不是太理想。首先是臨灰壩一側(cè)由于有水滲出，經(jīng)常出現(xiàn)局部塌方的情況。塌方后堵塞滲水渠，造成溢水淹沒另一側(cè)的農(nóng)田。另外，由于滲水渠的本身特性，使其不容易維護和保護，原滲水渠曾經(jīng)出現(xiàn)周圍農(nóng)民故意堵塞淹地索賠的事件。馬頭發(fā)電總廠二期灰場相臨的有兩個縣五個村莊的農(nóng)田，所以處理工農(nóng)關(guān)系也是灰場前期設(shè)計時考慮的一個重要的問題。
2.3.1 截滲水管的設(shè)計 基于以上的原因，我們考慮可否將防滲、截水系統(tǒng)置于地下，這樣以上的弊病就可以根除了。經(jīng)過多次分析、討論，我們初步確定了防滲、截水系統(tǒng)的設(shè)計方案，見下圖（單位：mm）：
設(shè)計說明：
截滲水管在預(yù)制廠預(yù)制，其外型尺寸為1.0 m×0.5 m×2.0 m，壁厚0.1 m，配Φ8@200雙層鋼筋網(wǎng)，混凝土標號C20，每根管頂預(yù)埋Φ20吊環(huán)兩個。
截滲水管沿壩體東、西、南三面埋設(shè)（北側(cè)為馬頭發(fā)電總廠的二期灰場），距壩體底邊外沿3.0 m。截滲水管的坡度3‰。埋深：截滲水管頂面距地面1.2 m（壩內(nèi)復(fù)合土工膜埋深為2.0 m，壩體內(nèi)外地面高差0.8 m）。
頂部及臨壩體側(cè)回填100 mm厚的卵石層，其作用是作為滲水過濾層，避免由于滲水沖刷將雜物帶進截滲水管。卵石的粒徑為應(yīng)大于40 mm，避免卵石堵塞截滲水管的預(yù)留滲水空洞。
截滲水管底做100 mm厚C15砼墊層，防止不均勻沉降引起截滲水管漏水。接口用鋼絲網(wǎng)水泥沙漿抹帶接口。
截滲水管兩端設(shè)混凝土集水坑，通過排水泵及排水管定時將水排入二期灰場內(nèi)。排水泵型號：ZW—100---32；管道型號：Φ108×8。
2.3.2截滲水管的施工 施工均為簡單的室外管道埋設(shè)以及簡單的混凝土工程，無特殊要求，在此不再贅述。
2.3.3本部分需指出的問題 對于截滲水管的埋設(shè)深度和截滲水管的外型尺寸的問題，由于我們沒有做有關(guān)滲水路線及滲水范圍等方面的試驗和研究，所以選定的截滲水管的埋設(shè)深度及截滲水管的外型尺寸只是一個經(jīng)驗的數(shù)字，這有待有技術(shù)力量的單位的同行們進行深入地研究和探討。
3結(jié)束語
平原地區(qū)的火電廠儲灰場個改造工程中，利用原有的粉煤灰進行灰漿泵沖填修復(fù)或加高壩體具有以下幾個優(yōu)點：（一） 由于是“就地取材”，不但節(jié)約了購買土方的資金，而且由于利用了灰場內(nèi)的原有儲灰，也在一定程度上增加了灰場的容灰體積，增加了經(jīng)濟效益。（二） 還由于用原有粉煤灰替代了沙土、黃土筑壩，減少了地表層耕植土的使用量，從而減少了對耕地的破壞，產(chǎn)生了可觀的社會效益。
復(fù)合土工膜的使用以及截滲水管的設(shè)計使用，必將極大地減少平原地區(qū)儲灰場的滲水量，從而為回收利用水資源（馬頭發(fā)電總廠的灰場水均回收再利用）。再者，由于滲水量的減少及滲水被截，減少了周圍農(nóng)田被淹的幾率。這不但減少了因農(nóng)田被淹而造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的損失，也減少了企業(yè)的淹地賠款支出，取得了一舉多得的良好效果。
作者簡介：郭英波（1970-），工程師，1993年畢業(yè)于華北水電學院土木工程系，獲工科學士學位。2000年獲全國注冊監(jiān)理工程師和全國注冊造價工程師的執(zhí)業(yè)資格。
