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软式透水管在贮灰场排渗管应用探讨
发布者:majorseo 发布时间:2013-3-3 2:41:46 阅读:1846

1、前言
贮灰场是燃煤火力发电厂的重要设施,是储存发电厂排放粉煤灰的水工构筑物。随着国家对环境保护的重视,灰渣筑坝技术(贮灰场先建成初期坝,然后在坝前沉积的灰渣面上加筑子坝,逐级加高坝体的分期筑坝技术)应用也越来越广泛。灰渣筑坝普遍存在坝体浸润线较高,有的甚至在下游坝坡上逸出,直接影响了贮灰坝体的坝坡稳定和渗透稳定性。尤其是地震期间容易引起饱和灰渣的液化,导致子坝坝体失稳,给灰场的正常运行和下游的人民生命财产带来隐患,会造成严重的经济损失和不良社会影响。对灰渣筑坝的科研成果和工程实践表明,初期坝和子坝合理设置排渗设施,可有效地降低浸润线,是增加坝体稳定、加速灰渣固结和利于后期子坝继续加高的重要工程措施,也是加固灰坝最有效、最经济的措施。
上游排渗设施作为贮灰坝重要的组成部分,在加速坝前灰渣沉降与固结、降低坝体浸润线方面具有至关重要的作用。排渗体具有正常的排渗功能并且能够充分的汇流灰水,是灰坝稳定安全运行的重要条件。对排渗体的主要要求是排水畅通,长期有效。
上游排渗设施是随着灰渣筑坝初期坝型的发展而实施的:在上世纪70年代,初期坝多设计为与水库挡水坝类同的不透水坝,坝体浸润线高,坝前灰渣固结差;在80年代,初期坝多设计为透水坝,即由过去的挡水改为排水挡灰,坝体浸润线低,坝前灰渣固结好,但不采取措施,渗透灰水往往会抬高下游地下水位,给下游带来不良影响;80年代末至90年代,设计了坝前带排渗体的透水坝,设有坝体上游的排渗设施将渗水集中起来,有组织的回收,既降低了浸润线,促使坝前灰渣固结,又不致影响下游环境,适应性越来越广泛。
水平排渗管是坝体上游排渗设施的枢纽部分,该部分的正常运行是保证排渗设施发挥作用的前提条件。根据大连理工大学振动与强度测试中心《辽化公司热电厂贮灰库增容改造工程灰坝试验与计算》、《清河发电厂贮灰坝加高渗流试验与数模分析》、《抚化公司热电厂贮灰场灰坝二级子坝加高工程试验研究与计算分析》结论:初期坝排渗管的作用至关重要,不仅在初期坝而且在后续的各期子坝运行工况中对降低浸润线起主要作用;若初期坝排水花管失效,子坝运行工况时浸润线会从一期子坝坝脚溢出,坝后及坝体均会出现饱和状态,严重影响坝体稳定安全。
在多年的工程实践中,排渗管的结构形式也在不断发展变化,以更好的确保排渗设施的排渗功能。管材过去多采用堆砌砾石体、无砂混凝土管、钢花管等材料,随着科技的发展,软式透水管也逐渐应用到贮灰场中来。
本文将结合工程实例就水平排渗管各种结构形式应用情况及效果进行探讨。
2、水平排渗管型式
水平排渗管按照其结构形式,可分为:
2.1、堆砌砾石体
砾石堆外设置土工布作为反滤层,接通纵向排水管道,把坝体渗水排向坝体下游。结构系统为:粉煤灰→土工布→砾石堆。结构形式如下图:
 
    
2.2、无砂混凝土管、钢花管
在排渗体中采用无砂混凝土管或者钢花管作为集、排水管道,管外包土工布作为反滤层,接通纵向排水管道,把坝体渗水排向坝体下游。结构系统为:粉煤灰→土工布→砾石堆→土工布→开孔的无砂混凝土管或者钢管。结构形式如下图:
 
2.3、软式透水管
在排渗体中采用软式透水管作为排水管道,管外包土工布作为反滤层,接通纵向排水管道,把坝体渗水排向坝体下游。结构系统为:粉煤灰→土工布→砾石堆→软式透水管。结构形式如下图:
 
3、水平排渗管特点
3.1、堆砌砾石排渗体
该结构是利用砾石体间的孔隙排泄渗水。堆砌砾石体采用经筛选的新鲜岩石,粒径d≥50mm。相同材料的排水材料的排渗量与堆砌砾石体断面面积有关,断面面积越大,排渗流量越大。该种排渗结构施工方便,费用低,但由于土工布反滤层在施工过程中极容易被破坏,漏灰严重,污染下游环境,并且长时间漏灰会堵塞堆石砌体孔隙,导致排渗系统失效。辽化公司热电厂贮灰库初期坝始建于1988年,初期坝上游采用堆石砌体排渗,在灰库贮灰初期,效果较好,随着贮灰库的运行和库区内灰面的升高,堆石砌体逐渐失效,灰坝内浸润线升高,坝顶标高之下10m皆为饱和状态,坝坡下游出现多处溢出点,并形成径流。
3.2、无砂混凝土管、钢花管
该结构是利用无砂混凝土管、钢花管收集渗水,通过该结构排到纵向管道里,排到下游。由于打洞管本身材料的限制,在无砂混凝土管及钢管上设置孔洞,降低了打洞管的承压能力,往往在施工回填后,管道便破裂。特别是在灰渣筑坝工程中,由于粉煤灰地基变形比较大,容易导致排渗管断裂,从而使整个排渗系统丧失功能。另外钢花管耐酸碱性较差易于锈蚀,并且埋设于坝体当中不能更换。由于制造工艺上的限制,这两种管材长度都较短(多限制在3m以内),施工中接头较多,施工麻烦,不易操作。清河发电厂曹家沟灰场排渗系统采用ф600×8钢管,钻孔为ф20,每个断面25个孔(25行孔,行距75mm),孔距150mm,梅花形布置。该结构形成了有组织的排水,但由于钢花管开孔较大,容易漏灰,如管外设置土工布反滤层,又易发生淤堵。钢花管刚性大,由于接头较多,随着运行时间的增长,灰坝会出现不均匀沉降现象,钢花管接头处会出现折裂。曹家沟灰坝排渗系统在灰场运行初期效果较好,渗水清晰,无细颗粒流出,随着坝体沉降的出现,排渗管出现断裂现象,坝下游渗水出现细灰颗粒,对下游农田造成了污染。由于局部排渗管的破坏,造成该部分排渗系统功能的丧失,导致该部分坝体内浸润线升高。
3.3、软式透水管
软式透水管是一种具有倒滤透(排)水作用的新型管材,该结构是以防锈弹簧圈支撑管体,形成高抗压软式结构,无纺布内衬过滤,使泥砂杂质不能进入管内,从而达到净渗水的功能。涤纶丝外烧被覆层具有优良吸水性,能迅速收集土体中多余水份。橡胶筋使管壁被覆层与弹簧钢圈管体成为有机一体,具有很好的全方位透水功能,渗透水顺利渗入管内,而泥砂杂质被阻挡在管外。利用“毛细”现象和“虹吸”原理,达到透水、过滤、排水一气呵成之目的。软式透水管外型如下图:
 
图 4 软式透水管
 
 
图 5软式排水管断面
4、水平排渗管性能分析
各种排渗管的应用,是在工程实践中逐渐发展起来的。随着国家对环保的重视,新建水力贮灰场越来越少。为了增加对原有贮灰场的利用率,灰渣筑坝应用也越来越广泛,这就对排渗管的排渗功能要求越来越高。
堆砌砾石体排渗结构虽然施工简单,费用低廉,但由于不能有效地组织排水,反滤层容易破坏导致功能失效,在工程中已经不被采用。
无砂混凝土管及钢花管由于本身没有良好的过滤方式,灰渣颗粒易进入管内淤积,往往会造成排渗管的堵塞。为了加强钢花管的过滤能力,在施工时管外包一层无纺土工布,达到过滤的目的。其排水过程是采用重力“漏滴”的原理汇水,这样必然导致慢速度低效的排水。另外,管外包的土工无纺布,直接与管壁外面材料接触,势必将有细小颗粒严重地附着在土工布上,进而导致土工布过滤功能失效,发生排水不良的后果。另外打洞管的洞眼有限,开孔率一般在20%~30%,因而排水面不足,难以有效排水。在结构上由于打洞管本身材料的限制,往往在施工回填承压后,打洞管便破裂。             
软式透水管创造性地利用它独特的构造,可以通过管体整个周身全方位渗透水流,同时,由于其运用毛细渗透的原理排水,而不是“漏滴”汇水,具有较高的排水流量通过能力,是渗透率很高的地下排水管材。软式透水管管壁的被覆层起到了吸水和保护过滤层不织布的作用,确保了软管工作寿命。测试表明,软式透水管的抗拉强度、透水性、抗腐蚀性以及耐压性能都是可靠的。ф300mm的软式排水管的纵向抗拉强度为1.28KN/5cm,扁平率为10%时,可承受压力大于430Kg,通水量为5020cm3/s,而同径的砾石堆的通水量为3660 cm3/s,无砂混凝土管和钢花管为4240 cm3/s。
钢花管费用较高,每延长米成本大于181元(ф300mm),运输和施工不方便。
软式透水管整体性好,长度控制在30~100m,接头少,衔接方便,每延长米成本为42元,重量轻,仅为430g/m2,便于运输和施工。质地柔软,适合于地基变形大的灰渣贮坝等水工构筑物的排渗系统。

各种管材的性能参数比较如下表1所示(φ300mm管径):
表1
序号 性能
管材 单位面积质量 厚度 糙率 单根长度 透水量 过滤性能
1 无砂混凝土管 2.4g/cm2 40mm 0.014 2.0m 4240cm3/s 需外设土工布反滤层
2 钢花管 7.8g/cm2 7.5mm 0.014 3.0m 4240cm3/s 需外设土工布反滤层
3 软式透水管 0.043g/cm2 1.8mm 0.014 30.0m 5020cm3/s 管壁具有一层不织布过滤层

各项管材(φ300mm管径)综合费用比较见表2:
表2
管材

费用项目 无砂混凝土管 钢花管 软式透水管
管材价格(元/m) 112 182 42
土工布反滤层(元/m2) 12 12 —
安装费(元/m) 7 10 3
合计(元/m) 131 204 45


5、工程应用实例
近年来软式透水管以其良好的透水、排水性能,逐渐应用到电力工程的水工构筑物中来。在辽化公司热电厂贮灰库的一期子坝加高过程中,软式透水管替代钢花管,排渗体结构如图6:
 
图6  软式透水管平面布置图
排渗管(集渗管)在坝体中的位置如图7:
 
      图7  初期坝及子坝中排渗软管布置图
在该灰场运行几年后,进行二期、三期子坝加高地质勘测时,坝下游排水管排出的渗水清晰,无细颗粒,初期坝和一期子坝坝体的实测浸润线与设计时渗流试验计算浸润线吻合较好,说明排渗系统的功能是正常的,也就是说软式透水管的性能是可靠的。目前软式透水管已经在清河发电厂灰坝加高、阜新发电厂第四灰场增容改造、北票发电厂贮灰场新建工程中得到了广泛的应用,均取得了较好的技术效果。

 

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