溧陽(yáng)抽水蓄能電站上庫(kù)庫(kù)底土工膜施工與質(zhì)量控制

劉 軍 國(guó)， 段 煒， 李 倩 霞

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

溧陽(yáng)抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽(yáng)市，安裝6臺(tái)、單機(jī)容量為250 MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組。

上庫(kù)庫(kù)底采用土工膜防滲，總面積約25萬(wàn)m2。庫(kù)底回填石渣(碾壓)至高程245.8 m(前池為高程238.1 m)后布置防滲體，防滲體頂高程為248 m(前池為高程240 m)。防滲體由上至下依次為：0.2 m×0.2 m×0.1 m混凝土預(yù)制塊網(wǎng)格狀壓覆、土工布(500 g/m2)、1.5 mm厚HDPE土工膜、三維復(fù)合排水網(wǎng)(1 300 g/m2)、0.05 m厚砂墊層、0.4 m厚碎石層、1.5 m厚過(guò)渡料層(圖1)。

圖1 庫(kù)底防滲體系結(jié)構(gòu)典型斷面圖

2 施工分區(qū)

該庫(kù)底形狀不規(guī)則，土工膜施工面積大，共計(jì)為25萬(wàn)m2。土工膜施工期間，相鄰工作面分別進(jìn)行了混凝土面板表面止水、防浪墻、進(jìn)/出水塔、交通橋及庫(kù)底1#排水洞封堵等項(xiàng)目施工。為減少交叉作業(yè)的影響并保證土工膜作業(yè)的連續(xù)性，經(jīng)綜合考慮后決定對(duì)土工膜施工分四個(gè)區(qū)進(jìn)行：一區(qū)指庫(kù)底高程247.7 m以上的中間區(qū)域；二區(qū)指庫(kù)周20 m區(qū)域，該區(qū)域在對(duì)應(yīng)面板混凝土、垂直縫表面止水及防浪墻混凝土施工結(jié)束后施工；三區(qū)系指高程247.7 m以下的、除進(jìn)出水口之間及其周?chē)?0 m以外和1#排水洞出口附近的區(qū)域；四區(qū)系指進(jìn)出水口周?chē)?0 m區(qū)域和1#排水洞洞口附近區(qū)域，該區(qū)域在進(jìn)出水塔啟閉機(jī)安裝結(jié)束后再進(jìn)行施工。土工膜施工順序按照一、二、三、四期進(jìn)行，土工膜施工分區(qū)情況見(jiàn)圖2。

采用該分區(qū)方案施工，有效地避免了施工干擾，提前20 d完成了合同工期。

3 土工膜施工與質(zhì)量控制

圖2 土工膜施工分區(qū)示意圖

溧陽(yáng)抽水蓄能電站上庫(kù)累計(jì)完成熱熔焊接法焊縫35 000 m，擠壓焊接法焊縫5 900 m、加強(qiáng)“T”型接頭729個(gè)。對(duì)每條焊縫及每個(gè)“T”型接頭均實(shí)施了非破壞性檢測(cè)。擠壓焊接法完成的焊縫及“T”型接頭非破壞性檢測(cè)一次合格率為100%，熱熔焊接法完成的焊縫非破壞性檢測(cè)一次合格率為99.29%，不合格品為焊縫接頭遺漏處理，處理完成后均檢測(cè)合格；同時(shí)，按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求對(duì)焊縫隨機(jī)取樣進(jìn)行了破壞性檢測(cè)，共完成熱熔焊焊縫破壞性檢測(cè)42組，擠壓焊焊縫破壞性檢測(cè)6組，檢測(cè)結(jié)果均為合格。

3.1 鋪 設(shè)

上庫(kù)采用厚1.5 mm、長(zhǎng)100 m×寬8 m的雙光面HDPE土工膜。依據(jù)設(shè)計(jì)分區(qū)及鋪設(shè)方向要求進(jìn)行土工膜的鋪設(shè)，土工膜需錯(cuò)開(kāi)鋪設(shè)。在接頭部位形成“T”形接頭，鋪設(shè)完成后進(jìn)行焊接，鋪設(shè)情況見(jiàn)圖3。

3.1.1 鋪設(shè)定位

圖3 土工膜鋪設(shè)平面示意圖

測(cè)量采用全站儀依據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)放出第一塊土工膜的角點(diǎn)及一條邊線(xiàn)并用白灰標(biāo)識(shí)，依定位點(diǎn)及邊線(xiàn)鋪設(shè)第一塊土工膜。土工膜鋪設(shè)前，需對(duì)三維復(fù)合排水網(wǎng)表面進(jìn)行仔細(xì)地檢查，確保其表面無(wú)任何雜物。土工膜采用自帶起重吊的8 t運(yùn)輸車(chē)吊運(yùn)，土工膜的吊裝用扁平形起重吊帶捆扎(嚴(yán)禁用鋼絲繩捆扎)。土工膜運(yùn)輸至鋪設(shè)點(diǎn)附近、吊放至鋪設(shè)位置，多人手推土工膜卷將其展開(kāi)并用老虎鉗夾住土工膜邊角調(diào)整鋪設(shè)方向及位置，使土工膜一邊與白灰標(biāo)識(shí)線(xiàn)重合，然后依次進(jìn)行鋪設(shè)，先鋪設(shè)土工膜1，將土工膜1鋪設(shè)方向及位置調(diào)整至符合設(shè)計(jì)要求后在土工膜1四周部位邊沿用刻度尺度量寬度為10 cm的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，標(biāo)識(shí)點(diǎn)用白色記號(hào)筆劃短線(xiàn)標(biāo)識(shí)，每隔3～5 m做一個(gè)，以控制土工膜的搭接寬度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；采用同樣的方法依次鋪設(shè)土工膜2、土工膜3及土工膜4(圖3)。

3.1.2 外觀檢查

每一塊土工膜鋪設(shè)完成后，及時(shí)進(jìn)行外觀檢查，對(duì)有破損的部位用白色記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)記并按要求進(jìn)行處理；對(duì)破損數(shù)量超過(guò)規(guī)定的土工膜進(jìn)行更換。

3.1.3 防護(hù)措施

每一塊土工膜鋪設(shè)完成后，及時(shí)用砂袋在邊角部位進(jìn)行壓護(hù)，以防止因刮風(fēng)將土工膜吹起至破損或位置發(fā)生移動(dòng)；土工膜作業(yè)人員、檢查人員及管理人員均嚴(yán)禁攜帶煙火，必須穿軟底鞋進(jìn)入作業(yè)區(qū)；根據(jù)鋪設(shè)分區(qū)要求，對(duì)未及時(shí)展開(kāi)的預(yù)留土工膜卷用土工布及時(shí)防護(hù)；對(duì)于當(dāng)天鋪設(shè)的土工膜除與后續(xù)鋪設(shè)的土工膜搭接邊外，均應(yīng)當(dāng)天焊接完畢；對(duì)焊完并經(jīng)檢測(cè)合格的土工膜，及時(shí)鋪蓋土工布并壓覆混凝土預(yù)制塊。

3.2 焊 接

3.2.1 焊接參數(shù)的確定

土工膜焊接是施工的重點(diǎn)，影響土工膜焊接質(zhì)量的參數(shù)有焊機(jī)型號(hào)、焊接溫度、熱風(fēng)量(檔)、擠出量(檔)、焊接速度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等。因此，選擇合適的焊接參數(shù)是保證土工膜焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)，需結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、通過(guò)試驗(yàn)的方式確定最適宜的焊接參數(shù)。

經(jīng)綜合比較后確定土工膜焊機(jī)選用瑞士焊機(jī)，熱熔焊焊機(jī)選用瑞士LEISTER焊機(jī)，型號(hào)為Fusion3，擠壓焊焊機(jī)選用瑞士LEISTER焊機(jī)，型號(hào)為COMET70 mm。

依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度、濕度及風(fēng)速，初步確定熱熔焊焊機(jī)的預(yù)熱溫度、焊接溫度、焊接速度和擠壓焊機(jī)熱風(fēng)量(檔)、擠出量(檔)及焊接速度。裁剪8塊寬50 cm，長(zhǎng)2 m的土工膜，每2塊用初步確定的焊接參數(shù)進(jìn)行熱熔焊接或擠壓焊接形成一組試樣，共形成2組熱熔焊接和2組擠壓焊接試樣，每組均需進(jìn)行焊縫剪切、剝離檢測(cè)。若采用同一種焊接方法的2組試樣檢測(cè)值均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，則可確定該參數(shù)為施工時(shí)的參數(shù)；反之，則需對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，重新進(jìn)行焊接至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)才能將其作為施工時(shí)的參數(shù)。

依據(jù)試驗(yàn)確定的熱熔焊法施工參數(shù)為：焊機(jī)預(yù)熱溫度為425 ℃、焊接溫度為420 ℃、焊接速度為2.5～3 m/h(焊接速度根據(jù)環(huán)境溫度變化進(jìn)行調(diào)整，溫度高時(shí)速度快，溫度低時(shí)速度慢)；擠壓焊接法施工參數(shù)為：熱風(fēng)量(檔)9、擠出量(檔)2、焊接速度為1.5 m/h。

3.2.2 焊 接

每班作業(yè)人員在施工前均需進(jìn)行試焊，試焊前先測(cè)定環(huán)境溫度、濕度及風(fēng)速，選擇相應(yīng)的焊接參數(shù)，記錄試焊樣品編號(hào)、焊接人員、焊接設(shè)備、焊接參數(shù)、焊接時(shí)間，試焊完成后及時(shí)進(jìn)行焊縫剝離、剪切檢測(cè)，若測(cè)值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求則開(kāi)始進(jìn)行焊接施工，反之則需適當(dāng)調(diào)整焊接參數(shù)重新進(jìn)行試焊，直至焊縫剝離、剪切測(cè)值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

熱熔焊焊接前，對(duì)焊接區(qū)域的土工膜需用紡織毛巾擦試干凈，在焊接區(qū)域內(nèi)不得有任何污漬。焊接過(guò)程中，安排專(zhuān)人跟隨焊接操作人員二次對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行擦試，擦試人員距離焊接人員1 m左右，確保擦拭區(qū)域能及時(shí)進(jìn)行焊接。焊接操作人員不得離開(kāi)焊機(jī)，若出現(xiàn)焊機(jī)故障或突然斷電等情況時(shí)，操作人員需及時(shí)停止焊接且對(duì)發(fā)生故障的部位做好標(biāo)記并及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

擠壓焊接時(shí)，將焊縫30～40 mm范圍內(nèi)用角磨機(jī)打磨形成糙面，打磨深度應(yīng)不超過(guò)土工膜厚度的10%，打磨完成后及時(shí)進(jìn)行焊接。

對(duì)焊接形成的每條焊縫在焊接開(kāi)始時(shí)進(jìn)行編號(hào)，在焊縫起焊的位置用不易磨去的白色記號(hào)筆記錄焊縫編號(hào)、焊接設(shè)備編碼、焊接人員編號(hào)及姓名、焊接日期和時(shí)間，且需在焊接完成后及時(shí)填寫(xiě)施焊記錄。

在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)環(huán)境溫度、濕度及風(fēng)速不定時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)環(huán)境溫度變化超過(guò)5 ℃時(shí)，必須重新進(jìn)行試焊以確定新的焊接參數(shù)，且需試焊結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)后方可進(jìn)行正常焊接。同時(shí)，土工膜受環(huán)境溫度影響較大，焊接必須在合適的環(huán)境下進(jìn)行，一般為風(fēng)力不大于3級(jí)，環(huán)境溫度為5 ℃～35 ℃，雨雪天氣不能進(jìn)行施工。

3.2.3 縱、橫焊縫焊接的先后順序

縱、橫焊縫焊接方式見(jiàn)圖4。焊接時(shí)，先焊接焊縫1，再進(jìn)行焊縫2的施工，最后再將焊縫3一次焊接完成，焊接形成的“T1”及“T2”接頭采用圓形蓋片加強(qiáng)，且“T1”與“T2”接頭之間的距離不得小于3 m。

3.2.4 重要部位的焊接

大面積土工膜焊接采用熱熔焊接，其縱橫焊縫形成的T形接頭在焊接完成后用直徑約30 cm左右的圓形蓋片采用擠壓焊接進(jìn)行覆蓋加強(qiáng)。蓋片用熱風(fēng)槍固定，用角磨機(jī)將其周邊30-40 mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨，打磨方向垂直于焊縫，打磨深度不超過(guò)土工膜厚度的10%，打磨完成后采用擠壓焊接法進(jìn)行焊接。

圖4 土工膜焊縫焊接示意圖

庫(kù)底規(guī)劃分區(qū)的土工膜鋪設(shè)方向不同，各分區(qū)連接部位焊接時(shí)形成的“T”形接頭的數(shù)量較多，對(duì)其先按照 “補(bǔ)片覆蓋→打磨→擠壓焊接→真空罩檢測(cè)”的方法進(jìn)行處理，全部完成后再用寬1 m的加強(qiáng)土工膜將連接部位焊縫及接頭全部覆蓋，并采用擠壓焊接法將加強(qiáng)土工膜與其兩側(cè)土工膜焊接為一整體。

3.3 焊縫檢測(cè)

上庫(kù)土工膜焊接采用了熱熔焊接及擠壓焊接兩種方法，焊縫焊接完成后，依據(jù)施焊記錄對(duì)焊縫進(jìn)行了非破壞性和破壞性檢測(cè)。

3.3.1 熱熔焊焊縫檢測(cè)

熱熔焊焊縫采用充氣法進(jìn)行檢測(cè)。焊縫施工完畢，將焊縫氣腔兩端封堵，將氣針插入熱融焊接后產(chǎn)生的雙縫中間，用打氣筒對(duì)焊縫氣腔加壓至250 kPa，關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)，維持3～5 min，10 min后檢查壓力下降情況，氣壓應(yīng)不低于240 kPa，然后在焊縫的另一端開(kāi)孔放氣，氣壓表能夠迅速歸零方視為合格；否則，說(shuō)明接縫被堵塞，沒(méi)有通過(guò)非破壞性測(cè)試，檢測(cè)流程見(jiàn)圖5。

圖5 氣壓檢測(cè)流程示意圖

3.3.2 擠壓焊焊縫檢測(cè)

擠壓焊焊縫采用真空罩或電火花法進(jìn)行檢測(cè)，采用真空罩測(cè)試的焊縫不能有任何泥塊或水珠，焊縫用軟毛刷涂上肥皂水潤(rùn)濕，將真空罩扣在焊縫的中央有肥皂水的地方，用真空泵將真空罩里的空氣抽走，使其內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，壓力達(dá)到25～35 kPa后，通過(guò)觀察窗觀察焊縫至少30 s。若在焊縫中沒(méi)有看到氣泡則通過(guò)測(cè)試，若在焊縫處出現(xiàn)氣泡則視為焊縫不合格。

電火花檢測(cè)等效于真空罩檢測(cè)，適用于真空罩無(wú)法檢測(cè)到的擠壓焊縫。應(yīng)預(yù)先在擠壓焊縫中預(yù)埋一條φ0.3～0.5的細(xì)銅線(xiàn)，利用35 kV的高壓脈沖電源探頭在距離焊縫10～30 mm的高度探掃，無(wú)火花出現(xiàn)視為合格，出現(xiàn)火花則說(shuō)明有漏洞。電火花測(cè)試合格后，須將暴露在外的銅線(xiàn)剪掉，所剩部分越少越好，然后對(duì)該處進(jìn)行打磨并用擠壓式焊機(jī)補(bǔ)焊，真空罩檢測(cè)流程情況見(jiàn)圖6。

3.3.3 焊縫強(qiáng)度的破壞性檢測(cè)

圖6 真空罩檢測(cè)流程示意圖

在熱熔焊焊接完成10 000 m2、擠壓焊焊接完成1 000 m時(shí)需對(duì)焊縫取樣進(jìn)行破壞性檢測(cè)。

焊縫非破壞性檢測(cè)合格后，在焊縫上裁取一塊35 cm×70 cm的樣品進(jìn)行破壞性檢測(cè)，每個(gè)樣品裁取10個(gè)25.4 mm寬的標(biāo)準(zhǔn)試件，分別做5個(gè)剪切試驗(yàn)和5個(gè)剝離試驗(yàn)。每種試驗(yàn)5個(gè)試樣的測(cè)試結(jié)果中應(yīng)至少有4個(gè)測(cè)值符合設(shè)計(jì)要求，且其平均值需達(dá)到設(shè)計(jì)值、最低值不得低于設(shè)計(jì)值的80%方為通過(guò)強(qiáng)度測(cè)試。如不能通過(guò)強(qiáng)度測(cè)試，須在測(cè)試失敗的位置沿焊縫兩端各6 m范圍內(nèi)重新取樣測(cè)試，重復(fù)以上過(guò)程直至合格為止。對(duì)排查出有懷疑的部位用擠壓焊接的方式加以補(bǔ)強(qiáng)。

3.4 成品無(wú)損檢測(cè)

庫(kù)底土工膜全部施工完成后，采用電荷法對(duì)其進(jìn)行全面探測(cè)。土工膜下是具有導(dǎo)電性能的黏土或GCL，探測(cè)時(shí)將供電的地線(xiàn)接到庫(kù)區(qū)邊緣，電荷通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳到土工膜下面的導(dǎo)電層。在土工膜上表面移動(dòng)另一導(dǎo)電元件，以檢查土工膜及其焊縫是否存在破損，當(dāng)出現(xiàn)破損時(shí)，形成閉合回路產(chǎn)生電弧，同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警。經(jīng)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)2～10 mm破損孔洞共計(jì)38個(gè)，按照設(shè)計(jì)要求用補(bǔ)片進(jìn)行了加強(qiáng)處理，電荷法破損孔洞探測(cè)情況見(jiàn)圖7。

4 土工膜施工期采用的安全防護(hù)技術(shù)

外部因素很容易對(duì)土工膜造成破壞，需對(duì)土工膜鋪設(shè)、焊接施工過(guò)程中及完成后的成品采取有效的保護(hù)措施，確保土工膜施工質(zhì)量。

圖7 電荷法破損孔洞探測(cè)示意圖

4.1 施工期分區(qū)邊緣的安全防護(hù)

受周邊施工影響，土工膜施工時(shí)無(wú)法一次與庫(kù)底排水廊道及面板混凝土進(jìn)行連接，因此而先進(jìn)行一期施工。一期土工膜施工前，在周?chē)O(shè)置隔離網(wǎng)，大門(mén)旁設(shè)崗哨，進(jìn)出人員實(shí)行登記制度，現(xiàn)場(chǎng)管理及施工人員統(tǒng)一配戴工作牌，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)登記的管理人員“只認(rèn)牌，不認(rèn)人”，并在登記位置設(shè)立醒目的標(biāo)識(shí)牌，不得穿硬底鞋，只能穿軟底鞋，鞋上不能有鐵釘、鐵掌等，同時(shí)嚴(yán)禁煙火及非施工車(chē)輛進(jìn)入土工膜施工區(qū)域。

為盡可能地減少土工膜焊縫，在一區(qū)施工時(shí)，根據(jù)面板與一區(qū)的距離，預(yù)留二區(qū)施工所需的土工膜，預(yù)留的土工膜卷不展開(kāi)并用500 g/m2的長(zhǎng)絲土工布覆蓋進(jìn)行保護(hù)，以避免土工膜長(zhǎng)期在日光下暴曬，用砂袋對(duì)土工布進(jìn)行壓覆，防止大風(fēng)吹開(kāi)土工布后損傷土工膜。

4.2 施工期與相鄰建筑物上下垂直作業(yè)的安全防護(hù)

土工膜施工期間，相鄰作業(yè)面多，上下施工交叉干擾大，因此而采用了上下雙重防護(hù)措施，確保了土工膜施工安全。首先進(jìn)行上部防護(hù)，在面板及進(jìn)/出水口頂部位置搭設(shè)了簡(jiǎn)易的腳手架，然后在其上掛阻燃式密目網(wǎng)，使上部施工時(shí)不慎掉下的雜物等無(wú)法對(duì)土工膜施工造成影響，同時(shí)對(duì)下部施工完成的土工膜在相鄰建筑物周邊3 m范圍內(nèi)全部覆蓋棉被，既使上部施工有雜物遺漏下來(lái)也不能對(duì)土工膜產(chǎn)生破壞，同時(shí)，利用鋪設(shè)的棉被用做人行通道，避免施工人員直接在土工膜上行走，該方法投入成本少，操作簡(jiǎn)單。

5 結(jié) 語(yǔ)

土工膜防滲在溧陽(yáng)抽水蓄能電站上庫(kù)庫(kù)底的成功應(yīng)用，解決了大面積土工膜施工中的眾多難點(diǎn)，形成了一套系統(tǒng)的施工工藝和質(zhì)量控制體系，高效、高質(zhì)地完成了溧陽(yáng)抽水蓄能電站土工膜的施工任務(wù)，得到業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理的一致好評(píng)。