水力冲填粉煤灰筑坝及应用技术研究-秦岭电厂低洼地改造工程水力冲填

1、水力冲填粉煤灰筑坝水力冲填粉煤灰筑坝及应用技术研究及应用技术研究邵生俊邵生俊西安理工大学岩土工程研究所西安理工大学岩土工程研究所2008年年12月月5日日内容提要内容提要一一 立项背景与研究目的立项背景与研究目的 二二 水力冲填粉煤灰筑坝的特点水力冲填粉煤灰筑坝的特点三三 水力冲填粉煤灰筑坝技术水力冲填粉煤灰筑坝技术室内、外试验研究室内、外试验研究 四四 冲填粉煤灰坝体质量检验冲填粉煤灰坝体质量检验五五 推广应用及相关技术研究推广应用及相关技术研究六六 结论结论 一一 立项背景与研究目的立项背景与研究目的 n我国电力中火电占有很大的我国电力中火电占有很大的比重，煤粉燃烧后排出的粉煤比重，煤粉燃

2、烧后排出的粉煤灰每年有灰每年有3.83.8亿多吨；亿多吨；n粉煤灰利用率只有粉煤灰利用率只有40%40%，大，大量的粉煤灰不断储存下来，每量的粉煤灰不断储存下来，每个电厂均需要建设贮灰场，并个电厂均需要建设贮灰场，并且在不断扩建。且在不断扩建。贮灰场建设存在的问题贮灰场建设存在的问题 筑坝取土破坏耕地，影响水土保持，破坏了环境；筑坝取土破坏耕地，影响水土保持，破坏了环境； 挖、运、填碾压筑坝施工，扬尘、噪音污染严重；挖、运、填碾压筑坝施工，扬尘、噪音污染严重； 碾压筑坝施工费用高。碾压筑坝施工费用高。工程背景秦岭电厂低洼地改造工程秦岭电厂低洼地改造工程状况秦岭电厂低洼地改造工程状况 地理位置地

3、理位置 : : 三门峡库区，罗敷河南侧；三门峡库区，罗敷河南侧； 设计库容设计库容 : : 东西两库总计东西两库总计356356万万m m3 3； 运行管理运行管理 : : 中转灰场与运行灰场并存。中转灰场与运行灰场并存。筑坝施工方法筑坝施工方法 - -碾压填筑施工碾压填筑施工 存在问题存在问题 碾压筑坝费用高；碾压筑坝费用高； 选择适宜筑坝材料困难；选择适宜筑坝材料困难； 粉尘污染严重，不利于水土保持。粉尘污染严重，不利于水土保持。二二 水力冲填粉煤灰筑坝的特点水力冲填粉煤灰筑坝的特点施工简单施工简单: : 水力冲挖水力冲挖 泥浆泵输送泥浆泵输送 围畦冲填围畦冲填 脱水振密固结脱水振密固结就

4、地取材就地取材: : 粉煤灰、水粉煤灰、水费费 用用 低低: : 挖装、运输、碾压挖装、运输、碾压 成浆、泵送、冲填成浆、泵送、冲填 并能腾出一部分库容并能腾出一部分库容 避免施工过程的粉尘污染避免施工过程的粉尘污染三三 水力冲填粉煤灰筑坝技术水力冲填粉煤灰筑坝技术室内、外试验研究室内、外试验研究 ( (一一) ) 室内试验研究室内试验研究-冲填材料选择冲填材料选择 冲填材料冲填材料 粉煤灰；灰、土粉煤灰；灰、土2:12:1；灰、土；灰、土1:11:1；砂、土；砂、土1:11:1 试验步骤试验步骤 物理性质测试；成浆冲填；脱水固结；振密物理性质测试；成浆冲填；脱水固结；振密 效果评价效果评价

5、粉煤灰冲填后脱水固结快粉煤灰冲填后脱水固结快, ,振动加密效果显著振动加密效果显著. . 冲填固结冲填固结5 5小时小时, ,附加振密后固结附加振密后固结1818小时小时, ,其固其固 结干密度达结干密度达0.920.92g/cmg/cm3 3, ,压实系数压实系数0.93.0.93.灰土灰土2:12:1 砂土砂土1:11:1、灰土、灰土1:11:1的冲填效果依序次之。的冲填效果依序次之。（二）（二） 现场工业性试验现场工业性试验 分隔坝分隔坝-水力冲填粉煤灰试验坝水力冲填粉煤灰试验坝冲填过程冲填过程冲填完成冲填完成初期现场冲填试验结果初期现场冲填试验结果 根据室内试验结果，现场初期进行了粉煤

6、灰、灰土根据室内试验结果，现场初期进行了粉煤灰、灰土2 2：1 1、砂土、砂土1 1：1 1 三种材料的冲填试验，得到以下结果：三种材料的冲填试验，得到以下结果： 粉煤灰浆液脱水粉煤灰浆液脱水固结快固结快、扰动、扰动易液化易液化、振动、振动易加易加密密，灰土或砂土混合冲填后扰动及振动加密效果差。，灰土或砂土混合冲填后扰动及振动加密效果差。 灰土或砂土两种浆液难以混合均匀，且粗粒料沉灰土或砂土两种浆液难以混合均匀，且粗粒料沉积快，细粒料沉积慢。积快，细粒料沉积慢。 浆液流动过程中粗细颗粒分选较大，宜通过调整浆液流动过程中粗细颗粒分选较大，宜通过调整冲填畦块大小控制浆液流动距离及颗粒分选。冲填畦块

7、大小控制浆液流动距离及颗粒分选。 灰土或砂土冲填后易形成流动区。灰土或砂土冲填后易形成流动区。 水力冲填粉煤灰施工工艺水力冲填粉煤灰施工工艺 灰浆灰浆水力冲灰水力冲灰 抽灰水抽灰水输浆输浆分层分畦分层分畦冲填冲填排水固结排水固结分层施工质检分层施工质检踩扰、机械扰动踩扰、机械扰动蒸发蒸发排出明水排出明水坝内水外渗坝内水外渗振密固结振密固结泥浆泵泥浆泵坝体基本坝体基本固结固结修修 坡坡施工质检施工质检水力冲填粉煤灰施工质量控制要点水力冲填粉煤灰施工质量控制要点1 1、坝体密实度检验、坝体密实度检验 在冲填畦块内采取不同灰样，进行颗分、相对密度和击在冲填畦块内采取不同灰样，进行颗分、相对密度和击

8、实试验，建立相对密度及击实试验结果与平均粒径之间实试验，建立相对密度及击实试验结果与平均粒径之间 的关系。的关系。 每个畦块内测点不少于三个，每个测点在灰层的上、中、每个畦块内测点不少于三个，每个测点在灰层的上、中、 下分取灰样，测试灰样的颗粒组成、干密度和含水量。下分取灰样，测试灰样的颗粒组成、干密度和含水量。 根据不同灰样的相对密度和压实系数判定密实度。根据不同灰样的相对密度和压实系数判定密实度。2 2、水力冲填施工工艺检验、水力冲填施工工艺检验 围埂修筑检验。围埂修筑检验。 冲填畦块的布置和大小划分。冲填畦块的布置和大小划分。 踩扰加密、初固结时间。踩扰加密、初固结时间。 振动加密、再固

9、结时间。振动加密、再固结时间。3 3、水力冲填施工检验、水力冲填施工检验 排灰口移动次数与位置。排灰口移动次数与位置。 踩扰布点及踩扰深度。踩扰布点及踩扰深度。 振动加密范围、遍数及移动速度。振动加密范围、遍数及移动速度。 测试采样点数、范围和数量。测试采样点数、范围和数量。 灰浆浓度。灰浆浓度。4 4、施工质量处理检验、施工质量处理检验 坝坡面冲沟夯填处理检验。坝坡面冲沟夯填处理检验。 不密实部位再加密检验。不密实部位再加密检验。现场冲填试验主要结论现场冲填试验主要结论粉煤灰是适宜的冲填筑坝材料；粉煤灰是适宜的冲填筑坝材料；通过现场试验确定了施工工艺；通过现场试验确定了施工工艺；试验得到了施

10、工质量控制要点；试验得到了施工质量控制要点；提出了通过测试冲填粉煤灰的贯入度间提出了通过测试冲填粉煤灰的贯入度间接控制质量的途径；接控制质量的途径；冲填粉煤灰筑坝具有显著的经济效益。冲填粉煤灰筑坝具有显著的经济效益。四四 冲填粉煤灰坝体质量检验冲填粉煤灰坝体质量检验1 1 检验方法检验方法 粉煤灰干密度、压实系数测试；粉煤灰干密度、压实系数测试； 室内力学性质试验；室内力学性质试验； 简易贯入试验；简易贯入试验； 坝体原位变形观测；坝体原位变形观测； 原位静力触探试验；原位静力触探试验； 压板载荷试验。压板载荷试验。 2 2 测试结果测试结果 水力冲填粉煤灰经踩扰和振密后相对密度大于水力冲填粉

11、煤灰经踩扰和振密后相对密度大于0.630.63，压实系数大于，压实系数大于0.930.93。 冲填粉煤灰总应力强度指标的有效摩擦角和粘聚冲填粉煤灰总应力强度指标的有效摩擦角和粘聚力分别为力分别为30300 0、2525kPakPa。 贯入度间接反映了冲填粉煤灰的密实度及强度特贯入度间接反映了冲填粉煤灰的密实度及强度特性。性。 冲填试验坝的变形观测表明：坝基沉降变形较大、冲填试验坝的变形观测表明：坝基沉降变形较大、坝体自身压缩变形小、坝坡侧向位移小。坝体自身压缩变形小、坝坡侧向位移小。 坝体土体的承载力标准值为坝体土体的承载力标准值为185185kPakPa。3 3、秦岭电厂低洼地改造工程竣工主

12、要结论：、秦岭电厂低洼地改造工程竣工主要结论： 水力冲填粉煤灰筑坝是用水力作用将粉煤灰制水力冲填粉煤灰筑坝是用水力作用将粉煤灰制成浆液输送到坝址，围畦冲淤沉积，排水固结形成浆液输送到坝址，围畦冲淤沉积，排水固结形成坝体的。由于粉煤灰脱水固结快，振动液化易成坝体的。由于粉煤灰脱水固结快，振动液化易加密的特点，它和水坠坝冲填土料对比，不产生加密的特点，它和水坠坝冲填土料对比，不产生流态区，不需要较大的边埂，通过控制冲填厚度流态区，不需要较大的边埂，通过控制冲填厚度和采取振动加密措施可以使冲填坝体达到或接近和采取振动加密措施可以使冲填坝体达到或接近密实状态。该施工方法操作简单，易掌握，需要密实状态。

13、该施工方法操作简单，易掌握，需要的人力、材料较少，可以应用于平原围堤灰场的的人力、材料较少，可以应用于平原围堤灰场的扩建工程中。扩建工程中。通过现场工业性试验研究，确定了水力冲填通过现场工业性试验研究，确定了水力冲填粉煤灰施工的合理工艺，提出了控制施工质量粉煤灰施工的合理工艺，提出了控制施工质量的要点，检验了冲填粉煤灰筑坝的技术可靠性的要点，检验了冲填粉煤灰筑坝的技术可靠性以及经济和社会效益。以及经济和社会效益。采用水力冲填粉煤灰筑坝，就地取材，腾出采用水力冲填粉煤灰筑坝，就地取材，腾出库容，施工设备简单，工程造价低。与碾压筑库容，施工设备简单，工程造价低。与碾压筑坝施工比较，节约工程费用约坝

14、施工比较，节约工程费用约60%60%。秦岭电厂低。秦岭电厂低洼地改造工程中直接节约投资洼地改造工程中直接节约投资469469万元。万元。秦岭电厂低洼地改造工程秦岭电厂低洼地改造工程冲填粉煤灰坝冲填粉煤灰坝五五 推广应用及相关技术研究推广应用及相关技术研究 该技术已在陕西省的韩城电厂、渭河电厂、该技术已在陕西省的韩城电厂、渭河电厂、略阳电厂，获得了较好的经济效益及社会效益；略阳电厂，获得了较好的经济效益及社会效益； 安徽省的洛河电厂灰场建设中推广应用，洛安徽省的洛河电厂灰场建设中推广应用，洛河电厂灰场建设工程已获安徽省电力公司科技进河电厂灰场建设工程已获安徽省电力公司科技进步一等奖；步一等奖；

15、陕西省电力院设计的灰场贮灰单价为陕西省电力院设计的灰场贮灰单价为5 51313元元/ /m m3 3，远低于全国平均水平远低于全国平均水平20202626元元/ /m m3 3。正在施工的安徽洛河电厂上窑灰场挡灰坝正在施工的安徽洛河电厂上窑灰场挡灰坝正在施工的略阳电厂沟谷灰场挡灰坝正在施工的略阳电厂沟谷灰场挡灰坝 灰场内干滩面、中转灰场灰场内干滩面、中转灰场灰面易遭受风力吹蚀，灰面易遭受风力吹蚀，扬尘污染严重；扬尘污染严重； 灰水中灰水中PHPH值、硫化物、镉值、硫化物、镉离子、氯化物含量高离子、氯化物含量高 、总硬、总硬度高，下渗易污染地下水。度高，下渗易污染地下水。 因此，研究开发方便、易

16、行、经济的灰面因此，研究开发方便、易行、经济的灰面防尘措施防尘措施；开发；开发防止灰水下渗的防止灰水下渗的垫层材料垫层材料具有重大的实际意义。具有重大的实际意义。贮灰场运行存在的问题贮灰场运行存在的问题 揭示石灰激发粉煤灰活性及其混合料的压实揭示石灰激发粉煤灰活性及其混合料的压实固结特固结特性性，灰水添加石灰粉、膨润土制备悬液的，灰水添加石灰粉、膨润土制备悬液的胶凝特性胶凝特性，开，开发喷洒固灰的悬液及库底、内坡防渗的垫层材料。发喷洒固灰的悬液及库底、内坡防渗的垫层材料。 通过三轴试验测试分析混通过三轴试验测试分析混合压实材料固结特性；通过干合压实材料固结特性；通过干湿循环试验、冻融试验、酸碱

17、湿循环试验、冻融试验、酸碱液浸透试验，分析材料的稳定液浸透试验，分析材料的稳定性和可靠性。性和可靠性。 通过灰面喷洒悬液的风干通过灰面喷洒悬液的风干试验考察固化灰面效果；通过试验考察固化灰面效果；通过风洞试验测试固灰面的抗风蚀风洞试验测试固灰面的抗风蚀特性。特性。固化灰面喷洒浆液固化灰面喷洒浆液喷洒浆喷洒浆液风干液风干试验试验灰水灰水添加水玻璃添加水玻璃添加石灰粉添加石灰粉添加石灰粉、膨润土添加石灰粉、膨润土添加石灰粉、聚乙烯酰胺添加石灰粉、聚乙烯酰胺添加石灰粉、膨润土、聚乙烯酰胺添加石灰粉、膨润土、聚乙烯酰胺 灰水中添加石灰粉混灰水中添加石灰粉混和膨润土配置悬液，喷洒和膨润土配置悬液，喷洒悬

18、液悬液胶胶结，成膜效果好；结，成膜效果好； 悬液固化灰面风干悬液固化灰面风干3030天后在强风（天后在强风（19m/s19m/s）吹蚀）吹蚀条件下保护膜完好。条件下保护膜完好。 一般粘性土中添加粉煤灰、石灰粉，或添加粉煤灰、一般粘性土中添加粉煤灰、石灰粉，或添加粉煤灰、石灰粉、膨润土制备不同配合比的混合材料，进行了抗压、石灰粉、膨润土制备不同配合比的混合材料，进行了抗压、抗渗试验研究抗渗试验研究。 防渗垫层材料防渗垫层材料 经冻融循环试验、干湿循环试验、经冻融循环试验、干湿循环试验、酸碱液浸泡试验，防渗材料的渗透系数酸碱液浸泡试验，防渗材料的渗透系数在在1010-7-7cm/scm/s量级，抗压强度在量级，抗压强度在4.0MPa4.0MPa以上，以上，垫层材料的力学性质稳定。垫层材料的力学性质稳