聚苯乙烯泡沫板在龍鳳山灌區(qū)中的應(yīng)用研究

趙 洋,徐淑琴,劉長榮,3

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué),哈爾濱 150080;2.黑龍江省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站,哈爾濱 150080; 3.黑龍江省水利科學(xué)研究院,哈爾濱 150080)

1 工程、氣象及水文地質(zhì)概況

龍鳳山灌區(qū)位于香水河水庫泄洪閘工程區(qū),在黑龍江省五常縣小山子鄉(xiāng)境內(nèi)。工程包括交叉工程的主體結(jié)構(gòu)及設(shè)備安裝全部建設(shè)內(nèi)容。工程量為:土方43 280 m3;石方7 727 m3,混凝土1 845.2 m3,鋼閘門15.07 t。本項(xiàng)目屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),夏季短而溫?zé)岫嘤?夏季多風(fēng)沙、少雨,易發(fā)生春旱;夏冬日照長,氣溫高,暴雨頻繁且集中,常發(fā)生洪澇;秋季涼爽而清朗。多年平均氣溫 3.3℃,無霜期140d左右,土壤最大凍土深 1.8～2.0 m;多年平均降水量547～655 m m,多年平均蒸發(fā)量為967.2 m m,區(qū)內(nèi)盛行西南風(fēng),最大風(fēng)速可達(dá)20 m/s,全年平均風(fēng)速4 m/s。香水河水庫泄洪閘位于忙牛河支流的曼灘區(qū),灘面平坦開闊,高程一般為 202～205m,相對最大高差為3.0 m,微傾向河床,漫灘表面均為耕地,區(qū)域分布地下主要為第四系松散層孔隙壓水,含水層巖性為級配不良粗砂、級配不良細(xì)礫,其頂板為相對微弱透水的黏性,含水層頂板埋深為 5.0～7.0m。勘探期承壓水頭高度3.5～6.4m,地下水位為200.96～204.18 m;地下水年變幅一般為2.00 m。含水層屬強(qiáng)透水,根據(jù)抽水試驗(yàn)的成果可知,其滲透系數(shù)K=53.29 m/d,影響半徑R= 377.42 m。

2 應(yīng)用E P S抗凍害技術(shù)指標(biāo)

本地區(qū)相當(dāng)多的水工建筑物都不同程度的遭受到凍脹破壞,嚴(yán)重影響了水工建筑物正常運(yùn)行和效益的發(fā)揮。以前防止凍害的做法是將基礎(chǔ)埋置于最大凍深以下,但是,約 2/3的工程量埋在地下很不經(jīng)濟(jì)。因此本工程中采用聚苯乙烯泡沫塑料保溫板(E P S)應(yīng)用在工程中,為水工建筑物的凍害防治開辟了新的途徑,建筑物采用 E P S保溫板后,大大地減輕及消除了土體凍脹對建筑物的影響,使基礎(chǔ)埋深大大減少,節(jié)省了工程量和資金。

采用保溫措施防治水工建筑物凍脹破壞,選擇的保溫材料需要具有一定強(qiáng)度,而且導(dǎo)熱系數(shù)要低、吸水率小、隔熱性能好、同時(shí)要求造價(jià)低、材料易得、具有一定的耐久性、穩(wěn)定性。聚苯乙烯泡沫塑料板是一種高能的保溫材料。其導(dǎo)熱系數(shù)在0.146～0.039 W/(m·K),在不同壓縮應(yīng)力作用下板的變形隨板的密度而變化。一般中小型渠系工程的上部荷載在100 k P a以下時(shí),密度為30k g/m3的苯板其壓縮變形量＜2%。E P S保溫材料設(shè)計(jì)時(shí),除了考慮在荷載作用下可能發(fā)生的變形外,還要充分考慮其吸水率大小和彈性階段強(qiáng)度指標(biāo)。

聚苯乙烯泡沫(E P S)保溫板是由聚苯乙烯泡沫塑料顆粒發(fā)泡后在模具中加熱壓縮成型或通過擠壓工藝成型的板狀材料。聚苯乙烯泡沫(E P S)具有隔熱性好、自重輕、自立性強(qiáng)、耐久性好、吸水性小及壓縮性大等優(yōu)良性能。工程中我們選用了密度為30 k g/m3的保溫板,體積吸水率≤2%,導(dǎo)熱系數(shù)為 0.039,其壓縮變形量＜2%,體積僅為普通填料(土)的 1/50～1/100,是具有一定隔水性和塑性的保溫材料,能夠提高其保溫效能,滿足工程構(gòu)造物的抗凍(C20F200)要求。

在本工程中我們將 E P S保溫板主要應(yīng)用在擋土墻墻體及泄洪閘底板處。密度為 30 k g/m3的保溫板 1d內(nèi)蠕變0.09%～0.15%,130 d內(nèi)蠕變 0.29%～0.53%,與總?cè)渥儽仍?28～31,滿足設(shè)計(jì)要求及可壓縮性要求,表現(xiàn)為很好彈性狀態(tài),能夠承受混凝土壓力強(qiáng)度要求。

工程施工設(shè)計(jì)要求 4月末前完成泄洪閘基礎(chǔ)混凝土澆筑,5月 15日前完成泄洪閘閘室段邊墻工程在此期間工程底板下剛好無凍結(jié)層,滿足保溫板施工要求。

工程中我們在做保溫板基礎(chǔ)鋪設(shè)的底板和墻體鋪設(shè)時(shí),底板按要求大于基礎(chǔ),以免基側(cè)負(fù)溫對建筑物基礎(chǔ)底部的侵襲,從而造成地基土的凍脹。,采用雙向包圍范圍鋪設(shè)如圖 1。一般單向保溫范圍為水平保溫段鋪設(shè)長度為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)凍深的2倍減去基礎(chǔ)板厚度。即:Lb=2Hd-δ。雙向保溫范圍為在單向保溫層范圍條件下增加豎向封閉保溫見圖 1。豎向保溫段埋設(shè)深度為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)凍深減去基礎(chǔ)板厚度。即:Hb=Hd-δ。

擋土墻構(gòu)造物鋪設(shè)時(shí)按要求也進(jìn)行了雙向保溫。單向保溫時(shí)按墻高方向保溫板在墻后背側(cè)鋪設(shè)。保溫板的高度H等于當(dāng)?shù)刈畲髢錾頷max=2.0 m與外露墻體高度h1減去保護(hù)土層20 c m之和。即H=(h1-20)+hmax。為消除墻后保溫土體不受側(cè)向不保溫土體的影響。在垂直墻體方向,即單向保溫土體兩側(cè)要設(shè)隔熱層。其高度與墻背保溫板高度 H相同,長度L2=4 m。擋土墻保溫范圍見圖 2。

擋土墻雙向保溫采用雙向鋪設(shè)保溫層的方法是在單向鋪設(shè)保溫層范圍的條件下,增加在墻頂部地表下20 c m,水平鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫塑料板,其鋪設(shè)寬度等于L2=4 m。

圖1 水平保護(hù)段及豎向封閉型式圖

通過實(shí)際工程中的應(yīng)用采用保溫措施處理的地基能確保地基溫度場的穩(wěn)定,減小地基土體的凍脹變形,維護(hù)了地基上構(gòu)造物的整體穩(wěn)定。保溫板的熱學(xué)性能對土體溫度場的穩(wěn)定起著重要作用,減小凍結(jié)層厚度,抑制基土水分遷移量的變化。通過工程應(yīng)用說明保溫板的隔水性能對其抵抗基土凍脹變形起著關(guān)鍵作用。確保基土不發(fā)生凍結(jié)和凍脹,并減少地表水和大氣降水的滲入,冬季土體凍結(jié)從上部開始,防止下部未凍土層中的水分將向上部的凍結(jié)鋒面遷移,形成凍結(jié)面附近含土冰層,產(chǎn)生極強(qiáng)的凍脹可能。

圖2 保溫范圍

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