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水利工程论文-HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用.doc

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水利工程论文-HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用.doc

水利工程论文HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用摘要山区的渠道工程建设,目前一般采用水泥砂浆砌条石防渗。该防渗工艺虽能就近取材,但防渗效果不理想,河砂运输困难,建设活动对环境影响大。四川省平昌县利用HEC土体固结剂作为胶凝材料,在渠道防渗工程中进行了应用研究,取得了满意的效果,克服了前述防渗工艺的不足,为山区的渠道防渗提供了全新的施工方案,具有较大的推广应用价值。关键词水利新技术HEC土体固结剂防渗应用一、概述HEC土体固结剂全称HEC高强高耐水土体固结剂,是武汉大学研制的一种新型胶凝材料,近年来广泛应用于包括三峡、黄河小浪底等工程中,被国家科学技术部列入九五国家科技成果重点推广计划项目。用其固结的材料范围广,尤其是可以充分利用当地各种土料作建材,能使工程总造价下降20左右。并且具有早期强度高、后期强度稳定发展、水稳定性好、耐久性好等特点。HEC产品目前在四川省水利工程建设中还处于试点应用阶段。平昌县选用适合水利项目及基础工程的HEC1产品,研究在川东丘陵区HEC与不同土体,采用不同配比在渠道防渗工程中应用的可行性、技术优越性,总结了配合比方案、施工技术要点。二、实验项目实验设计指标为防渗体强度≥C5,抗渗标号≥S5。HEC产品外观与水泥相近,同为粉末状材料,其固结对象为土体,与水泥固结砂砾石的施工工艺不一样。试验按SL2371999土工试验规程、DL/T51502001水工混凝土试验规程的原则方法进行。实验方案为1、在当地取两种分布较广并具有代表性的土样作土工试验得到土样的物理指标,对土样定名。该试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。2、无侧限抗压试验。取两种土样分别以10、12、15的HEC含量做抗压试件,模具为7.07cm7.07cm7.07cm标准试模,分二层夯筑成型,试件24小时脱模,洒水养护七天。该试验由平昌县建筑质量监督检验所承担。3、取两种土样分别以12、15的HEC含量做抗渗试件,试模尺寸为高15cm,上口直径17.5cm,下口直径18.5cm,分四层夯筑成型,试件24小时脱模,洒水养护七天。抗渗试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。4、取两种土样分别以15的HEC含量用振捣法在U型渠模具内预制渠槽,该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。5、取两种土样分别以15的HEC含量用U型渠液压成型机压制渠槽。该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。试验成果为1、两种土样分别定名为粘土、重壤土,同属粘性土,其物理指标如下表项目指土标样比重ds液限WL塑限Wp塑性指数Ip分散度天然含水量W最大干密度ρdmaxg/cm3最优含水量Wo粘土2.6742.120.221.939.713.61.6420.4重壤土2.6937.021.715.343.614.91.6917.72、试件七天抗压强度如下表HEC含量土强样度Mpa101215粘土4.084.625.89重壤土3.974.455.46两种土样掺和HEC的含量越高,其抗压强度越高按15HEC含量配制的试件其七天抗压强度能够达到设计抗压强度。3、试件七天抗渗试验采用逐级加压法,经历时间16h18h,终了水头20m60m,成果如下表HEC含量土渗透系样数Kcm/sec1215粘土0.531080.27108重壤土5.561083.83108两种配比制作的试件其渗透系数均远远小于设计渗透系数1105cm/s,达到设计抗渗要求。4、利用钢模用插入式振捣棒预制U型渠槽。钢模长100cm,设计预制件厚5cm,采用直连式单相振动棒Z1D0135,功率0.60KW,振动棒直径3cm。利用该套模具制作HEC土料混凝土U型渠槽没有成功,其主要原因是由于土料的粒径细微,C值较砂大,与HEC拌合后,其坍落度很低,流动性差,在机械振捣作用下拌合物迅速在振动棒周围结团,不能在模具内形成均匀密实的预制件。结论是仅靠振动施工无法完成预制构件的工作。5、压制HEC土样混凝土U型渠槽。液压U型渠成型机的压力为50kg水压,能够生产长50cm的各型U型渠槽安装不同型号的U型渠模具,分层压制成型,立即脱模。该试验未能成功。其原因是虽然在模具表面抹了一层矿物油,但是土料的粘性大,脱模时HEC土料拌合物粘附在模具表面,不能形成一个完整的构件,而且需经五次压制才能达到设计密实度,工效低。以上试验结论为对我县分布较为广泛的粘土、重壤土按HEC∶土料∶水为1∶56∶0.40.5的配合比配制HEC土料混凝土,采用夯筑方式制作的构件能够达到强度≥C5、渗透系数K≤1.0105cm/s的设计要求,能够满足水利工程渠道防渗体的各项指标,其要点是土料含水量控制在20以内,HEC拌合料含水量控制在22以内。三、施工准备1、渠道断面选择渠道净深小于40cm的渠道可采用直墙,否则考虑边坡稳定应采用梯形断面如采用直墙,衬砌过厚不经济。实验渠道设计坡降为1.5‰,按灌区最大灌溉流量进行断面设计,为梯形断面,边坡1∶0.5,净深50cm,正常水深40cm,设计衬砌厚度为边坡12cm,底板8cm。设计糙率0.015砼抹光渠道的正常值。2、工具按渠道测量规范测量布点,制作模架用厚3cm的木板、木制夯筑锤、铁等。3、设备为了快速检测填筑质量,特购置了干密度快速检测仪微贯仪。用环刀法与干密度快速检测仪作平行实验,率定贯入仪的标准值。以第一仓料为试验,每层填土10cm,分层夯筑密实,然后去掉表层5cm,取3组填土作环刀试验,得到天然密度ρ2.02g/cm3,干密度ρd1.70g/cm3,含水量w18.82,结果符合设计要求。在环刀周围取7个点,用贯入仪贯入15cm,获得7个压力值,剔除最高点182N,最低点115N,得到平均压力为148N。该值即为该检测深度与环刀率定出的标准贯入值。在施工过程中用贯入仪检测填土密实度,当压力P≥148N,即符合密实度要求,当P<148N,即需返工夯筑。四、施工工艺1、备料。就近选择土层较深厚,土质均匀的地方作为料场,四周挖好排水沟,去掉表层杂物,翻挖晾晒。土块略干时捣碎,用孔径小于1cm的铁筛筛分,一次筛分的土料不宜过多,满足施工进度即可。2、开挖。按设计毛渠断面及坡降开挖,底宽49cm,边坡1∶0.5,深58cm,用方木条制作成毛渠模架,检查开挖尺寸。毛渠边坡及底板用木锤或泥掌子击实,避免衬砌时因夯筑不实而导致毛渠界面变形。3、架模。按设计的渠道底坡及堤顶高程,在毛渠堤顶上定桩拉线,模架上边缘与拉线齐平,模架撑杆与模架相对固定。毛渠底板低了则垫,高了则挖,保证模架定位在设计高程。架好模后在模板表面涂抹矿物油一般为废机油。4、配料。为了控制好配合比,每次按掺入50或100kgHEC进行拌料,配比为HEC∶土料为1∶6。干料拌合均匀后按水灰比1∶2的水量充入喷雾器,一边拌和一边喷水,加水速度以拌料不结大团为宜。拌料最后的形态为粗颗粒状,团块需捣细。拌料的含水量以手握成团、可塑,掰开后内部较紧密为宜。拌料的同时洒水将毛渠表面湿润,以可以抹起泥浆为度。料拌好后迅速填仓夯筑,拌料存放时间不宜超过1h。5、夯筑。1填料夯筑。将拌料用撮箕、木桶、细密的背兜盛装运入仓内,两边同时加料同时夯筑,每次加料厚度以8cm10cm为宜。夯筑至设计高程后将堤顶用泥掌子拍规则,用砖工用的铁掌子抹光。在夯筑过程中随时可用贯入仪检测填筑干密度,如不密实则再夯筑。一仓料夯筑合格后将撑杆卸掉,取下模板。2在衬砌成型的渠道边墙上用墨线弹出设计渠道底坡线。然后加入拌料夯筑渠道底板,夯筑至设计高程后用泥掌子拍规则,用铁掌子将HEC土料为12的稀薄浆液在渠道表面抹光。6、养护。用塑料薄膜覆盖,待表面表现干燥时洒水。养护期七天以上,气温高时需每天洒水。养护期间禁止人员在渠道上走动。渠道衬砌按每3m长留一条伸缩缝,缝宽2cm,用1∶5沥青砂浆填塞。现场施工的核心是架模到位,拌料均匀,加水适中,夯筑密实,收光养护。五、渠道流量指标、效益测算比较渠道衬砌工作完成后,水库开闸放水,沿途不分流,用LS251型旋浆式流速仪配合XHW1型通用流速测算仪在渠首、渠中、渠末三个断面测定流速,测算出三个断面的流量、糙率、渗漏量。如下表指标断面流速m/s流量m3/s流量减小m3/s每公里水量损失糙率渠首0.8400.16800.00040.240.01400000.8380.16760.0140.00020.2016000.8370.16740.014经测算,渠道在通过最大流量下渗漏量非常微小,为每公里0.2,防渗体本身无渗漏,渗漏发生在沿途预留的灌溉放水口部位渠道糙率为0.014,略低于混凝土抹光渠道正常值。通过连续三天最大流量放水试验,没有发现冲刷现象,其结构强度达到要求。按同等规模的浆砌条石、砼渠道进行流量、造价与工期比较,其指标如下比较项目衬砌指材料标糙率流量m3/s每公里水量损失百分比造价元/m工期天相同断面及长度备注相同断面相同过流量HEC土料0.0140.1680.2616185生产厂家普及后造价更低浆砌条石0.0250.09457182136混凝土0.0150.1570.2747696据上表,HEC土料衬护渠道相对浆砌条石渠道综合造价降低14.1按相同过流量则造价降低25.6,过流量增大1.8倍,水量损失减小96相对混凝土渠道,综合造价降低17.6按相同过流量则造价降低19.7,过流量略大。利用HEC材料的工期最短、造价最低,其主要原因是节省了开山取石、材料运输所需的工日。六、结论通过试验及在工程上的应用证明,HEC1材料适合粘土、重壤土、轻壤土、砂土,按HEC土料为16的配比,按照碾压夯筑施工工艺能够获得符合渠道防渗体标准的强

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