碾压式沥青混凝土心墙坝施工质量控制.pdf

第 5 2卷第 1 期 2 0 1 6年 1 月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 G AN S U WA T ER RE S OUR C ES A ND HY DR OP OWE R T E CH NOL OGY V0 1 ． 5 2． No ． 1 J a n ． ， 2 01 6 施工技 术 碾压式沥青混凝土心墙坝施工质量控制 戴 巍 ( 甘肃省水利水 电勘测设计研究院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 碾压式沥青混凝土心墙坝在世界范围内广泛应用， 也是我国大力推广的一种坝型之一。结合新疆某水库的工 程实践 ， 从原材料、 施工机械设备、 沥青混合料拌和、 心墙施工方法、 温度控制及低温季节的防护措施等方面， 简要总 结了碾压式沥青混凝土心墙坝的施工质量控制经验。 关键词： 沥青混凝土心墙； 碾压式沥青混凝土； 温度控制； 低温季节施工 中图分类号 ： T V5 1 2 文献标志码 ： B 文章编号： 2 0 9 5 - 0 1 4 4 ( 2 0 1 6 ) 0 1 - 0 0 5 7 - 0 3 1 工程概 况 新疆某水库是以农牧业灌溉为主兼顾发电的综 合性水库 ， 总库容为 5 2 3 4万 m ， 其 中： 死库容 1 5 0 万 m ； 兴利库容 4 7 2 2万 m。 ； 调洪库容 3 6 2万 m 。 工 程等别为Ⅲ等中型工程 ， 大坝为沥青混凝 土心墙砂 砾石坝 ， 坝顶高程 1 4 9 6 ． 8 n l ， 坝顶宽度为 8 m， 防浪 墙顶 高程 1 4 9 8 ． 0 m， 墙高 2 ． 3 m， 坝顶 以上墙 高 1 ． 2 m； 坝 顶 长 度 为 6 0 7 m， 最 大 坝 高 5 9 ． 6 m。上 游 l 4 6 2 ． 0 m高程以上坝坡 1 ： 2 ． 5 ，以下坝坡 l ： 2 ． 7 5 ； 下 游坝坡 1 ： 2 ． 0， 在 1 4 7 7 ， 0 m、 1 4 5 7 ． 2 m高程分别设置 宽 2 ． 0m、 3 ． 0IT I 的水平马道 。上游坝坡采用 C 2 5砼 护坡 ， 护坡厚 0 ． 2 m： 下 游坝坡采用 砼 网格 干砌 块 石护坡 ， 护坡厚 0 ． 3 m。坝体填筑分 区从上游至下 游分 为垫层 区 、 上 游砂砾 料 区 、 上游 过渡料 区 、 沥 青混 凝土心墙 、 下 游过渡料 区 、 下游砂 砾料 区 、 下 游排水棱体 。 沥青混凝 土心墙采用垂直布置 ， 将墙体轴线偏 向上 游侧 ， 以便与坝体 防浪墙连接 ， 轴线距坝轴线 2 ． 3。m。确定 厚度 由顶宽 0 ． 6 m 台阶式渐变 至底宽 0 ． 8 m， 与基座连接处厚 由 0 ． 8 m渐变至 2 m， 顶高程 1 4 9 5． 70m 。 2碾压式沥青混凝土心墙的优点 沥青混凝土心墙作为填筑坝的防渗系统在世界 范围广泛应用 ， 成为重要的坝型之一 。沥青混凝土 心墙具有 良好的适应变形的能力 、 抗震性能 、 抗冲蚀 能力 、 抗老化能力及整体无须设置结构缝等优点 ， 因 此 ， 可在任何气候条件下和任何海拔高度使用 。理 论分析和工程实践均表明。 沥青混凝土心墙坝的安 全性高 ， 是一种极具发展潜力的坝型。 3 原 材料 及 配合 比 3 ． 1原 材料 组成 ( 1 ) 沥青 ：沥青混凝土防渗体要起到全面防渗 作用 ， 在耐老化 、 抗裂 、 适应变形等方面。 水工石油沥 青应有更高的质量要求 ， 本工程选用 7 0号( A级) 道 路 石油 沥青 。 ( 2 )粗细骨料 ： 本工程 粗 、 细骨料均采用 人工 破碎的天然砾石 ， 骨料最大粒径 D 取 1 9 m m。经 筛分加工 ， 粗骨料粒级分别 为 9 ． 5 I 9 i n m、 4 ． 7 5 9 ． 5 m m、 2 ． 3 6 - 4 ． 7 5 m m， 细骨料 为人工砂( 粒径为0 ． 0 7 5 2 ． 3 6 mm) 。 ( 3 ) 填料 ： 由于采用的粗骨料系酸性骨料 ， 考虑 到原材料计量等工序的增加 ，以及工程当地制备石 灰石粉难以保证质量要求的情况，故决定采用普通 硅酸盐水泥作填料 。经试验论证及工程实践证 明 ． 此法可增强沥青与骨料的粘附性，叉能保证填料 的 技术性能满足规范要求。 3 ． 2 配 合 比 根据试验室多次试验 ，最终确定 了适用于本工 程的沥青混凝土配合 比( 表 1 ) 。 4沥青混凝土心墙施工质量控制 4 ． 1 沥青混凝土心墙基座处理 该工程 沥青 混凝 土心墙坐落于混凝土基座之 上 ， 混凝土强度 C 2 5 。 沥青混凝土与基座混凝土结合 面处理是将基座表面浮浆 、乳皮、粘着物等清除干 净 ， 再打毛并用高压风吹干净 ， 潮湿部位用液化气喷 灯烘干 ，保持混凝土基座表面干燥。然后在基座表 面喷涂两层稀释沥青 ( 冷底子油) ，配 比为沥青： 汽 油= 3 ： 7或 4 ： 6 。稀释沥青要涂刷均匀 ， 不得遗漏。待 收 稿 日期 ： 2 0 1 6 一 O l 一 0 4 作者简介： 戴~( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 甘肃兰州人， 助理工程师， 学士， 主要从事水利水电工程设计、 施工， E 。 m a i l ： d a v i d s k y w a l k e r @q q ． c 0 m 。 2 0 1 6年第 1 期 甘肃水利水电技术 第 5 2卷 稀 释沥 青充 分挥 发 、 干涸 ， 再 在稀 释沥 青上 均匀 摊铺 一 层 2 e m厚的砂质沥青玛蹄脂 ．配 比为沥青： 水泥： 砂 = 1 ： 2 ： 2 。 4 ． 2温 度控 制 选择合理的温度控制指标是处理施工质量和进 度 的关键 。沥青混凝土的生产温度需严格控制 。 温 度太高 。 容易引起沥青老化 ， 温度太低 。 拌和效果会 受到影响。该工程经过现场试验分析并参考已建工 程后 ， 最终确定沥青加热温度宜控制在 1 5 5 ～ 1 6 5℃： 沥青混合料出机 口温度宜控制在 1 5 5 ～ 1 7 5℃之间 ： 入仓温度宜为 1 4 0 — 1 6 5℃：初碾温度在 1 3 0 ～ 1 4 0℃ 之间 ； 终碾温度在 l 1 0 ～ 1 2 0℃之间。 4 ． 3 拌 和 过程 的计量 控制 本工程采用强制间歇式拌和站制备沥青混合 料 ，相对连续式拌和站配料精度较高。施工中沥青 混凝土的骨料级配 、 沥青含量 和周 围环境等因素都 直接影响沥青混凝土的力学和变形性能。沥青混凝 土是否按照配合 比拌和 ， 是沥青混凝土质量控制的 重点 。在沥青混合料生产前 ， 应对拌和设备的称量 系统的精度进行检测， 拌和时 ， 应严格按照配合 比配 料 ， 并及时 以抽提试验结果来调整配合 比。 4 ． 4施 工过 程控 制 通过对 已建工程的参考和对本工程 的现场试 验 ， 确定出沥青混凝土摊铺厚度 、 碾压遍数 、 碾压方 式 、 碾压温度及机械设备等施工参数 ， 从而保证沥青 混凝土的物理力学性能和施工质量。 ( 1 ) 人工摊铺。在沥青混凝土心墙与混凝土基 座连接的扩大段( 2 n l 高范围) 及岸坡连接的部位采 用人工摊铺 ， 其余部位采用机械摊铺 。施工顺序为： 施工准备一测量放线一安装模板一 摊铺过渡料一 沥 青混凝土人仓一人工摊铺均匀一抽出模板一过渡料 碾压一沥青混凝土碾压一过渡料补碾。 ( 2 ) 机械摊铺。沥青混合料的摊铺采用专用心 墙联合摊铺机 ， 主要由沥青混合料料斗 、 过渡料仓 、 活动模板 、 监视系统及机械驱动系统等几部分组成。 该设备的前部安装有摄像头 ， 可以较精确地控制摊 铺机沿设定 的方向前进。施工顺序为 ： 施工准备一 结合面清理一测量放线一沥青混凝土和过渡料卸人 摊铺机一摊铺机摊铺沥青混凝土和过渡料一过渡料 碾压一沥青混凝土碾压一过渡料补碾。 ( 3 )沥青混凝土铺筑 ： 厚度为 3 0 c m， 采用 1 ． 5 t 振动碾进行碾压 ， 先静碾 ， 再动碾 ， 碾压速度控制为 2 0 ～ 3 0 m ／ rai n ； 碾压遍数为 2遍( 静碾) + 8 遍 ( 动碾) + 2遍 ( 静碾 ) ， 碾压顺序为先静碾过渡料一遍 ， 后同时 碾压过渡料和沥青混凝土 ，最后贴缝碾压。心墙两 侧过渡料铺筑厚度为 3 0 C 1 T I ， 采用 3 t 振动碾进行碾 压 ， 碾压遍数为 2遍 ( 静碾 ) + 8遍 ( 动碾 ) + 2遍 ( 静 碾 ) 。心墙两侧过渡料压实后的高程应略低 于心墙 沥青混凝土面 ， 以利于心墙层面排水。 5层 面处理 ( 1 ) 在 已压实的心墙上继续铺筑前 ，应将结合 面清理干净。对局部不能清除干净 的部位 ，采用液 化气喷灯对沥青t 昆 凝土表面进行加温 ，使其软化后 铲除。对沥青混凝土的加温不能过高 ，已防止沥青 老化 。 ( 2 )当沥青混凝土心墙层面温度低于 7 0℃时 ， 摊铺覆盖前应将层面加热至 7 0℃以上。 施工规范中 建议使用远红外线加热器进行加热，但根据现场实 际情况 ，远红外线加热器的效果不十分理想 ，经实 践 ， 将加热 的砂石骨料 ( 可加热 至 1 8 0 o 《 = 左右 ) 覆盖 至心墙层面 ， 其上再覆盖棉被的方式进行加温 ． 效果 较理想。 ( 3 ) 对 于碾 压完 成 后 的心墙 层 面 ，要 及 时 覆盖 帆布保护 ， 防止层面被浮土等杂物污染 ， 各种大型机 械也 不得 跨越 心墙 ， 以避 免对 心墙 造 成扰 动和破 坏 6 冬季低温季节的施工质量控制 当 日平均气温在 0 以下时， 属低温季节， 沥青 混凝 土不宜施工 ； 气温虽在 5 ～ l 5 o 《 = ， 但风速不大于 4级时 ， 同样不宜施工。在低 温及风速较大 的环境 下 ， 沥青混凝 土温度散失较快 ， 尤其是表面与外部 低温环境接触部位 ， 温度损失更快 ， 容易造成碾压 和层 问结合不密实 的问题 ， 影响施工质量。当必须 在低温季节施工时 ，需 采取有效措施保证施 工质 量 。 ( 1 ) 合理安排施工时段 ，选择环境温度在 5 c c 以上的时段进行施工 ，尽量避免在低于 5 的环境 下 施工 。 ( 2 ) 因环境温度过低时 ，沥青混凝土表面温度 第 1 期 戴 巍 ： 碾压式 沥青 混凝 土心墙坝施工质量控制 第 5 2卷 散热较快 ， 会形成表面薄壳 ， 从而影响碾压质量。故 对沥青混凝土在出仓运输 、 入仓碾压及碾压后等各 个环节及时做好保温处理。 ( 3 ) 虽然新人仓的高温沥青混凝土会将下层心 墙表 面进行加热 ， 但其影响深度仅 2 ～ 3 e m， 之下 的 沥青混凝土温度依 旧偏低 ， 存在薄弱面 ， 故心墙层面 温度必须采取有效措施加热至 7 0℃以上 ， 从而保证 上下层沥青混凝土的结合质量。 ( 4 ) 关于沥青混凝 土心墙越冬 的保温措施 ， 应 根据当地冬季 的气温 、 气候 和冻土层厚度等实际情 况 ， 制定切实可行的保温措施 ， 保证在第二年春季复 工时． 心墙表面温度不致于过低 ， 对工程质量造成影 响。本工程参考其他工程实践及经验 ， 采取 的越冬 措施 为：心墙上覆盖帆布+ 电热毯+ 棉被+ 2 ． 5 ~ 3 ． 0 m 厚砂砾石料 ( 大于 当地冻土层厚度 ) 。同时 ， 心墙表 面埋设一些数显温度计 。 随时检测心墙温度 ， 使沥青 心墙的表面温度保持在 2 0 ～ 3 0℃。 7雨雪天气的施工质量控制 ( 1 ) 及时关注天气预报 ( 降雨 、 降雪 ) ， 提前做好 停工准备 。若 冒雨( 雪) 施工 ， 部分降水会进人沥青 混凝土 中无法汽化 ， 导致新 旧沥青混凝土层间不能 结合 ， 形成渗漏通道 。 ( 2 ) 如施工过程中遇降雨或降雪时 ，应立即覆 盖防水布， 摊铺后尽快碾压。 ( 3 ) 雨 ( 雪 ) 后复工前 ， 应采取有效措施 ， 使层面 干燥 ， 保证层间紧密结合。 8 施工过程中需要注意的问题 ( 1 ) 心墙碾压完毕后 ，施工人员要仔细观察心 墙表面的返油情况 。实践经验表 明， 若沥青混凝土 级配 良好 ， 温度等指标合格时 ， 刚碾压完后的心墙表 面发软 ， 呈软塑性质 ； 若心墙表面发硬发毛 ， 现场观 察返油效果不佳时 ， 说明沥青混合料存在问题 ， 可能 是骨料级配不 良或有风化料 ；施工人员应立即停工 检查 ， 查明原因 ， 方可复工。 ( 2 ) 碾压过程 中， 心墙表面返油后又失油 ， 可能 是内部骨料架空造成 ，碾压时沥青混凝土表现为偏 硬。出现上述情况时， 应立即停止施工 ， 重新对配合 比等方面进行检查 ，待查明原因并调整相应施工参 数后 。 方可复工。 ( 3 ) 低温季节施工 时 ， 沥青混合料在拌和过程 中， 出机 口温度宜取上限值 ， 但骨料温度不宜加热过 高 ， 当沥青遇到温度过高的骨料后 ， 沥青易老化 。 从 而影响沥青混合料的质量。 ( 4 ) 在沥青混凝土与心墙混凝 土基座结合处 ． 沥青玛蹄脂涂刷完成后 ， 表面尽量不覆盖， 其上的浮 土在施工前清扫干净即可。不宜采用塑料布覆盖 ， 若在施工前施工人员无法将塑料布清理干净 。将会 造成夹层 ， 影响心墙与基座接触部位的质量 。 ( 5 ) 沥青混凝土心墙宜全线宜保持同一高度施 工， 以避免横缝 。当无法避免横缝时， 其结合坡度宜 不陡于 1 ： 3 ． 坡面应压实。上下层横缝应错开 2 m 以 上距离， 未经压实的横缝斜坡应予铲除。 参考 文献 ： [ 1 ]覃新闻， 黄小宁， 彭立新， 等． 沥青混凝土心墙设计与施工 [ M] ．北京： 中国水利水电出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 ]S L 5 1 4 — 2 0 1 3 ， 水工沥青混凝土施工规范[ S ] ． [ 3 ]韦伯文， 王文进， 余梁蜀． 沥青混凝土心墙施工质量控制 [ J ] ． 电网与清洁能源， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 1 0 ) ： 5 2 — 5 5 ． ( 上接 第 5 1页) 彭原村为 1 4 ． 0 5万 m’ ， 年售水收入为 2 2 ． 9 4万元 ；肖金村为 4 ． 8 9万 m 3 ，年售水收人为 8 ． 1 9 万元 ；温什村为 1 7 ． 5 2万 m 3 ，年售水收入为 3 1 ． 1 3万 元。年售水总收人为 6 2 ． 2 6万元。 3 ． 3 居 民负担能力分析 本项 目建成 以后 ，彭原村年供水量 可达 l 4 ． O 5 万 m ， 服务人 口9 0 0 0余人 ， 年人均用水量 2 0 ． 3 t ； 肖 显村年供水量可达 4 ． 8 9万 m 。 服务人 口 1 5 6 5人 ， 年 人均用水量 2 0 ． 3 t ： 温什年供水量 1 7 ． 5 2万 m ] ， 服务 人 口 1 2 6 8 5人 ． 年人均用水量 2 0 ． 3 t 。 根据相关统计资 料 ， 项 目区人均年收入约 1 5 0 0元 ， 执行水价采用经 营成本并考虑 1 0 ％的利润 2 ． 1 3 元／ t 。 居民的负担能力 为 ： 2 ． 1 3 ~ 2 0 ． 3 ／ 1 5 0 0 -- - 0 ． 0 2 9 = 2 ． 9 ％。由此可以看出居民 的负担能力为 2 ． 9 ％， 小于居民的最大负担能力 5 ％。 4结语 通过测定可 以看出项 目区内的饮水不安全类别 为水量不达标 、．用水方便程度不达标和水源保证率 不达标 。虽然部分群众 的饮水问题通过人饮解困等 项 目解决 ，但大部分远离行政村供水点的自然村群 众饮水安全仍无法得到解决，必须补充新的水源提 高水源水量及保证率 ， 修建新的水厂， 并敷设至各 自 然村供水点的配水管网。才能从根本上解决群众的饮 水安全 。该项 目的实施建设对保证当地群众的饮水 安全， 进一步提高健康水平 ， 减少医疗负担 ， 解放农村 劳动力和增加劳务收入具有重要意义。同时 ， 该工程 的建设既能满足农村生产 、 生活用水需求 。 又能带动 农村环境卫生得到改善和农村经济的快速发展． 对 当地群众实现脱贫致富奔小康奠定了重要基础