沥青混凝土防渗心墙低温施工技术探讨

2012-07-14张小军

湖南水利水电 2012年3期

张小军

（娄底职业技术学院娄底市 417000）

沥青混凝土防渗技术在水利水电工程中的研究与应用最早可追溯到20世纪20年代。经美国、德国、法国、西班牙、挪威、俄罗斯、日本等国的大面积推广，已形成了成套的碾压施工技术。随着我国水利水电工程的发展，在20世纪70年代初，该施工技术被成功引进，且在我国水坝工程防渗领域得到广泛利用，如：北京半成子水库、甘肃党河水库、辽宁碧流河水库以及湖北车坝水库等均采用沥青混凝土防渗心墙坝，由此也积累了相当丰富的施工经验，为后续水利水电工程防渗工程的修建奠定了强有力的基础。如：浙江天荒坪电站以及三峡大坝等重大水利工程中的沥青混凝土防渗心墙坝工程。近年来，沥青混凝土防渗结构在我国坝工建设中的应用又有了新的进展。到目前为止，我国已建成沥青混凝土防渗心墙土石坝12座，沥青混凝土面板防渗土石坝(含蓄水库)28座；另外，在建的沥青混凝土防渗护面堆石坝(蓄水库)3座，沥青混凝土防渗心墙坝3座以及相当数量的拟建工程也将采用沥青混凝土防渗结构。鉴于沥青混凝土防渗心墙在我国水利水电工程建设中的广泛应用，很有必要对沥青混凝土防渗技术进行进一步的探讨和研究。沥青混凝土作为防渗材料，是因为其具有很好的防渗能力及适应变形的能力。同时，沥青混凝土本身又是一种对温度非常敏感的材料（高温液化，低温固化），作为水工材料，其低温抗裂能力不足而导致的水工结构问题也非常突出。因此，在沥青混凝土防渗心墙设计与施工中，必须考虑低温施工对工程安全性的影响。为此，本文根据现有水工结构防渗工程的技术特点，总结沥青混凝土防渗心墙低温施工技术，以期为实际工程设计与施工提供参考。

1 沥青混凝土技术要求

沥青混凝土材料的选取对整个防渗工程起到至关紧要的作用。通常根据《土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范》、《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》以及《水工沥青混凝土实验方法》选取合适的沥青、骨料及矿粉等。以碾压式沥青混凝土为例，其各项技术指标如附表所示。

2 沥青混凝土低温施工技术

2.1 施工设备

（1）沥青混凝土拌合设备。当出料温度为140℃，含水量为4%；沥青含量5%时，其搅拌能力为1200kg；完成一个工作循环需时45s；平均生产能力为80t/h。沥青混凝土拌合设备主要由冷料系统和烘干系统组成。其中，冷料系统由6个冷料斗（容积为7 m3）、2个250 W的电磁振动器、6个调速给料机等组成；而烘干系统由干燥筒、燃油式燃烧器、30 kW的鼓风机、电阻式测温器、控制台等组成。

附表碾压式沥青混凝土技术要求（马歇尔试验）

（2）沥青混凝土运输设备。水平运输设备采用10 t自卸汽车；垂直运输设备采用改装的3 m3装载机。

（3）沥青混凝土摊铺机。摊铺机一般采用履带式，其摊铺厚度为 20 cm，摊铺速度（2～3）m/min，过渡料摊铺宽度为2×1.5 m，料斗容量为6 t左右，熨平板为：固定、电机振动压实、红外线加液化加热器。

（4）沥青混凝土心墙碾压设备。70 cm心墙采用68 cm宽的双钢轮振动碾；50 cm宽心墙采用45 cm宽的平板振动器。

（5）过渡料碾压设备。两台2.5 t振动碾。

（6）其他设备。根据工程需要增添。

2.2 施工方法及工序

（1）施工方法。在沥青混凝土施工防渗心墙施工之前，还需进行沥青混凝土室内配合比试验、现场摊铺试验以及碾压试验等，从而最终确定沥青混凝土防渗心墙施工的配合比及各项工艺技术参数。以碾压式沥青混凝土防渗心墙的施工为例，其主要采用水平分层、全轴线不分段的连续摊铺碾压法。沥青混合料的铺筑主要利用摊铺机进行摊铺，对于摊铺机铺筑不到的部位，则辅以人工铺筑。施工分层厚度即为压实后的厚度（约20 cm）。只有当前一施工层的质量检测满足施工要求时方可进行后一层沥青混凝土防渗心墙的施工。在冬季，沥青混凝土防渗心墙则采用砂砾石料将其覆盖过冬，覆盖层厚度必须大于冻土深度10 cm，覆盖断面采用梯形断面，顶宽3.0 m，底宽6.0 m，先在沥青混凝土防渗心墙表面覆盖帆布，再在其上覆盖砂砾石。

（2）施工工序。有关沥青混凝土防渗心墙的施工工序主要包括：施工准备、结合层面清理、测量放线、固定金属丝、摊铺机装料、摊铺并自振压实、过渡料补填与碾压、沥青混合料碾压、过渡料补碾、覆盖保温。其具体施工程序如附图所示。

附图沥青混凝土防渗心墙的施工工序

2.3 施工技术措施

在低温状态下进行沥青混凝土防渗心墙的施工，尚有一些技术措施应引起重视。

（1）施工准备。主要包括：接缝面的表面清理，施工机械设备、仪器及配套设施的就绪，所需材料充分到位。

（2）沥青混凝土防渗心墙应连续均匀地进行铺筑。期间若有异常，须及时查明原因并作处理后，方可继续铺筑。在续铺前，要确保下层缝面温度高于70℃，若缝面温度低于70℃，则需使用红外加热器加热使之达到铺筑要求温度，同时还需控制加热时间，以免温度过高导致沥青混凝土老化。

（3）冬季停工时，防渗心墙的顶部应高于其上下游相邻的坝体，并用砂砾料将其覆盖以免受冻。

（4）碾压方式采用贴缝碾压。过渡料的摊铺高度应低于沥青混合料的高度。

（5）低温施工时，除提高骨料和沥青的温度外，还需提高沥青混凝土出机口的温度，使其温度接近规范所允许的上限值，以防沥青混合料散热太快，来不及摊铺。

（6）可适当提高沥青混合料中的沥青含量，尽量使其接近上限值。

（7）对运输车辆加装保温箱。保温箱采用4 mm厚钢板做隔层，在隔层中加入保温矿棉来保温，减少沥青混凝土在运输过程中的热量损失。

（8）混合料摊铺完成后，立即用两块帆布交替将其覆盖，并加盖保温罩，防止热量损失过快，然后在帆布上进行碾压。

（9）缩短碾压段。一般每15 m分为一个碾压单元，混合料摊铺完成后应及时碾压，必要时可采用两台动碾串联碾压，以缩短碾压时间。

(10)对运输成品料的小车加装保温层，对皮带、设备的电气及燃油等系统进行改造，使之更适合在低温季节施工。

(11)各工序需紧密衔接，做到及时拌和、运输、摊铺、碾压、尽量缩短施工作业时间。

2.4 施工质量控制与检测

为确保沥青混凝土防渗心墙低温施工的工程质量，必须对施工过程的各个环节进行质量控制，其主要包括：

（1）试验控制。在施工之前，必须通过室内试验确定沥青、骨料、矿粉及添加剂在沥青混凝土中的配合比；施工过程中，应及时测试混合料的出机温度、入仓温度、初压与终压温度，并对沥青混合料取样进行马歇尔试验，以确保沥青混合料的施工质量。

（2）原材料质量控制。沥青混凝土的原材料主要包括沥青、粗细骨料及矿粉。通过针入度、软化点、延度、渗透性等试验来控制沥青的质量；通过级配试验来监测粗细骨料的质量；而矿粉的质量控制主要是进行级配试验和含水量检测。

（3）混合料质量控制。为保证混合料的施工质量，必须对沥青混合料的拌合质量、运输质量以及铺筑养护质量进行控制。拌合沥青混凝土时，应随时观察其外观，看其色泽是否均匀、稀稠是否一致、有无花白料及其他异常现象，同时对出机口的每盘料进行温度测试，保证出机口温度控制在170±5℃。沥青混合料在运输过程中，应做好保温措施，确保温度损失在可控范围内；另外，运输过程中要保证混合料连续、均匀快速地从拌合站运送到铺筑点，不能让混合料出现骨料分离或外漏。沥青混合料在铺筑过程中，要时刻对铺筑温度、摊铺厚度与宽度、碾压次数及外观进行严格控制，施工时过程中药设置控制点，严把质量关。混合料的入仓温度需控制在（150～160）℃。对铺筑层，若出现蜂窝、麻面、孔洞及花白料等现象，应查明原因及时处理。

（4）施工质量检测。根据《土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范》。当沥青混凝土每层碾压施工完毕后，现场试验室必须对该层沥青混凝土的施工质量进行检测，检测合格后，方可进行下一步施工。检测项目主要有重度、孔隙率、渗透系数、配合比、水稳定性系数、三轴、弯曲等。防渗心墙每升高（2～4）m，沿坝轴线每（50～100）m 钻芯取样两组，一般来说，重度的检测采用核子密度仪，渗透系数的无损检测采用渗气仪。