马头发电总厂二期灰场改造工程设计与施工

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简介： 马头发电总厂二期改造工程中的灰浆泵冲填粉煤灰筑坝、复合土工膜的铺设以及采用根据工程本身的实际情况自行设计的截渗水管的方案设计和施工要求，对于灰场改造工程中就地取材冲填粉煤灰修复坝体的技术、工艺要求进行了探讨；对于复合土工膜的技术特点、施工要求以及复合土工膜搭接使用的土工膜胶进行了论述；对于自行设计的防渗水钢筋混凝土截渗水管进行了详细的说明。
关键字：粉煤灰 复合土工膜 截渗水管 设计 施工

中图分类号:TU 27101 文献标识码:B 文章编号: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、工程概况

马头发电总厂现有6台机组，总装机容量为1030 mW。该厂锅炉燃烧后的粉煤灰通过厂区内的灰浆输送泵经一条Ф529×8的螺旋钢管送往灰场。马头发电总厂现共有4个储灰厂，其中一、二、三期灰场已经退役，现运行的四期灰场将在2005年退役。为了增加现运行的四期灰场的使用年限，拟加高坝体。因现在四期灰场正在运行不宜施工，故先改造二期灰场，待二期灰场投运后再对四期灰场进行改造。

马头发电总厂二期灰场位于马头发电总厂东偏北方向8.5 km处，占地面积为142.6万㎡，坝体轴线长度2480 m，底宽39.93 m，坝高10.98 m，内坡度1：3.5，外坡度1：2.0。二期灰场1997年1月退役，退役后仅做了一些环保方面的简单维护，大坝由于周围农民用土等原因已经破损严重。本次改造的主要工作就是将破损部分进行修复，然后铺设复合土工膜。为了准确地计算破损部位恢复实际需要的土方量，特聘请华北水利水电学院的专业人员利用GPS接受机和全站仪等进行了测量。二期灰场改造后可利用容积275.2万m3，可以供马头发电总厂全厂锅炉排灰37个月。37个月时间完全可以完成四期灰场改造工程。

2 坝体施工设计方案

本次改造主要从三个大的方面进行考虑。1、利用灰浆泵水力冲填粉煤灰筑坝，恢复破损部分坝体。2、铺设复合土工膜，顶部覆盖300 mm厚、侧面覆盖600 mm厚砂土，然后植被固砂。3、埋设预制钢筋混凝土截渗水管，代替普通的渗水沟，防止出现大量渗水浸涌坝基以及坝外淹没农田。

2.1 灰浆泵水力冲填粉煤灰筑坝

2.1.1现场水力冲填粉煤灰试验 由于利用水力冲填粉煤灰筑坝我们是第一次，对于马电二期灰场现原有的粉煤灰是否适合冲填、冲填时的厚度以多少为宜、灰浆浓度变化对冲填粉煤灰密度的影响等问题我们均没有第一手资料。于是决定委托和自行做一些实验，以便为施工方案的设计提供资料。

马电二期灰场现原有的粉煤灰基础试验

某高校试验室在二期灰场不同位置采集了四件灰样，进行粉煤灰颗粒分析、压实特性、不同干密度下的渗透性和强度特性实验，以及试验室模拟冲填试验。

试验结果是：Ⅰ 在粉煤灰淤积过程中，随着浆液流动距离的增大，粉煤灰颗粒发生分选，不均匀系数变化的范围一般为2.7—3.0。Ⅱ 随着粉煤灰平均粒经的增大，其最大击实干密度增大，而最优含水量减小；随着平均粒经的增大，最小干密度和最大干密度均增大。Ⅲ 对于同一种粉煤灰，随着密度的增大，饱和粉煤灰的有效应力和总应力强度指标均有明显增大。Ⅳ 马电二期灰场现有粉煤灰脱水固结较快，透水性能强，持水量高，饱和粉煤灰容易振动变密。Ⅴ 振动初固结时，粉煤灰的含水量在46.1%以上，压实系数在0.92以上，相对密度在0.78以上。

结论是：马头发电总厂二期灰场现有粉煤灰是一种比较适宜的冲填材料。

现场冲填粉煤灰试验

冲填粉煤灰厚度变化对坝体质量的影响。方法：先将冲填层用围埂划分为两类6个畦块。然后，通过泥浆泵抽送粉煤灰浆液至冲填畦块沉积，边冲填边人工踩扰。冲填过程中，畦块内表面明水同时排出。待达到设计厚度时，停止冲填。冲填形成的粉煤灰层通过渗透和表面蒸发等方式脱水固结。12 h后，再进行表面平板振动器振密，然后再进一步脱水固结24 h。试验时注意要选用同一地点的粉煤灰源，畦块大小相同，振密措施相同。我们选择了500mm、600 mm、700 mm三个厚度进行试验。

结果如下：

结论：在一定的振密条件下冲填层的厚度的变化对冲填粉煤灰密度有明显的影响。可见水力冲填施工时，控制冲填层的厚度应小于500 mm，这样有利于控制冲填粉煤灰坝体的质量。如果再薄一些质量会更好，但会降低施工效率。

浆液浓度变化对冲填粉煤灰密度的影响。通过试验我们认为：水力冲填粉煤灰浆液的灰水比变化范围一般在1：3---1：5之间，且最大灰水比不得大于1：3。水灰比过大输浆管道容易淤堵；当灰水比过大时粉煤灰颗粒会在畦块中发生分选引起质量的不稳定。而且含水量越大水力的运移作用越强，颗粒的分选现象越严重，质量越不稳定。

水力冲填粉煤灰施工方案

施工流程。通过对试验结果的研究以及马头发电总厂二期灰场现有实际情况，我们制定了以下施工工艺流程。

施工质量控制要点。

准备阶段认真彻底清理坝基杂物，并在每一台泥浆泵吸头前设一栅栏，不让任何杂物进入施工作业面上的冲填池内，保证坝体竣工后不存在施工盲点。

取灰筑坝时距坝脚保证有足够的安全距离（不应少于50 m）,冲填过程中，冲填池采用隔池、跳池冲填，每层冲填厚度控制在400 mm—500 mm之间，频繁移动出浆口。填粉煤灰浆液的灰水比控制在在1：4左右。

施工过程中上下层中间分畦隔坝不准重叠，每层均采取人工踩扰及平板振捣器振密，不允许少振、漏振。

为了防止新冲填的坝体受大风、雨水等的侵蚀，坝体每完成一段应立即进行护坡和保养工作，避免发生飞灰污染。

2.2 复合土工膜铺设

2.2.1复合土工膜的特征 复合土工膜是以塑料薄膜做为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。目前，国内外防渗应用的塑料薄膜主要有聚氯乙烯（PVC）和聚氯烯（PE），它们是高分子化学柔性材料，比重较小，延伸性较强，适应变形能力高，耐腐蚀、耐低温、抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断坝体的漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形；无纺布是一种高分子短纤维化学材料，通过针刺或热粘成型，具有较高的抗拉性能和延伸性。它与塑料薄膜结合后，不仅增大了增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力，而且由于无纺布表面粗糙，增大了接触面的摩擦系数，有利于复合土工膜及保护层的稳定。同时它对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性能。

2.2.2复合土工膜的选择 目前，国内生产复合土工膜的厂家很多，产品的规格也是五花八门。有一布一膜、一布两膜、两布一膜和两布两膜等。土工布的型号有200 g/㎡--1000 g/㎡,膜有0.15 mm（平米重量为150 g/㎡）---0.5 mm（平米重量为500 g/㎡），一般按重量出售（目前市场价格大约为12500元/t---15000元/t）。通过工程的实际情况对复合土工膜的要求，我们拟选用江苏某排水工程器材厂生产的复合土工膜规格为200 g/㎡-0.2 mm-200 g/㎡两布一膜材料，结构型式如下图：

2.2.3土工膜胶的选择 土工膜胶的的研制和开发是源于土工合成材料的迅速推广和应用，其技术依据企业在原有氯丁胶的开发应用中建立起的基础。根据土工膜特殊的应用场合在配方和生产工艺上有一定区别。土工膜胶的综合性能必须达到以下标准：(1) 粘接性能良好，其技术指标为剥离强度和拉伸剪切强度。(2)固化速度快。(3) 耐水性能好，是使用在潮湿环境下的必备要求。(4) 使用的安全性能优异。(5) 性能稳定可靠。

根据马头发电总厂二期灰场改造工程的具体情况，我们通过比选，拟选用江苏某土工膜胶生产厂生产的土工膜胶，其具体技术指标如下：

2.2.4土工膜铺设的工艺技术要求 （1） 铺设前应保证基面（坡面）平整，保证土工膜不被石块棱角戳破，现场施工时发现有土工膜破损时必须立即修补。（2） 土工膜铺设时应注意均匀平整，不可出现扭曲、褶皱、重叠，并要特别注意过量拉伸超过其强度和变形的极限发生破坏或撕裂、局部顶破等现象。斜坡施工时，应保持一定的松紧度，避免使其变形超过土工膜的弹性极限。铺设方向应该顺坡由上而下进行。（3） 土工膜连接时搭接长度应大于100 mm，施工人员不可穿带钉的鞋子，不可携带火种，防止人为地损害土工膜。（4） 各类机械不能在未覆盖的土工膜上面行驶。（5） 土工膜的存放以及施工铺设过程应尽量避免长时间的暴晒或暴露，以免土工膜的性能劣化。（6） 周边接界处理。土工膜与周边的土体连接紧密，封堵渗流入口，截断侧面的渗漏路径，防止渗水进入土工膜的底面形成水泡。周边接界处挖截水槽，将土工膜埋入槽内。

2.2.5 600 mm厚（顶300 mm厚）砂土保护层施工工艺技术要求（1） 所有保护层均应分两步施工。靠近土工膜的一侧的100 mm厚的保护层土要过筛，不允许有粒径大于6 mm以上颗粒，以免刺破土工膜。（2）保护层土料一定要夯打密实，保证干容重在1.5以上，并随时取样检验。（3） 施工期间，施工人员以及机械操作人员一定要精神集中，防止疏忽大意破坏土工膜。如在覆盖保护层时发现有土工膜损坏，应立即停止覆盖，修补或更换土工膜。

2.3 截渗水管道的设计及施工

马头发电总厂二期灰场退役之前曾有一条沿灰坝的渗水渠，但运行期间渗水渠的效果并不是太理想。首先是临灰坝一侧由于有水渗出，经常出现局部塌方的情况。塌方后堵塞渗水渠，造成溢水淹没另一侧的农田。另外，由于渗水渠的本身特性，使其不容易维护和保护，原渗水渠曾经出现周围农民故意堵塞淹地索赔的事件。马头发电总厂二期灰场相临的有两个县五个村庄的农田，所以处理工农关系也是灰场前期设计时考虑的一个重要的问题。

2.3.1 截渗水管的设计 基于以上的原因，我们考虑可否将防渗、截水系统置于地下，这样以上的弊病就可以根除了。经过多次分析、讨论，我们初步确定了防渗、截水系统的设计方案，见下图（单位：mm）：

设计说明：

截渗水管在预制厂预制，其外型尺寸为1.0 m×0.5 m×2.0 m，壁厚0.1 m，配Φ8@200双层钢筋网，混凝土标号C20，每根管顶预埋Φ20吊环两个。

截渗水管沿坝体东、西、南三面埋设（北侧为马头发电总厂的二期灰场），距坝体底边外沿3.0 m。截渗水管的坡度3‰。埋深：截渗水管顶面距地面1.2 m（坝内复合土工膜埋深为2.0 m，坝体内外地面高差0.8 m）。

顶部及临坝体侧回填100 mm厚的卵石层，其作用是作为渗水过滤层，避免由于渗水冲刷将杂物带进截渗水管。卵石的粒径为应大于40 mm，避免卵石堵塞截渗水管的预留渗水空洞。

截渗水管底做100 mm厚C15砼垫层，防止不均匀沉降引起截渗水管漏水。接口用钢丝网水泥沙浆抹带接口。

截渗水管两端设混凝土集水坑，通过排水泵及排水管定时将水排入二期灰场内。排水泵型号：ZW—100---32；管道型号：Φ108×8。

2.3.2截渗水管的施工 施工均为简单的室外管道埋设以及简单的混凝土工程，无特殊要求，在此不再赘述。

2.3.3本部分需指出的问题 对于截渗水管的埋设深度和截渗水管的外型尺寸的问题，由于我们没有做有关渗水路线及渗水范围等方面的试验和研究，所以选定的截渗水管的埋设深度及截渗水管的外型尺寸只是一个经验的数字，这有待有技术力量的单位的同行们进行深入地研究和探讨。

3结束语

平原地区的火电厂储灰场个改造工程中，利用原有的粉煤灰进行灰浆泵冲填修复或加高坝体具有以下几个优点：（一） 由于是“就地取材”，不但节约了购买土方的资金，而且由于利用了灰场内的原有储灰，也在一定程度上增加了灰场的容灰体积，增加了经济效益。（二） 还由于用原有粉煤灰替代了沙土、黄土筑坝，减少了地表层耕植土的使用量，从而减少了对耕地的破坏，产生了可观的社会效益。

复合土工膜的使用以及截渗水管的设计使用，必将极大地减少平原地区储灰场的渗水量，从而为回收利用水资源（马头发电总厂的灰场水均回收再利用）。再者，由于渗水量的减少及渗水被截，减少了周围农田被淹的几率。这不但减少了因农田被淹而造成农业减产的损失，也减少了企业的淹地赔款支出，取得了一举多得的良好效果。

作者简介：郭英波（1970-），工程师，1993年毕业于华北水电学院土木工程系，获工科学士学位。2000年获全国注册监理工程师和全国注册造价工程师的执业资格。