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沥青混凝土面板与土工膜防渗连接研究

抽水蓄能电站的上水库由主坝、副坝以及周边山体共同围成。该水库常态下的蓄水位为267.00米,死水位设定在239.00米,总库容达到1748万立方米。主坝和副坝均为面板堆石坝结构,坝顶高程为272.40米,其中主坝的最大高度达182.30米,坝顶长度为811.45米,宽10.0米。主坝上游面坡度设计为1∶1.7,并采用简式沥青混凝土面板作为防渗措施。在237.00米高程以上,坝体自上游至下游主要由沥青混凝土面板、垫层料、过渡料及上下堆石料组成;而在237.00米高程以下部分,上游区域以反滤料替代垫层料。主坝坝体分区结构见图1所示。水库盆地采取半挖半填的方式布局,库底高程设在237.00米,回填高度约为120米,总的填筑体积为1124万立方米。在开挖回填后,采用了“库岸沥青混凝土面板+库底土工膜”的双层防渗体系。然而,由于水库盆地采用土石混合料填充,蓄水后其变形较大,局部不均匀沉降可能对表面防渗体及连接结构产生不良影响,如山东泰安抽水蓄能工程曾遇到类似问题。

 

针对这个问题,泰安工程曾经设置混凝土连接板来联接大坝混凝土面板与库底土工膜,采用机械固定结合化学粘结的双重防渗方式(如图2(a)所示)。但当前研究工程的库盆填筑量更大,填筑高度大约是泰安工程的两倍多,若沿用将连接接头置于回填体上的做法,在水库蓄水后,刚性混凝土连接板难以适应基础变形,有可能出现裂缝风险。根据三维有限元仿真计算结果[3],蓄水后连接板下的堆石体沉降可达32.9厘米。当水库运行期间堆石体承受循环水荷载时,局部不均匀沉降将进一步加剧,这使得接头的可靠性受到质疑[4]。另外,混凝土连接板的刚度远大于沥青混凝土面板和土工膜的刚度,这种差异会导致连接板的连接部位应力集中现象更为突出。

 

基于锚固区抗扭强度测试结果,整体抗渗试验采用了在45℃环境下施加45 N·m扭矩的沥青混凝土面板加固螺栓方案。

 

(1) 方案一:单道锚固方案。在试验的第一阶段,逐步加载至0.4 MPa压力时,模型总体上能维持良好的稳压性能,未出现渗漏现象。进入第二阶段,在土工膜发生滑移变形后,当滑动距离少于40毫米时,该模型在0.4 MPa的压力条件下,能够保持超过20小时的稳定承压状态;而当滑移距离增长至60毫米,且压力达到0.3 MPa时,模型在连续稳压运行10小时后开始出现了轻微的漏水状况;进一步地,当滑移距离增大到80毫米时,在由0.2 MPa逐渐升至0.3 MPa的压力变化过程中,模型水箱四周的防渗封边材料因无法承受水压而破裂,导致大量渗水。图9展示了试验前后SR塑性鼓包形态的变化情况。从图9中可以观察到,在经历牵引拉伸和水压作用后,原本隆起的鼓包变得扁平,其内部填充物由于坍塌并流向了未进行锚固处理的模型左侧区域。

通过在沥青混凝土面板上钻孔并填充环氧砂浆的锚固技术,能够在0.4 MPa水压下有效适应土工膜因水库运行而产生的大幅度滑移变形,该方法具有良好的成孔性能、可靠的防渗效果以及相对简易的施工工序。

b.考虑到室内试验的局限性,在实际工程应用阶段,可以在沥青混凝土面板铺设完工后进行现场实地验证实验。此举旨在进一步核实室内试验所得结论,优化设计参数,并对方案的实际可操作性进行检验,从而确保整个工程项目安全稳定地运行。



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