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水利工程论文-俄罗斯沥青砼心墙堆石坝特点分析.doc水利工程论文-俄罗斯沥青砼心墙堆石坝特点分析.doc -- 2 元

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水利工程论文俄罗斯沥青砼心墙堆石坝特点分析摘要沥青砼用于水电、灌溉、供水、防洪及其他工程的防渗体已有40多年历史。现在已建成了70多座沥青砼心墙坝。奥地利的非斯捷勒塔勒坝坝高150米,是最高的坝,其沥青心墙高98米。挪威斯托勒哥罗木瓦特坝有最高的沥青心墙,高128米。关键词俄罗斯沥青砼心墙堆石坝特点分析沥青砼用于水电、灌溉、供水、防洪及其他工程的防渗体已有40多年历史。现在已建成了70多座沥青砼心墙坝。奥地利的非斯捷勒塔勒坝坝高150米,是最高的坝,其沥青心墙高98米。挪威斯托勒哥罗木瓦特坝有最高的沥青心墙,高128米。1988年6月在美国萨弗朗西斯科召开的第16届国际大坝会议上,世界各国的专家提交了50个报告,会议认为,在未来的最高坝中,使用沥青斜墙或砼斜墙堆石坝,亦或使用沥青心墙堆石坝是有前景的坝型。1992年在弗列捷84国际大坝会议上又重复了上述主张。历史使用沥青可以认为已有5000多年。在印度河谷可以看到最古老的,到现在还在使用的小型砌石蓄水池,砌石就是使用了由天然沥青作成的粘液。伊拉克、埃及、南美的秘鲁等都广泛的使用沥青,用于建筑业的防水。1962年施特拉巴格公司首次采用现代化的机械施工,修建了沥青心墙堆石坝。1970年中国的专家建成了第一座沥青心墙坝。现在中国已建成13座这类坝型。俄罗斯建设了2座薄沥青砼心墙坝。1978年挪威建成了第一座沥青砼心墙坝。到现在挪威的几乎所有大的堆石坝都采用这种工艺。沥青砼心墙与土料心墙相比,沥青砼心墙的优越性在于施工工艺与天气条件无关。甚至雨天或者严寒时都可保证有高的不透水性、塑性、抗腐蚀和抗冻性。工艺和设备第一次采用沥青砼心墙施工时还使用了模板。向模板中填漏干净和干的石料,然后将热沥青注入,达到心墙体积的3040为止。高的工程造价,填注空隙率难于掌握,而心墙的不透水落石出性也难使人满意。俄罗斯专家对三联单座坝高140米的大型堆石坝的施工中,提出了另一种沥青砼心墙的施工方法。将高浓沥青(从10到14)的沥青砼浇注到高1米的钢模板中,当沥青刚刚凝固,将钢模板拆除,这时开始填铺心墙两侧的过滤层。这种多次工序的浇注沥青砼方法,无需专门的施工机械。这种分层浇注的沥青砼心墙,对修建在深的、可压缩总和层地基上的填筑坝是适宜的,因为这类坝基会引起不均匀沉陷和坝体内变位。现在的工艺是沥青砼的机械化浇注和两侧过渡层的填筑同时进行,而无需模板。沥青砼含沥青67。这个既经济又可靠的方法,保证了工程质量,可以检查沥青砼心墙各处的不透水性。标准的挪威沥青砼施工机械,涵盖了两侧过渡层和沥青心墙,总宽3.5米。对于标准的沥青砼尽墙厚0.5米,每侧过渡层厚1.5米,这种机械是适用的。对于有更宽的沥青心墙,可适当的减小过渡层厚度或者采用其他施工机械。沥青工厂生产的沥青,才能用于沥青砼心墙的配置的沥青。空隙率达到3个百分点的地方,沥青砼心墙的透水性达到1011厘米/秒。大坝粘土心墙量测的不透水性为107109厘米/秒。仅仅从不透水性要求出发,理论上沥青砼心墙可以很薄。实际上最小厚度很少选用小于0.5米。对于岩基上坝高6070米的坝,且石料填筑良好的沥青砼心墙厚度,挪威常采用50厘米。在严格要求沥青砼质量下,并能保持不透水性和塑性时,心墙厚度和沥青用量可以减少。包古查坝一期坝高45米,坝基为良好岩基。如果坝体石料填筑的密实度达到应有要求,那么坝体堆石的变形应不会大。如果按照沥青砼心墙制备和浇注的严格要求,其厚度应是50厘米。因为沥青砼和沥青的价格高,沥青砼心墙厚如果设计成100120厘米,则应减少其厚度。密实的沥青砼的塑性性质,在任何气候条件下都能保持。在冬季温度达到57℃时,应采用足够软的沥青,标号低于175。从工厂到大坝施工现场的运输,沥青砼应放在隔热的料箱或卡车中。拌合温度与沥青标号有关。标号145到210的沥青,拌合温度应低于160℃,这可以防止沥青氧化。沥青砼心墙可以在任何天气下施工,这对修建堆石坝是合适的。土料心墙由于天气原因就会停止施工,而沥青砼心墙就可以缩短工期,从而可降低工程造价。沥青砼的浇注可以在低于10℃时进行,浇注时的气温以沥青砼不凝固为限。采用机械浇注沥青砼或者采用手工(在边缘范围有不大的浇注量)时,应较快的用轻型振荡器密实,以达到密实的表层。一般的降雨不影响沥青砼的浇注和工程质量。这个优点在挪威的工程实践中得到充分证实。中国正在修建的依野列(译音)坝,坝高140米,考虑到极端的潮湿天气条件,高山和只有局部的密实坝基,采用沥青砼心墙坝是唯一的选择了。包古查大坝工地全年平均昼夜气温只有140天在0℃以上。这样就是延长了大坝防渗体每年只有较短的施工期,这是具有很大意义的。采用粘土心墙的大坝,反滤料采用要有严格的技术条件。实际上可以认为沥青砼心墙是不透水的,对沥青砼心墙反滤料(或者是过渡层)的要求,就不太严格了。过渡层的填筑应与沥青砼心墙的浇注同时进行,但应尽快给沥青砼提供侧面支护。沥青砼心墙的浇注可以在严寒气温和雨季进行,所以有沥青砼心墙的大坝,其施工期要比用土料心墙的坝短。在过去的坝工设计中,任何时候都没有限制修建沥青砼心墙坝。长的包古查坝,从沥青心墙建设者看,是理想的。沥青砼心墙每天浇注层厚相当高。延伸浇注面的尺寸,可以促使有效的天然冷却。在沥青砼正常生产情况下,每天可浇注沥青砼12层,每层厚20厘米。而包古查坝,下面还要谈到,每天浇注34层。为此采用了两套浇注机械,这样也增大了大坝的施工强度。结构特点坝体内的沥青,由于基本上是不变的温度和没有阳光照射,差不多是理想的保存条件。甚至过了40多年以后,仍没有发现沥青氧化和硬化。沥青砼心墙适用于有坝内变形和坝基有不均匀沉陷的情况。调整沥青成份和粘性与当地条件有关,这样才能保持柔性和不透水性。1968年奥地利建成了坝高28米的埃别勒拉斯捷堆石坝,大坝采用了强柔性的沥青砼心墙。大坝坝基为深的非均匀冲积物。施工时地基下沉约2.2米。在以后的两年中又发生了20厘米的沉陷,但是,在沥青砼心墙中没有发现任何渗水。这表明,沥青砼心墙适合于大的差别沉降,在受拉时水受巨大压力和剪切变形,并能避免形成裂缝或者是增大透水性。沥青材料的塑性性质和自愈性能,在试验中已得到验证,这一点在工程实践中会明显看到。对于填筑密实的沥青砼心墙堆石坝,又有良好岩石地基时,大坝边坡可以达到1∶1.3,非斯捷勒塔勒坝正是这样。当沥青砼浇注密实后的孔隙率不大于3时,可以认为心墙是不透水的。这一点已为资料所证实。沥青砼的塑性粘弹性质能适应当地的具体条件和气候,特别适用于地震区,而良好地基上的砼斜墙坝或者碟压砼坝不宜采用。沥青砼心墙还没有因地震或诱发原因而破坏的先例。沥青砼心墙坝可以随其施工进度而蓄水,而一般来说,钢筋混凝土斜墙坝就不能这样。施工期可以通过沥青砼心墙溢流,而不会引起可怕的后果,粘土心墙或者斜墙就不能这样。应力值可以用有限元法计算和用有沥青砼适用条件的模型试验得到。最近几年挪威地质科学研究院和科龙维依捷克公司合作进行了大量研究分析工作。岩石各项受压试验和分析认为,沥青砼适合于堆石坝。技术条件和控制参数应与当地条件相适应。加快修建在挪威地质科学研究院、科龙维依捷克公司和挪威拨款调查委员会共同完成的科学研究工作,在四年的研究中,研究了由当地材料修建的沥青砼心墙坝,沥青砼不透水心墙的性质和状态,研究还包括了设计、修建和质量控制。沥青砼心墙修建表明,与设计的其他坝型相比,能满足各方面的技术要求和运用条件,具有竞争力。应用在填筑坝体中心部位的沥青砼心墙,可以和坝体的其他部分,一层层的同时施工。有些业主,甚至总承包人都担心,沥青施工的严格条件,会使大坝修建拖延进度。在过去的40年中还没有任何一项工程记载,由于采用了沥青砼心墙而减慢了大坝进度。如果在设计之初就担心,那么可以不采用沥青砼心墙。分析结果表明,如果必须,在保持规定不透水心墙质量,不增大支出的情况下,提高沥青的生产率。通常沥青砼心墙的技术条件规定是在试验基础上得到的。这些规定是在每2030厘米浇注层冷却45天期间,取振荡试样,作不透水试验中得到的。另一些技术条件规定,要求一天只能浇注20厘米厚两层,并考虑冷却和稳定,这是为使下一层密实。浇注的工作面愈大,则生产率愈高,例如,包古查水电站的最后几年,更换了机械,改善了工艺和管理,这就要重新考虑技术条件规定。研究计划是基于多方面的试验,并采用标准的沥青砼浇注机和维依捷克设备。设计和工艺过程是标准的。心墙沥青砼的配制采用标号180的沥青,含量67,这个标号相当于美国材料试验协会的D5标准。填充料为片麻岩(角闪岩)碎石,并按富列拉级配曲线选用。细粒级的允填料量为13,细粒级充填料是从干碎石中得到(粉粒),并加入推动水分的磨细石炭石。沥青浇注和密实时的温度为145℃~160℃。这就是说,制备沥青时的温度为150℃~160℃。心墙过渡层的碎石为060毫米,过渡层要同沥青心墙同时填筑和密实。首先分析了一天浇注4层,每层厚20厘米。同一般技术条件下的一天浇注两层相比,使生产效率提高了一倍,每天浇注80厘米。在几个小时中连续浇注4层,这个速度,在大坝的修建中常常是不可能。这样,在试验中看到,在密实下一层时会有热而外国佬的不利层面出现。另一组浇注试验是一天连续浇注3层,每层厚30厘米。这种浇注与一般技术条件下浇注相比,生产效率更高。试验的第一天,地表的温度为4℃,气温为4℃,有雨、雪和风。另一天表层温度没变,而气温是4℃~5℃,但没有雨或者雪。试验主要结果表明,沥青砼心墙的所有技术特征,包括孔隙率(作为主要质量指标)都超过了技术条件规定。两层之间接触带的孔隙率与沥青砼层内孔隙率相比,未发现有什么不同。没有发现已浇注的前次沥青砼层,对要浇注的下一层沥青砼的密实,产生任何问题。当天天中浇注如此厚层时,为了心墙两侧过渡层的稳定性,应考虑采用高稳定性材料,高稳定性材料应能保证密实心墙时有良好的侧向支撑。标准的浇注设备是针对浇注层厚20厘米,如果浇注层厚30厘米,那么应重新设计浇注设备和过渡层的模具。
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