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国家 863 高技术研究发展计划- 2002AA2Z4131 国家十一五重点课题“灌区输水技术研究与产品开发” 渠道水工沥青混凝土防渗技术. 鲁一晖 中国水利水电科学研究院结构材料研究所 水利部水工程建设与安全重点实验室 北京中水科海利工程技术公司. 1. 沥青的环保问题. 石油沥青对水质无污染。国外许多灌溉、饮用水工程都采用了沥青混凝土衬砌防渗:. 1. 沥青的环保问题. 中国工程采用了沥青混凝土衬砌防渗: 抽水蓄能电站沥青混凝土面板防渗:浙江天荒坪、 河北张河湾、山西西龙池、河南宝泉等; 沥青混凝土心墙:尼尔基、冶勒等;. 1. 沥青的环保问题.

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国家863高技术研究发展计划-2002AA2Z4131国家十一五重点课题“灌区输水技术研究与产品开发”渠道水工沥青混凝土防渗技术

鲁一晖

中国水利水电科学研究院结构材料研究所

水利部水工程建设与安全重点实验室

北京中水科海利工程技术公司


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1. 沥青的环保问题

  • 石油沥青对水质无污染。国外许多灌溉、饮用水工程都采用了沥青混凝土衬砌防渗:


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1. 沥青的环保问题

  • 中国工程采用了沥青混凝土衬砌防渗:

    抽水蓄能电站沥青混凝土面板防渗:浙江天荒坪、河北张河湾、山西西龙池、河南宝泉等;

    沥青混凝土心墙:尼尔基、冶勒等;


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1. 沥青的环保问题

  • 沥青混凝土施工中的污染问题:

    ---沥青中的苯丙芘含量问题

  • 石油沥青中的苯丙芘含量远低于煤沥青中的苯丙芘含量;

  • 石油沥青中的苯丙芘含量与日常生活中常用物质的苯丙芘含量相当。





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1. 沥青的环保问题

  • 1987年国际癌研究机构(IARC)提出了致癌性评价标准,未将石油沥青列入人体致癌物质,而煤沥青和煤焦油则被列入致癌物质;

  • 1968年国外进行的对25个炼油厂沥青车间的462名工人与397未接触沥青人进行对比研究,证明两组人群的健康状况没有差别;

  • 国际卫生组织(WHO)的Health Criteria系列报告认为,石油沥青与煤沥青截然不同,石油沥青对人体是没有致癌性的。


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2. 沥青混凝土的高温流淌问题

  • 《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》中规定面板不宜陡于1:1.7是出于铺筑机械施工效果和人员安全的考虑;

  • 国外有许多工程坡度陡于1:1.7,表明沥青混凝土的斜坡流淌问题是可以解决的;

  • 国内丹河电厂灰坝坡度曾做到1:1.6,沥青含量达7.5%,至今运行完好。说明只要施工得当,依靠国内技术可以解决流淌问题。


Alz 1 1 25
德国Alz渠道沥青混凝土施工(1:1.25)


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3. 沥青混凝土的低温冻断问题

  • (1) 沥青混凝土防渗经验之一

    只要配合比设计、施工方法得当,普通沥青混凝土可以承受相当低的温度不开裂。


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3. 沥青混凝土的低温冻断问题

(1)沥青混凝土防渗经验之一

  • 应尽量采用较高标号的沥青,如B80/100;

  • 施工现场设置拌合站,减小运距,以此控制拌合温度,防止施工中的沥青老化;

  • 在满足斜坡稳定的前提下适当采用稍高的沥青含量,工程中沥青含量曾做到8%左右;

  • 采用小孔隙率,提高防渗,工程中曾做到2%。


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(1) 国外经验之一(实例)

  • 工程:冰岛Sigalda沥青面板坝

  • 年代:1975年建成

  • 气温:施工-5~15℃,9月份可达-5℃

  • 沥青:B80/100,针入度73~83,软化点49℃。

  • 沥青含量:防渗层7.7%,整平层5.1%,封闭层33%。

  • 骨料最大粒径:22mm

  • 施工:摊铺机预压密实95%,1.5和4.5t振动碾,孔

    隙率1~4%以下。红外线接缝处理。


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(1) 国外经验之一(实例)

  • 工程:奥地利Oschenik沥青面板坝,坝高81m

  • 年代:1972~1979年施工

  • 环境:-35℃以下,海拔2391m,冰层厚度1.5m

  • 沥青:B80/100,针入度73~83,软化点49℃。

  • 沥青含量:防渗层7.7%,整平层5.1%,封闭层33%。

  • 骨料最大粒径:22mm

  • 施工:摊铺机预压密实95%,1.5和4.5t振动碾,孔

    隙率1~4%以下。红外线接缝处理。


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3. 沥青混凝土的低温冻断问题

  • (2)沥青混凝土防渗经验之二

    采用改性沥青来改善沥青混凝土的抗裂性能。前苏联专家提出,应设法使沥青混凝土在运行过程中呈粘弹塑性状态。对于气温在-20℃以上的地区可以采用普通沥青混凝土,其他低温地区则应当采用改性沥青混凝土。


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(2) 国外经验之二(实例)

  • 工程:前苏联米努辛热电厂灰渣池

  • 年代:1979年施工,防渗面积30万m2

  • 气温:最低气温-52℃,最高39℃。

  • 沥青:B90/130, SBS掺量8%。

  • 沥青含量:防渗层10%。


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(2) 国外经验之二(实例)

  • 工程:前苏联巴拉克夫化工厂废渣池面板工程

  • 气温:最低气温-44℃,最高40℃。

  • 沥青:B60/90,改性乳胶含量10% 。

  • 沥青含量:防渗层10.5%。


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4. 国内沥青混凝土机械化施工实例

  • 工程地点:河南省林州市浊漳河支流露水河

  • 大坝坝型:土质斜墙堆石坝(后加沥青混凝土面板)

  • 最大坝高:78.5m

  • 工程内容:

  • (1)对面板流淌、开裂严重部位进行拆除,并用新沥青混凝土回填(3000m2);

  • (2)在497高程以上铺设10cm沥青防渗层(12000m2);

  • (3)在防渗层表面涂封闭层(12000m2);

  • (4)部分岸边接头重新修筑。








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5. 渠道改性沥青预制板衬砌技术

  • 衬砌板预制场:

    配筋改性沥青混凝土,振动碾压实,并贮存

  • 预制板运输:

    特制吊装架吊装,汽车运输

  • 预制板安装:

    现场吊装,对接

  • 预制板接缝处理:

    嵌缝材料接缝密封处理


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单位:cm

5cm沥青混凝土

垫层石

图2 沥青混凝土衬砌渠道横断面示意图

图1某工程渠道梯形断面图


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板材制备-------(制板槽施工)


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板材制备-------(制板槽施工)


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板材制备----第一层沥青混凝土摊铺


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板材制备----铺设聚脂网格


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板材制备----第二层沥青混凝土摊铺


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板材制备----第二层沥青混凝土摊铺


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板材制备----冷却后拆除两侧角钢


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运输--滚筒卷起板材运往堆料场


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运输--滚筒卷起板材运往堆料场


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运输--成型渠道型板


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运输--型板吊装在运输车上


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运输--运往现场


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施工--从运输车移至起吊行车


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施工--起吊行车铺装型板


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施工--起吊行车铺装型板


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推广示范工程简介

  • 2009年3月~4月间,在河北省邢台地区世界灌区灌溉农渠上选取了约150m长的农渠,进行沥青混凝土预制板铺装施工,取得了满意效果。

  • 试验段工程位于河北省宁晋县南梁庄。属于宁晋灌溉渠系西干渠闫庄支渠辖控。试验段全长150m,U型断面,渠口宽120cm,渠深63cm,坡比1:1500。采用柔性沥青混凝土预制板衬砌。

  • 试验工程所用沥青为中水科海利工程技术有限公司研制生产的SK-1型SBS改性沥青。沥青混凝土预制板板材尺寸根据渠道全断面长度及施工能力确定:长181cm,宽135cm,厚3cm。单块重量180kg。



















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6 沥青混凝土机械化施工技术

沥青混凝土衬砌方案的优点:

工程背景

  • 尼勒克一级水电站发电引水渠要求全年运行。由于该工程地处严寒地区,为保证渠道冬季运行安全,需进行沥青混凝土衬砌摊铺试验研究。


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6.1沥青混凝土衬砌方案的优点

  • 抗冻性较优,可缓解冰层堆积

  • 孔隙率:<3%

  • 渗透性: <1×10-8 cm/s,远小于混凝土,导致外水很难进入

  • 保温性:沥青导热系数为混凝土的1/ 13

  • 沥青呈黑色,吸收热辐射能力较大

  • 冰冻剥蚀:柔性封闭层表面基本无孔隙,且比较光滑,且沥青憎水,可缓解或抵抗冰冻剥蚀


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点

专业设备机械化施工,施工质量易于保证:

  • 拌和站:沥青混合料配料精度高

  • 摊铺机:自身具有预压实功能,预压实度90%

  • 振动碾:采用振动压实,静碾收光

  • 防渗层厚度:5 cm,已在南谷洞成功实施

  • 国内天荒坪已成功运行10年,目前滴水不漏。其他如张河湾、西龙池上库也无渗漏。


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点

适应基础变形能力优于混凝土:

  • 渠道的基础变形:由于渠线长,沿线地质变动较大,发生基础不均匀变形的可能性较大

  • 沥青混凝土:25℃时可承受0.08的弯拉应变不漏水,2℃时可承受0.02的弯拉应变不漏水。其适应基础不均匀沉陷变形能力远高于水泥混凝土。


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点

沥青混凝土衬砌糙率较小,可减小渠道开挖断面和水力坡降:

  • 混凝土: 0.012 ~ 0.018

  • 沥青混凝土:0.012 ~ 0.014


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点

沥青混凝土抗侵蚀性和耐久性较好:

  • 尼勒克:砂砾石骨料存在碱活性,黄土地段存在硫酸盐侵蚀

  • 沥青混凝土:抗化学侵蚀能力强,国外有很多用于垃圾场、工业和生活污水池衬砌的成功实例。


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尼勒克沥青混凝土抗冲磨试验结果:在7%含沙率、 20m/s流速的含沙水流中,沥青混凝土衬砌的抗冲磨性能优于C40水泥混凝土,其磨损率仅为水泥混凝土磨损率的1/5.7。


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点

沥青混凝土优点:

沥青混凝土可减少砂砾石用量,减小征地:

尼勒克23.5 km衬砌,如果采用沥青混凝土,可减小砂砾石骨料用量29万m3,利于工程移民、征地和环保。


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6.1 沥青混凝土衬砌方案的优点


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6.2 沥青混凝土衬砌现场试验

试验目的:

  • 研究沥青混凝土衬砌方案的施工技术可行性;

  • 研究沥青混凝土衬砌方案对现场渠基的适应性;

  • 研究试验沥青混凝土衬砌方案的跨冬季运行性能;

  • 提出沥青混凝土衬砌方案机械化施工的可行性论证;

  • 总结形成沥青混凝土衬砌机械化施工技术要求和质量控制标准;


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6.2 沥青混凝土衬砌现场试验

试验地点及施工

JK1:

  • 尼勒克一级电站10+583.8m~10+656.8m引水渠段,长73m,面积2500m2

  • 试验段属于黄土渠段

  • 试验段紧邻315省道,交通便利

  • 现场有高压线路,供电容易解决

  • 现场有一条引水农渠横穿试验渠段,可提供渠段蓄水

  • 施工时间:2008.10.23~2008.11.07,日平均气温:6.0~4.5℃


Lb 1300
本试验中的LB-1300型沥青混凝土拌和站
















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JK1试验段完工面貌


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JK2试验段完工面貌


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尼勒克现场渗漏观测结果:渗漏量小于0.012m3/(m2.d),远低于规范要求的0.04~0.14m3/(m2.d)


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尼勒克沥青混凝土衬砌2009年1~2月份的冰冻情况:冰层厚:20~50cm,随着水位降低,形成的一条整齐的脱开分离线。



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6.3 摊铺机实例及桥式摊铺机的设计

宝泉工程中的斜坡摊铺机和喂料车(斜坡1:1.7)


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6.3 摊铺机实例及桥式摊铺机的设计

宝泉工程中的牵引台车和汽车卸料


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6.3 摊铺机实例及桥式摊铺机的设计

南谷洞、宝泉工程中的国产摊铺机熨平压实系统


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6.3 摊铺机实例及桥式摊铺机的设计

南水北调中线工程中的渠道桥式混凝土摊铺机衬砌施工


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6.3 摊铺机实例及桥式摊铺机的设计

德国Alz渠道桥式摊铺机沥青混凝土衬砌施工(岸坡1:1.25)





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总 结*由于材料技术、施工技术和设计水平的进步,渠道水工沥青混凝土防渗技术已成为一成熟技术。*水工沥青混凝土防渗机械化施工速度快、效率高、质量控制好,是值得推广的先进技术。


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