用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法技术

一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法，其特征是向粉煤灰中掺入３～１１％的熟石灰使其进行火山灰活性反应生成一种抗剪强度好的胶凝物，改变了其松散结构，使其适合于工程建设，所筑坝体断面小，稳定性好，且外坡可筑得较陡，利于扩大库容。与重力式土坝相比可节约７５％投资。本发明专利技术还可扩大到用于筑公路路堤、飞机场等，这对于解决燃煤电厂大量的粉煤灰出路、变废为宝、减少环境污染具有显著的社会效益与经济效益。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法。粉煤灰是燃煤电厂的废弃物，数量相当多，发电厂一般在山谷中建立灰库将其贮存起来，由于绝大多数电厂是采用水力管道方式将灰（渣）输送出去的，因此，灰库的挡灰坝设计就成了电力系统经常的工作。以往均是将挡灰坝当成挡水坝来建造，这种一次筑成的重力式挡灰坝需耗费大量的工程投资。七十年代以来国内外对粉煤灰的利用大部分还限于用作土料予坝地基。近年来才有粉煤灰作筑坝料的报道。如山东电力勘测设计院设计的十里泉电厂山谷型灰场挡灰坝。它是参照冶金系统尾矿坝筑坝经验，初期坝采用堆石透水坝，后期坝用粉煤灰混炉渣分级筑子坝，初期堆石坝占总坝高的1/2.6左右。每级子坝外坡压入0.3米厚的碎石护面，再在碎石层上面加1.7米厚的块石压重，用以保护外坡和防止地震时震动液化。这种方法比传统的重力式土坝已改进了很多，主要缺点是工作量太大，外坡用1∶3.5的坡率，内坡用推土机能爬的陡坡，其断面是相当大的，1.5米的子坝高每米坝长约要筑20方灰料，这种方法比重力式土坝仅节约投资三分之一左右;原因在于这种筑坝方法没有改变粉煤灰的孔隙度（η），没有提高粉煤灰的比重（G），这就不能提高粉煤灰的临界坡降，故只能做成很平缓的外坡和很大的断面，这样才能在渗流作用下保持稳定。此外，坝前灰渣不能在很短的时间内固结，仍呈散粒结构，在非常工况下，不能确保安全。其外坡平缓，也丢失很多库容;其筑坝材料也只局限于粗渣。-->本专利技术针对现有技术的不足，提出一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法。这种方法能大大减少筑坝工程量，节约工程投资，同时能提高坝的安全稳定性。燃煤电厂的粉煤灰和炉渣是一种人造火山灰，它具有火山灰活性。它在有少量水份、微细分散和高于4℃温度的条件下，可以与碱或碱土矿物产生火山灰活性反应，生成胶凝性物质，从而改变了粉煤灰原有的散粒结构特点而胶结起来，胶凝物具有很高的抗剪强度。这对于以考虑在外部水平推力作用下运行的堤、坝建筑非常有利。它不仅可以代替土料，而且远远优于土料。粉煤灰的化学成份以二氧化硅（SiO2）三氧化二铝（Al2O3）和三氧化二铁（Fe2O3）为主，二氧化硅约占54-60%，三氧化二铝约占26-27%，三氧化二铁约占2.3-3.75%，其余是氧化钙（CaO）和镁、钾、钠、钛等的氧化物。粉煤灰的化学成分会随电厂燃烧的煤质而变化，但总是以硅、铝、铁氧化物为主，除去含碳量过大的影响，上列三项成份约占85%以上。粉煤灰中起火山灰活性反应的主要成份是可溶硅，以百分含量为单位，用Q表示，可溶硅的百分含量Q与比表面积S之比乘以103，叫做粉煤灰的活性指数。这个数值是用来衡量粉煤灰火山灰活性的强弱的。其数值越高，活性越大。粉煤灰火山灰活性反应的速率与温度密切相关，高的气温可加速火山灰反应;低的气温反应缓慢。气温降至4℃以下时，火山灰反应停止，不过，待气温一回升反应又继续。一般以10℃为下限，低于此下限，火山灰反应缓慢。在能保持其水分的条件下，气温越高越好。粉煤灰中未燃烧尽的碳能抑制火山灰活性反应，含碳量高的粉煤灰火山灰活性弱。-->灰的细度也与火山灰反应密切相关，越细越好。粗颗粒炉渣磨细后亦具有火山灰活性，但其活性反应程度比粉煤灰差。粉煤灰与磨细炉渣混合排放的灰渣，其火山灰活性反应效果会低于粉煤灰。火山灰反应是一个缓慢的过程，反应时间延续很长，故在粉煤灰中掺入碱性物质反应后，需要一定的养护龄期。反映在其混合灰的强度上，后期强度很大。本专利技术选用的碱性物质是熟石灰，其中所含的氧化钙参与火山灰活性反应。熟石灰是参与火山灰活性反应的掺和料，而不是胶结料。熟石灰原料充足，价廉易得，同时活性反应效果好，是一种理想的掺和料。从技术上讲，用纯粉煤灰或灰渣当土料用于筑坝，由于其比重小、几乎无凝聚力、结构松散、对水非常敏感等不利的工程性质，不采取任何工程措施是比较困难的，尤其是用来筑高坝。本专利技术利用粉煤灰具有火山灰活性的特点，加入掺和料与之反应以改变其工程性质，使之有利于工程建设。因此，燃煤电厂及所有炉温在1000℃以上的锅炉的粉煤灰和炉渣均是很好的建筑材料，不但可以筑堤、筑坝，还可利用其火山灰活性反应产生的胶凝物的高强度，作建筑停车坪、广场、飞机场、公路基层和基底层的胶结料，作各种挡土墙背、护坡内的充填料以及建造公路路堤。视其用途相应增加熟石灰的加入量。如掺入20～25%的熟石灰时，可用于广场等建筑骨料（碎石）的胶结，养护充分的混和料可达到很高的强度。本专利技术的筑坝方法是：在排渗棱体上面直接用粉煤灰混合料分级构筑边埂坝，直至设计高度。具体方法是：先用块石筑造一座较矮小的排渗棱体。其高度在总坝高的1/4或1/5左右，具体高度视其排渗、稳定需要具体设计。排渗棱体越小越经济。再在棱体前建好排洩渗透-->水的褥垫（或盲沟），然后在库内建好排洩澄清水的卧管、竖井（或斜槽），就可以投入运行装灰，用坝前放灰、库尾存水的方式运行，让坝前保持2.5倍坝高长度的干滩。待干滩上升到距棱体顶面1.0米左右时，将排放灰浆的管口改在库尾或库中部，就可以推取坝前粉煤灰去筑边埂坝。边埂坝筑好第一级以后，又在坝前排放灰浆，同样方式放灰、存水。待坝前干滩面上升到第一级边埂坝顶下1.0米左右时，又将灰浆排放口改在库尾或库中部，推取粉煤灰筑第二级边埂坝。如此反复循环，逐级加高自流式坝体，直至灰库满容。带边埂坝的自流式挡灰坝的总高度，在排洩库尾澄清水和排洩灰层中渗透水的设施得当且效果好的条件下，按照土力学无粘性土边坡稳定理论：在1∶2的坡率条件下，可以无限高。无限高当然是土力学理论数值，实际上总坝高可达到山谷可贮灰的最大高度。边埂坝的筑坝方法是：先分层摊铺粉煤灰，再在其上面摊铺一定重量比例的熟石灰，拌和均匀后碾压。碾压密实度以混合灰干容重（rd）控制，当干容重rd达到1.0吨/米3以上时即为碾压合格。碾压时混合灰的含水量（W）控制在20-25%范围内，压实效果较好。每级边埂坝高度以4.5米至7.0米为宜。上一级边埂坝与下一级边埂坝应有1.0米以上的重叠搭接，设计时以渗流路经长度计算出的渗流坡降（J）小于0.4来控制。熟石灰掺和料按干粉煤灰的重量，以重量百分比掺入。实验证明：熟石灰掺入量与粉煤灰的凝聚力（C），内摩擦角（φ）以及干极限抗压强度（Pb）基本上呈线性关系。考虑到筑坝的需要以及经济上的原因，本专利技术只需将熟石灰的掺入量按重量控制在3-11%范围内就够用，具体掺入量以粉煤灰活性指数大小而定。具体做法是先取灰做室内混合灰物理力学试验，以其混合灰饱和快剪强度φ大于35°即满足筑坝要求，-->3～11%的熟石灰掺入量，混合灰的内摩擦角可达φ＝38°-45°甚至更高。可以满足各种类型坝体边坡稳定的要求。作为掺和料的熟石灰需用生石灰现场浇水化解，而且要用生石灰随即化解随即掺和。时间长了，其中的氧化钙含量会降低。熟石灰的氧化钙含量越高越好，最好应大于60%。陈旧的熟石灰不能用作掺和料。筑边埂坝时，摊铺的分层厚度以拌和机具的插入深度而定。拌和机具用园盘耙较合适，耙的半径即为分层的厚度。第一层碾压完毕，在不破坏其结构的前提下，又可以摊铺第二层，如此逐层填筑，直至达到设计高度才修整边坡，使之符合设计坡率。边埂坝筑好需要养护一段时间，当气温20℃以上时，以面层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法，该方法包括：（１）首先用块石筑一排渗棱体，然后用坝前放灰、库尾存水的方式运行，（２）在排渗棱体上用粉煤灰分级填筑边埂坝，直至设计高度，（３）每级边埂坝用粉煤灰分层摊铺，并碾压密实后再摊铺 第二层，本方法的特征在于：Ａ、摊铺粉煤灰时加入３～１１％（重量）的新鲜熟石灰，拌和均匀并维持混合灰含水量在２０～２５％之间，进行＊压，使之产生火山灰活性反应。当混合灰干容重（ｒｄ）大于１．０吨／米↑［３］时再摊铺第二层；Ｂ、上、下两 级边埂坝之间有１．０米以上的重叠搭接；Ｃ、边埂坝应在大于４℃以及保持其含水量的条件下养护，养护龄期视温度高低而定。

【技术特征摘要】
1、一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法，该方法包括：(1)首先用块石筑一排渗棱体，然后用坝前放灰、库尾存水的方式运行，(2)在排渗棱体上用粉煤灰分级填筑边埂坝，直至设计高度，(3)每级边埂坝用粉煤灰分层摊铺，并碾压密实后再摊铺第二层，本方法的特征在于：A、摊铺粉煤灰时加入3～11%(重量)的新鲜熟石灰，拌和均匀并维持混合灰含水量在20～25%之间，进行碾压，使之产生火山灰活性反应。当混合灰干容重(rd)大于1.0吨/米3时再摊铺第二层；B、上、下两级边埂坝之间有1.0米以上的重叠搭接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄恒，
申请(专利权)人：湖南省电力勘测设计院，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]