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1、RCC大坝坝体防渗新技术蒙古泰西尔大坝坝体防渗设计与施工1 前言使用柔性不透水防渗薄膜进行水工建筑物的防渗与保护，是瑞士卡皮公司（CARPI TECH S.A.）的专利技术，已成功地用于修复重力坝、拱坝、连拱坝和土石坝，并为新堤坝、渠道衬砌、围堰提供不透水的上游面。在欧洲、美洲一些国家较为常见，已有40多年的历史。通过现场焊接，将预先设计加工成型的坝体防渗薄膜连接成整块，采用不锈钢压板、特制的环氧树脂粘合材料以及辅助材料将防渗膜固定在周边坚固耐久的闭水物体上（如坚固的岩石，高标号常态砼等），达到整体连接、封闭止水的目的。在RCC大坝上游面安装防渗膜，作为坝体防渗的的主要措施，在世界高寒地区尚属
2、首例。本文详细介绍防渗膜安装技术在蒙古泰西尔水电站工程中的应用。2 项目概况蒙古泰西尔水电站工程位于蒙古首都乌兰巴托以西大约1050km处的戈壁阿尔泰和扎布汗省交界的扎布可汗河乌兰布姆峡谷上。坝址处河床原始海拔高程在EL1600m和EL1700m之间，砂石覆盖层厚度45m。大坝为碾压砼坝，河床以上坝体总高50m，坝顶长约190m，大坝体积约200,000m3。大坝建成后将形成一个水面面积50km2、库容约9.3亿立方米的一个水库。位于坝体中部的宽75m带有台阶状泄槽的无闸门溢洪道，坝后地面式厂房，额定总装机容量11MW，包括三台3.45MW和一台650kW混流式水轮发电机组。大坝坝顶宽度5m，
3、挡水坝段顶部高程EL1708m，溢流坝段顶部高程EL1704m；大坝上游面EL1668m以上设计为竖直面，EL1668m以下进水塔以左设计为斜坡面、其坡度为1：0.85，进水塔以右为竖直面；大坝下游面设计为台阶状，平均坡度为1：0.725，每个台阶的宽度为0.725m、高度为1m。极端寒冷的冬季和炎热的夏天是该地区地区性大气候的特点。年平均气温为0C，极端气温值为一月份-51C，七月份+39C，昼夜温差大。区域的年降水量仅为200mm。主要风向为西北风和北风，4、5月份风沙大且频繁。3 坝体防渗设计大坝防渗由单排灌浆防渗帷幕和坝面防渗膜两部分组成，帷幕灌浆施工在紧靠大坝上游面浇筑的灌浆平台上进
4、行，最大入岩深度35m。坝面防渗膜底端锚固在灌浆平台上，顶端锚固在RCC上部的常态砼（0.4m厚）上，进水塔和溢流坝部位的防渗膜锚固在相应的常态砼上。安装防渗膜进行坝体防渗，从根本上解决了在高寒地区砼防渗的技术难题，是一项大胆的技术创新。参见图1。图1 蒙古泰西尔大坝防渗设计图3.1 坝体砼主要技术性能指标3.1.1 碾压砼坝体大体积砼为准三级配碾压砼（MSA=51mm），90d龄期的设计抗压强度为6MPa，Vebe时间控制在1530s，通过掺加足够的石粉（每立方米碾压混凝土掺加146kg人工石粉）和外加剂来降低水泥的用量（75kg/m3）及改善砼的性能，无任何防渗指标要求。3.1.2 面层砼
5、主要用于坝体上下游面或与岩石的接合面，一级配砼，塌落度为14cm，设计厚度为15cm，28d龄期的设计抗压强度为20MPa；3.1.3 垫层拌和物主要用于碾压砼的层间结合面，一级配砼，塌落度1525cm，90d龄期的设计抗压强度为25MPa。3.1.4 SH142主要用于碾压砼仓号内无法进行碾压砼施工的边角部位，三级配砼，塌落度13cm，水泥用量控制在142kg/m3，龄期90d的设计抗压强度为10MPa。3.1.5 灌浆平台砼准三级配钢筋砼，塌落度79cm，28d龄期的设计抗压强度为20MPa。河床部位灌浆平台3m宽，浇筑厚度1.53.5m，两坝肩灌浆平台1.5m宽，浇筑厚度0.41.2m。
6、3.2 坝体防渗薄膜主要技术性能指标见表1。坝体防渗薄膜使用柔性聚氯乙烯（PVC）材料与具有热粘、非纺织、针穿聚脂土工布相粘结，具有足够的柔性；在高达40C的温度下，可以进行现场焊接；能够抵抗紫外线的侵袭；在坝内潮湿的碱性环境下，能够抵抗住侵蚀，也能够抵得住有机物和细菌生长的恶化；外露薄膜的PVC的最小厚度为2.5mm，内部衬垫薄膜的PVC的最小厚度为1.6mm。4 施工概况坝面防渗膜安装由瑞士卡皮公司分包施工，现场共7名管理和施工技术人员，我方派1名工长、1名技术员和8名劳务协同施工。防渗膜安装施工自2007年6月11日开始，2007年9月1日竣工。先后分别完成C区防渗膜安装1960m2，B
7、区防渗膜安装3908m2，A区防渗膜安装2267m2，合计8135 m2。比合同工期提前了一个多月时间。C区（EL1668m以下）为斜坡面，属于常年淹没区，设计采用砂石料回填覆盖。6月11日开工，6月26日完工，工期16天。B区（EL1668EL1692m）为垂直面，也属于常年淹没区。根据施工整体进度的安排，B区又被分成B1（EL1692EL1685m）和B2(EL1685EL1668m)两个区进行施工。其中B2区6月25日开工，8月4日完工，工期41天。A区（EL1692EL1707.75m）为垂直面，属于库水位起伏变化区。A区和B1区联合施工，7月17日开工，9月1日完工，工期47天。表1
8、 坝体防渗薄膜主要技术性能指标测试标准试验内容外露薄膜面板安装薄膜ASTM D792比重（最小值）1.21.2ASTM D882薄膜最小断裂张力27kN/m （30*）16kN/m土工布最小断裂张力26kN/m薄膜最小裂断伸长250%(300*)200%土工布最小裂断伸长45%ASTM D1004撕裂强度（最小值）200N （110*）125NASTM D1203挥发损失（最大值）0.3%0.3%ASTM D1204体积稳定性2%2%ASTM D1593薄膜厚度10%10%ASTM D1790低温脆弱性-18C时不断裂-18C时不断裂ASTM D3083水萃取（最大值）0.2%0.2%ASTM
9、 D3786湿润耐破强度（最小值）5MPa（2.25*）4MPaASTM D5261土工布单位面积的质量450g/m2ASTM G53500小时内抗紫外线能力无负面影响无负面影响FTMS 101C抗穿透性850N（440*）550NGRI-GM4：（多向抗拉试验）应力（最小值）280kPa （350*）应变（最小值）20% (40*)*为覆盖金属部件的PVC盖条的性能指标值。5 施工主要技术方法描述C区与B区的搭接高程在EL1668m，B1区与B2区的搭接高程在EL1685m，A区与B1区之间土工膜没有搭接。5.1 C区防渗膜安装C区的坝面防渗膜下没有布置排水系统，除了进行周边密封以外中间没有
10、任何的锚固和支撑构件。在进水塔左侧（C1区）采用卡皮公司设计的可移动式轻型工作台车，在进水塔右侧（C2区）采用悬挂工作平台、搭设临时脚手架联合施工。主要施工程序和步骤如下：a.按照设计施工图纸，沿大坝上游面EL1668m高程，采用不锈钢螺杆、环氧树脂材料、塑料止水带以及别的组件安装固定808mm 的不锈钢压板，构成C区顶部的止水密封带。b.基面验收合格后，将成卷的防渗膜依次从EL1668m高程向下摊铺至灌浆平台。上部边缘通过事先安装好的808mm压板进行固定，相邻左右两块防渗膜的搭接宽度为80mm。c.搭接部位采用可以融化PVC的专用热风枪和小滚子焊接压实。d.防渗膜覆盖灌浆平台1m宽度，止水
11、密封方式方法同（a），构成C区底部的止水密封。e.进水塔左右两边的防渗膜固定在进水塔的常态砼上，固定宽度为80mm。f.C1区从左向右推移施工，分区段进行检查验收，验收合格后，立即覆盖一层密度为1000g/m2 的防刺穿土工布，接着在土工布外面摆上沙袋作临时防护。C2区一次性施工验收，沙袋防护。g.C区整体验收合格后，在继续完成沙袋防护的同时，回填砂土（石）料进行覆盖。5.2 B2区防渗膜安装B区的坝面防渗膜除了采用类同C区的周边密封固定外，还通过间距5.7m的竖向连续布置的503mm不锈钢压板固定。在对应的竖向压板下面，安装0.5m宽的排水土工网（TENAX GNT 1300型），并通过沿着
12、两坝肩基底安装和EL1668m高程水平安装（紧靠C区和B2区交界面的止水密封条带的上部）的排水土工网进行横向连接。土工网下面的集水通过两个坝体排水孔排放至大坝排水廊道内。排水孔钻孔直径150mm，安装了内径96mm的镀锌钢管，孔口高程为EL1668.20m，进水塔左边的桩号为CH0+141.10，右边的桩号为CH0+196.20。B2区防渗膜的安装，主要采用4个悬挂工作平台来施工，在两坝肩灌浆平台部位搭设了临时脚手架辅助施工。5#坝段以右的部位，防渗膜安装和坝上RCC同步施工，所以在EL1692m高程安装了临时防护钢支架，既可满足工作平台的悬挂之用，又对B2区的施工以及安装好的防渗膜起到了防护
13、作用。经过试验尝试，取消了原施工设计在EL1668m高程搭设1m宽工作马道的建议，大大减小了施工准备的工作量。安装期间一台25t汽车吊随时配合施工，用于防渗膜悬挂、工作平台转移、零星部位焊接以及质量检查验收等。主要施工程序和步骤如下：a.采用挤压式锚杆和钢垫圈将0.5m宽的排水土工网正确安装到设计位置上。b.安装两个坝体排水孔孔口排水和支撑构件。c.分段、依次将每卷防渗膜从EL1685m高程垂直地向下展放到EL1668m高程，上部边缘采用503mm 压板和10mm铆钉固定在EL1685m高程，防渗膜搭接宽度80mm。d.焊接竖向搭接的防渗膜。e.竖向间隔5.7m连续采用503mm压板固定防渗膜
14、。f.采用21cm宽的SIBELON C 3250型PVC盖条（下同）覆盖503mm压板，两侧焊接密封。g.在两坝肩大坝上游面和灌浆平台之间根据实际边角裁减防渗膜，覆盖灌浆平台1m宽。h.在坝上游面和灌浆平台连接处采用503mm压板固定防渗膜，采用30cm宽的PVC盖条覆盖503mm压板，两侧焊接密封。i.在两坝肩灌浆平台上防渗膜的周边密封方法同C区。j.进水塔两侧的防渗膜安装固定方法同C区。5.3 A区和B1区防渗膜安装A区的坝面防渗膜上部边缘密封高程为：非溢流坝段EL1707.75m，溢流坝段EL1700.15m。A-B1区防渗膜的安装，主要采用4个悬挂工作平台来施工，只在左坝肩灌浆平台部
15、位搭设了临时脚手架辅助施工。B1区和A区同时施工，减少了施工程序，加快了施工进度。经过方案优化，设计制作了简易万向活动吊架，代替了原计划采用汽车吊或反铲协助安装的方案，施工成本大大降低。A区的防渗膜安装与B区的不同点有两个：a.除了左右坝肩的灌浆平台（与B区相同）以外，从高程EL1707.75m向下到EL1692m高程，水平间隔5.7m，安装固定异形不锈钢内外张紧压板，并由内张紧异形压板形成的竖向导槽收集的渗水依靠重力作用向下流到EL1692m高程与B区的排水土工网相连接，采用42cm宽的PVC盖条覆盖外张紧压板，两侧焊接密封。b.溢流坝段的5条坝缝，在EL1699m高程以上都安装了塑料止水，
16、避免库水渗进坝体。在EL1700m高程每条坝缝止水的上游预留了一个200200100mm的方槽，槽内充填专用的SikaDur 32型环氧树脂材料，连接固定后的防渗膜与环氧材料紧密接触达到止水效果。A区B1区B2区的排水系统共同组成了一个完整的排水系统。6 关键技术6.1 量体裁衣根据建筑物的实际外形尺寸，按照设计图纸和技术要求，通过分析计算确定防渗膜的布置型式，预先绘制安装详图，编制薄膜材料和安装配件材料加工计划表，制定生产和供应计划。6.2 周边密封周边密封是防渗处理的关键技术之一。基面处理：通过外观检查与锤击，认真如实地检查大坝表面及坝体砼质量，检验是否有过多的不匀称现象和/或平面的偏移，
17、是否有蜂窝、杂质以及任何其他对土工技术材料安装不利的现象。应在缺陷区域做上标记，立即移除缺陷材料，并采用规定材料和修补工艺进行处理。周边密封：在灌浆平台、EL1668m高程、进水塔两侧、溢洪道周围等处都需要进行止水密封。通过测量放线进行定位，正确使用与安装密封材料及安装所有锚固部件，使用扭矩扳手在封口锚钉上使用正确的扭矩。质量负责人将认真检验每一道安装工序和细节。6.3 排水系统排水系统的设计与施工是保证防渗膜系统能够正常发挥作用的必要手段和措施。采用地质钻机造孔，内部安装镀锌钢管，钢管与混凝土之间采用水泥灌浆封填。排水孔口安装土工网时需要特殊处理。6.4 内外弹性张紧异形压板内外弹性张紧异形
18、压板的安装，保证了防渗膜能够根据外界温差的变化自行调整其延展性，使防渗膜外观始终保持张紧状态，减小收缩现象。根据设计图纸，通过测量将每排压板的桩号和高程作出标记，安装完成以后，由质量负责人核查邻近压板安装是否在规定公差范围之内，及时进行调整，确保所有锚钉和连接件都安装完好并固定紧。7 防渗膜安装施工的质量控制7.1 材料生产、运输与检验要求薄膜供货商是意大利诺瓦拉市的Sibelon Srl公司，该厂家生产此种薄膜有几十年的历史了，已经被用于一个或多个建筑上成功地发挥着作用。薄膜在1.4MPa的恒定静水压力下应能够100%的防渗。厂家提供每卷或每张薄膜的质量保证文件，包括说明批号和卷数、生产日期
19、和当批材料的材质保证书。选择最优的运输方案，确保对薄膜等材料的破坏降低到最小限度。材料运至工地，要组织人员联合检验和核对，分区分类堆放，并作上明显的标记。7.2 现场焊接试验薄膜的焊接是质量控制的关键工序之一。每班至少有一名薄膜的焊接行家。每个焊接人员应用薄膜试样进行试焊接，试焊接的情况应模拟实际的现场安装条件。试验缝的抗拉试验应按照ASTM D638标准进行。如果材料在焊缝以外的部位断裂，抗拉试验应被视为是合格的。在监理工程师的现场监督下，卡皮公司的7名职员逐个进行了现场焊接试验，取得了工程师的认可，蒙古项目部的2名中方技工通过施工锻炼和培训，也取得了薄膜焊接操作资格证。7.3 焊接工艺标准
20、要求焊接应采用热气焊，不允许用溶剂进行冷焊，使用专用的可调式高温热风枪进行焊接。结构焊缝：不直接接触水面或暴露在外部环境中的焊缝，例如完全被PVC盖条覆盖的内外张紧压板处的焊接缝。防水焊缝：直接接触水面或暴露在外部环境中的焊缝，如不与压板对应的相邻防渗膜间的焊缝，覆盖压板的PVC盖条与防渗膜的焊缝，缺陷处修补的焊缝等。焊缝搭接宽度不小于80mm，焊接缺陷应是不连续的且不大于搭接宽度的1/3。7.4 质量检查与验收卡皮公司质量负责人每天核实天气状况后，批准开始安装防渗膜。防渗膜展开后要确保位置正确、排列有序，避免可能发生的整体损坏，要使用识别码来确认检查过的防渗膜。薄膜的所有焊接和被扰动表面应在
21、工程师在场的情况下用电动漏点检测仪或探伤仪进行检测，所有的焊接工作首先应由焊接人员和其监管人员进行目视检测，包括弯曲和手拉测试。监理方和业主方共同安排了3名运行管理人员全程参与施工监督，最终检查验收由监理工程师代表、业主方运行人员、卡皮公司质量负责人和承包商质量负责人组成的验收小组执行。验收小组确认待检查的区域，核实检查过的区域是否有其他损坏和不可接受的现象，如果发现有孔洞、裂口、漏焊等现象，就作上标记，卡皮质量负责人将决定相应的处理方案（见7.5），修补完成后再次复查直至合格。7.5 缺陷修补更换新防渗膜：如果检查发现防渗膜损坏范围较大，包括现场不能修复的生产缺陷，就必须更换新的防渗膜，必须
22、按照审批的程序和方法进行更换。鳄鱼嘴修补：鳄鱼嘴是指局部漏焊的焊缝，修补程序和方法比较简单，直接补焊即可。孔洞修补：用肥皂水把损坏的土工复合材料上的灰尘和缺陷区域的杂质清除干净，准备和原材料性质相同的土工防渗膜，尺寸能够在缺陷区域周围重叠至少150mm。8 结语8.1 引进和学习新技术采用防渗膜进行坝体防渗，改变了水工建筑物等防渗研究的思路，是应用和推广先进施工技术和新材料的积极举措。以往单纯通过研究改进砼等材料本身的防渗性能来满足构筑物的抗渗指标，现在可以通过研究应用优质的防渗膜等材料来满足水工建筑物的抗渗要求。通过本工程的施工，我们深入学习和掌握了该项新技术的技术原理、安装施工方法、工艺和
23、质量控制要点等。8.2 防渗方案的优越性防渗膜的安装整齐、壮观，十分理想地解决了坝体的防渗问题，截止2007年冬季库水位上升稳定至EL1677.1m（达到最高蓄水位的45%），坝后没有发现任何渗漏的地方。采取此种方案，可以简化RCC施工，节约了大量水泥，降低了大体积砼的水化热温升；取消了坝缝止水的安装；不需要对坝体施工过程中出现的冷缝、裂缝进行处理，使大坝砼实现了快速浇筑，既加快了施工进度，又降低了施工成本，达到了快速、经济和美观。8.3 应用前景广泛我国是一个潜在的卡皮防渗膜材料应用和开发的大市场，在进行年久失修大坝的防渗处理、新建碾压砼大坝的坝体防渗、面板堆石坝的面板防渗、快速衬砌渠道的面层防渗等设计和施工等领域都有很好的应用前景，优越性显著。卡皮公司分包施工该项目要价为每平米145美元，费用相对是比较高的。我方积极探索与卡皮公司的合作方式，最终采用了由卡皮公司提供材料、工具、管理和技术人员，我方提供劳务和大型施工机械设备的双方共赢的合作方式，分包单价降为每平米96美元，为项目部节省了30多万美元的施工成本。另外，在卡皮公司的指导下，只购买防渗膜材料自己组织安装施工，或者研究开发新的物美价廉的防渗膜材料，也是降低该分项工程综合成本的发展方向。
