高寒地區(qū)瀝青混凝土心墻砂礫石高壩關(guān)鍵技術(shù)控制措施

常明云

（大唐呼圖壁水力發(fā)電廠 新疆 呼圖壁 831200）

1 工程概況

石門水電站樞紐由瀝青心墻砂礫石壩、右岸泄洪系統(tǒng)、左岸引水系統(tǒng)、地面廠房等組成。工程所處位置為高寒地區(qū)，極端最低氣溫-40.40℃，最高氣溫達(dá)39.10℃。瀝青心墻壩壩頂高程1243.00m，最大壩高106.00m，壩頂全長(zhǎng)312.51m，壩頂寬10m，壩體最大底寬約392m。壩體上游壩坡為1∶2.2，并于1210.00m高程設(shè)置3m寬?cǎi)R道；下游壩坡為1∶2.0，其構(gòu)造見圖1。

2 瀝青混凝土心墻關(guān)鍵技術(shù)控制措施

2.1 瀝青混凝土原材料選擇控制

2.1.1 瀝青

通過實(shí)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性研究，大壩心墻采用的瀝青為90號(hào)道路石油瀝青，針入度指標(biāo)（250℃，100g，5s）60～88（0.1mm）；延度（5cm/min，150℃）≥100cm,延度（1cm/min，50℃）≥10cm；軟化點(diǎn)（環(huán)球法）480℃～550℃；溶解度（三氯乙烯）99.0%，脆點(diǎn)-100℃，閃點(diǎn)（開口法）2600℃；含蠟量（裂解法）2%。

2.1.2 堿性骨料

瀝青混凝土砂石骨料選用石灰?guī)r塊石，經(jīng)破碎、篩分獲得，主要控制指標(biāo)如下：

（1）粗骨料質(zhì)量技術(shù)控制指標(biāo)：粗骨料粒徑范圍為2.36mm～19mm，與瀝青黏附性≥4級(jí)；

（2）中細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)控制指標(biāo)：細(xì)骨料粒徑范圍為2.36mm～0.075mm，水穩(wěn)定等級(jí)≥6級(jí)；

（3）砂石骨料指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）的質(zhì)量要求。

2.1.3 填料

填料選用石灰?guī)r加工，粒徑小于0.075mm。

2.2 配合比設(shè)計(jì)成果研究

本工程瀝青混凝土配合比先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)穩(wěn)定性、撓曲性、不透水性和施工和易性進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，經(jīng)過生產(chǎn)性試驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)配合比進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，確定最優(yōu)施工配合比，配合比實(shí)驗(yàn)成果見表1。

2.3 瀝青混合料的制備和運(yùn)輸控制

2.3.1 拌和站選擇研究

經(jīng)計(jì)算瀝青混凝土拌和強(qiáng)度為43.3t/h，選YQLB1000型瀝青混凝土拌和機(jī)，生產(chǎn)能力為60t/h-80t/h。

2.3.2 原材料加熱

圖1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩橫剖面示意圖

表1 瀝青混凝土最優(yōu)施工配合比成果表

瀝青加熱：瀝青采用導(dǎo)熱油間接加熱，瀝青脫水溫度按120℃±10℃控制，瀝青加熱溫度按150℃～170℃控制。加熱過程中，瀝青針入度的降低不超過10%。保溫時(shí)間不超過24h。

骨料加熱：骨料的烘干、加熱采用內(nèi)熱式加熱滾筒，滾筒傾角按3°～6°控制，加熱溫度不高出熱瀝青溫度20℃，實(shí)際溫度按170℃～190℃控制。

表2 瀝青混凝土施工的氣象條件成果表

2.3.3 瀝青混合料的拌和控制研究

通過實(shí)驗(yàn)研究，在拌制瀝青混合料前，先對(duì)拌和樓系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱，拌和時(shí)拌和機(jī)內(nèi)溫度≥100℃，瀝青混合料在生產(chǎn)過程中稱量精度控制在±0.5%內(nèi)；拌制瀝青混合料時(shí)，先將骨料和填料干拌15s～25s，再加入熱瀝青一起拌和。瀝青混合料的拌和時(shí)間應(yīng)不少于45s。瀝青混合料的出機(jī)口溫度按150℃～180℃控制。

2.3.4 瀝青混合料的運(yùn)輸控制

拌制好的瀝青混合料采用5輛5t保溫自卸汽車運(yùn)輸至工作面，卸入裝載機(jī)給攤鋪機(jī)入倉。

2.4 瀝青混凝土心墻施工的氣象條件控制

瀝青混凝土施工的氣象條件研究成果見表2。

2.5 瀝青混凝土心墻攤鋪、碾壓施工研究與控制

瀝青混凝土心墻采用分層、全軸線不分段一次鋪筑碾壓的施工方法。

瀝青混凝土心墻采用攤鋪機(jī)機(jī)械化施工，攤鋪機(jī)無法攤鋪部位如基座、兩岸接頭部位，采用人工攤鋪。

2.5.1 人工攤鋪

2.5.1.1 工藝流程確定

測(cè)量放線—基礎(chǔ)面處理（表面清理、干燥、加熱、刷冷底子油和瑪蹄脂）—支立特制鋼?！^度料鋪筑與初步壓實(shí)—人工攤鋪瀝青混合料—抽掉鋼?！^渡料碾壓和瀝青混合料碾壓—鋪蓋氈布—施工質(zhì)量檢查。

2.5.1.2 關(guān)鍵工藝施工過程控制

（1）瀝青混合料入倉

松鋪厚度為28cm，誤差控制在±2cm，碾壓后厚度為25cm±2cm，入倉溫度控制在140℃～170℃。

（2）混合料與過渡料碾壓

①碾壓順序及方法：兩側(cè)過渡料采用2臺(tái)2.7t自行式振動(dòng)碾，瀝青混凝土采用1.5t自行式振動(dòng)碾同時(shí)品字形碾壓，先靜壓2遍后再振動(dòng)碾壓10遍，振動(dòng)碾行進(jìn)速度按30m/min控制。

②碾壓溫度控制：碾壓時(shí)溫度按110℃～150℃控制。

2.5.2 機(jī)械攤鋪

2.5.2.1 工藝流程確定

基礎(chǔ)面處理（表面干凈、干燥）—測(cè)量放線—攤鋪機(jī)同時(shí)攤鋪瀝青混合料和過渡料—人工攤鋪兩側(cè)岸邊擴(kuò)大段瀝青混合料—過渡料碾壓—瀝青混合料碾壓—施工質(zhì)量檢查。

2.5.2.2 關(guān)鍵工藝施工過程控制

（1）混合料攤鋪

瀝青混合料從瀝青拌和站運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場(chǎng)后，卸入改制的3m3裝載機(jī)，由裝載機(jī)給攤鋪機(jī)供料，攤鋪機(jī)行進(jìn)速度按1.2m/min控制。松鋪厚度為28cm，誤差控制在±2cm，碾壓后厚度為25cm±2cm，攤鋪溫度按140℃～170℃控制。

（2）過渡料鋪筑

①填筑順序：心墻瀝青混凝土與過渡料的鋪筑超前壩殼料2～3層，按不高于80cm控制。

②緊貼心墻兩邊50cm寬度過渡料采用瀝青混凝土攤鋪機(jī)布料，其它過渡料緊隨攤鋪機(jī)后人工配合反鏟鋪筑、整平。每攤鋪段采用氈布遮蓋心墻，然后整平碾壓。

（3）心墻與過渡料壓實(shí)控制

用2臺(tái)振動(dòng)碾先靜壓心墻兩側(cè)過渡料，離心墻20cm～30cm寬度和心墻一起碾壓；接著用1.5t振動(dòng)碾碾壓瀝青混凝土混合料。振動(dòng)碾無法碾壓的邊角部位采用手扶振動(dòng)碾碾壓，輔以人工夯實(shí)。振動(dòng)碾壓行進(jìn)速度30m/min，碾壓時(shí)溫度按110℃～150℃控制。

2.5.3 瀝青混凝土施工關(guān)鍵要素控制

2.5.3.1 心墻與過渡料、壩殼料均衡施工控制措施

（1）心墻與過渡層同壩殼填筑料的高差不大于80cm。

（2）瀝青混凝土心墻的鋪筑，應(yīng)盡量減少橫向接縫。當(dāng)必須有橫向接縫時(shí)，其結(jié)合坡度一般為1:3。上下層的橫縫應(yīng)相互錯(cuò)開，錯(cuò)距＞2m。

（3）心墻兩側(cè)4m范圍內(nèi)，禁止使用大型機(jī)械壓實(shí)壩殼填筑料，以防止心墻局部受震畸變或破壞。

2.5.3.2 瀝青混合料的攤鋪控制要點(diǎn)

（1）當(dāng)瀝青混凝土表面溫度低于70℃時(shí)，采用紅外線加熱器加熱，使溫度不低于70℃。

（2）連續(xù)鋪筑2層及以上瀝青混凝土?xí)r，下層瀝青混凝土表面溫度應(yīng)降至90℃以下后方可攤鋪上層瀝青混合料。

（3）瀝青混凝土在入倉后需靜置15min—30min，以便將瀝青混合料中的空氣排出。

2.5.3.3 瀝青混合料的碾壓

（1）瀝青混合料碾壓采用1.5t振動(dòng)碾碾壓，初碾溫度為145℃～155℃。碾壓設(shè)定為：先靜碾（無振動(dòng)）2遍，然后再動(dòng)碾10遍，碾壓完后再靜碾2遍收光。

（2）碾壓過程中應(yīng)對(duì)碾壓輪定期灑水，以防止瀝青及細(xì)料粘在碾壓輪上，振動(dòng)碾上的黏附物應(yīng)及時(shí)清理，以防施工中“陷碾”。

2.6 瀝青混凝土雨季施工控制

2.6.1 預(yù)控措施

（1）在連續(xù)降雨（日降雨量≥5mm）過程中，瀝青混凝土心墻不施工。

（2）當(dāng)有大到暴雨及短時(shí)雷陣雨預(yù)報(bào)時(shí)，做好停工準(zhǔn)備，停止瀝青混合料的制備。

2.6.2 雨天施工主要措施

（1）拌合、運(yùn)輸采用全封閉覆蓋方式。

（2）采用覆蓋等方式進(jìn)行碾壓密實(shí)。

（3）碾壓密實(shí)后的心墻高于兩側(cè)過渡料10mm～20mm，以利排水。

（4）縮小碾壓段，攤鋪后盡快碾壓密實(shí)。

（5）遇雨停工，接頭做成緩于1∶3斜坡，并碾壓密實(shí)。

2.7 瀝青混凝土低溫季節(jié)施工

2.7.1 預(yù)控措施

當(dāng)日平均氣溫在5℃以下時(shí)，屬低溫季節(jié)，瀝青混合料不應(yīng)施工。

2.7.2 低溫季節(jié)的非常規(guī)施工措施

環(huán)境溫度高于-5℃～0℃情況下，在心墻鋪筑現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)移動(dòng)式暖棚，瀝青混合料的出機(jī)溫度按比正常出機(jī)口溫度高5℃～10℃進(jìn)行控制，采用保溫罐運(yùn)輸混合料，采取措施，加強(qiáng)管理，做到及時(shí)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓，盡量縮短作業(yè)時(shí)間。在上述措施有保障的情況下，通過試驗(yàn)，確定各施工參數(shù)，方可鋪筑瀝青混凝土心墻。

3 瀝青混凝土質(zhì)量檢測(cè)分析

3.1 無損檢測(cè)

采用核子密度儀和滲氣儀進(jìn)行無損檢測(cè)，核子密度儀平均密度2.383t/m3，最大值2.415t/m3，最小值2.368t/m3；計(jì)算孔隙率平均值1.51%，最大值2.11%，最小值0.50%；滲氣儀測(cè)定滲透系數(shù)平均值2.98×10-9cm/s，最大值5.62×10-9cm/s，最小值1.18×10-9cm/s。無損檢測(cè)各指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

3.2 取芯檢測(cè)

瀝青混凝土取芯檢測(cè)從鋪筑開始取芯共22次，芯樣各項(xiàng)指標(biāo)全部合格。檢測(cè)平均密度2.404t/m3,最大值2.421t/m3，最小值2.393t/m3；孔隙率平均值0.711%，最大值1.16%，最小值0.33%；滲氣儀測(cè)定滲透系數(shù)平均值3.07×10-9cm/s，最大值3.53×10-9cm/s，最小值2.85×10-9cm/s，指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。。

4 大壩安全監(jiān)測(cè)分析

大壩填筑于2012年6月20日到頂，2013年10月3日開始蓄水，于2013年底投產(chǎn)發(fā)電，2014年6月大壩蓄水達(dá)到初期蓄水1210m高程，通過一年運(yùn)行，安全監(jiān)測(cè)分析如下：

（1）壩體沉降分析：大壩沉降主要發(fā)生在施工期，累計(jì)最大沉降量0.47%，達(dá)到初期蓄水高程，基本沒有新的沉降。

（2）瀝青心墻應(yīng)變位移量（心墻壓縮）分析：累計(jì)最大壓縮應(yīng)變?yōu)?.038，蓄水前變形基本穩(wěn)定收斂，達(dá)到初期蓄水高程后變形很小。

（3）位錯(cuò)計(jì)變形：蓄水前心墻與岸坡位錯(cuò)計(jì)最大相對(duì)變形為-13.1mm，河床位錯(cuò)計(jì)最大相對(duì)變形量為-19.0mm，達(dá)到初期蓄水高程后無明顯變形。

（4）填筑到壩頂時(shí)，心墻-壩殼料測(cè)縫計(jì)（心墻下游側(cè)），蓄水前心墻-過渡料測(cè)縫計(jì)最大位移量為-19.3mm，蓄水后基本無變化。

（5）瀝青心墻溫度達(dá)到最高溫度之后逐漸降低，蓄水前心墻底部最低溫度為12.4℃，心墻頂部目前最低溫度為18.3℃。達(dá)到初期蓄水高程后瀝青心墻溫度沒有明顯變化。

（6）大壩達(dá)到初期蓄水位1210m高程，最大水位變幅45.5m，心墻下游最高滲透水位為1146.9m高程,心墻后壩基最大水位變幅為0.9m，壩基滲流很小。

5 結(jié)語

石門水電站大壩為瀝青混凝土心墻壩，在高寒地區(qū)，且晝夜溫差大，施工時(shí)間短等條件限制下，既要保證工程質(zhì)量，又要保證工程工期，大壩心墻施工質(zhì)量控制即是難點(diǎn)又是重點(diǎn)，對(duì)原材料質(zhì)量控制、施工配合比控制與研究、施工工藝研究與核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究和控制，心墻每天填筑3層，大壩月平均最高填筑強(qiáng)度達(dá)15.42m/月。安全監(jiān)測(cè)信息反饋，大壩蓄水后各種安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收斂穩(wěn)定，運(yùn)行安全，證明采用關(guān)鍵技術(shù)控制措施確保高寒地區(qū)高壩瀝青心墻防滲質(zhì)量?！?/p>