阳离子乳化沥青在天生桥一级水电站面板坝垫层料边坡保护中的应用.pdf

第2 8卷水利水电技术1 997年第12期阳离子乳化沥青在天生桥一级水电站面板坝垫层料边坡保护中的应用关方平德涂扬举(中国人民武装警察部队水电第一总队)【摘要】经方案比较,天生桥一级面板坝垫层料边坡保护采用阳离子乳化沥青喷护,在试验的基础上,针对不同高度,分别采用 两油一砂(先喷一层乳化沥青,加洒人工砂,再加喷一遍乳化沥青)和两油两砂加抖坡碾一遍(喷护洒砂一再喷护再洒砂碾压一遍).施工中严格按照施工程序和工艺进行喷护,效果良好.实践证明,乳化沥青喷护垫层料具有成本低、施工速度快、施工干扰小等优点,值得推广.【关键词】乳化沥青垫层料保护试验应用天生桥一级电站位于广西壮族自治区与贵州省交界的南盘江干流上,距上游支流黄泥河上已建成的鲁布革电站约6 2km,距下游已发电的天生桥二级电站约7km,水库库容1 02.6亿m“,为红水河梯级开发的龙头电站.该电站大坝设计 高度17 8m,由于地质原因实际开挖后填筑高度18 3m,需要保护的垫层料边坡近1 8万mZ,是 当前 在建的世界上最大面积的垫层料边坡.对于这样大的垫层料边坡,国内外目前采用的保护方式多种多样,主要有喷砂浆保护、抹砂浆保护、碾压砂浆保护及喷乳化沥青保护等.国内常用的方法是喷砂浆、抹砂浆、碾压砂浆保护等,而国外(尤其是南美国家)则主要采用喷乳化沥青进行保护.由于喷、抹、碾压砂浆存在造价高、施工麻烦,施工速度慢等缺点(较喷乳化沥青而言),我部科技人员在认真听取国外专家的意见,充分调查的基础上,会 同管理、设计、监理等人员进行试验,决定在天生桥一级面板堆石坝垫层边坡上采用C FL阳离子乳化沥青进行保护,这也是我国高面板堆石坝首次采用该项技术.1乳化沥青材料性能乳化沥青是一种含水的沥青材料,它采用标准的优质沥青和橡胶胶乳树脂等高分子聚合物改性,加热至流动状态,再经高速离心、搅拌及剪切等机械作用,从而使形成的细小微粒(粒径2一5拼m)分散在乳化剂的水中,在常温下呈流动状态.其主要技术指标如表1所列.表1乳化沥青 主要技术指标项项目目指标标筛筛上剩余量/%0.3 3 3电电荷荷+拌拌和稳定度度中裂裂孚孚L化沥青标准粘度C昼5/s s s1 23 0 0 0蒸蒸发残留物/%不小于5 5 5 5蒸蒸发发针人度(25.czo og、5 9)/1 0一m m m m)20 0 0残残留物物延伸度(2 5)/em m m)9 7.5 5 5性性质质溶解度(三抓乙烯)/肠肠肠贮贮存稳 定性/写写CHS S S5 5 5C C C C CHI I I1 1 1粘粘 附性试验验2/3乳化沥青材料的主要优 点是:(1)冷态施工,节约 能源,粘稠 沥青通常要加热至16 0一18 0C施工,而乳化沥青却可冷态施工,现场无需加热设备和能源消耗;(2)施工方便,乳化沥青不仅与干集料有 良好的粘附性,而且可与潮湿集料粘附,我们选用的CFL阳离子乳化沥青含水粘度低,和易性好,易 干拌和或喷涂,减轻了劳动强度,降低了劳动消耗,并且在无降水条件下只要环境温度高于SC便可施工;(3)保护环境,保 障健康,乳化沥青无需砌 炉,支锅、盘灶、熬油等工作,因而不 污染环境,同时避免了操作人员烟熏火烤及受沥青挥发物毒害.用的人工砂,应坚硬干燥洁净,坡面应均匀无泥土杂质,需检验含水量上下是否一致,检查调试好洒播机;(2)试验垫层料边坡表面应平整密实,无松散现象,边坡喷护层要保持稳定且有一定承载力,如果边坡喷护层完工时间较长,表面过分干燥,应对其进行清扫,并在其表面少量洒水,待表面干后喷护.第第第第第第第第第阶阶阶阶阶阶阶四四段段段段段段段阶阶段段段段段段2喷护试验由于乳化沥青在面板堆石坝垫层料边坡保护中的应用在国内尚无资料,尤其是在天 生桥这样高面板堆石坝上应用更应慎重,因此,我们在正式施 工之前制定了详细的试验计划,并进行了多次认真的试验.由于条件限制,只对乳化沥青的粘附性,蒸发残留物及其性质,粘度等进行了试验,其试验结果是令人满意的,均符合技术要求.2.1规划试验场地为了使中间试验条件与现场相符,试验场地选 择 在 紧靠面板坝 边坡区域,用 垫 层料(IA料)堆筑一个填筑体,施工方法同设计要求的亚A垫层料施工方法,其尺寸如附图所 示(附图(a)中,第一阶段乳化沥青采用低用 量,喷护一遍;第二 阶段乳化沥青采用中用量,喷护二遍;第三阶段,乳化沥青采用高用 量,喷护三遍;第四阶乳化沥青采用中用 量 加砂,喷护二遍.).在边坡填筑好后,要削去表层。.sm的松散料,用 1 0t碾压机械碾压,2次不振动,4次振动(由下 而上),由于当时条件限制,碾压机械未能到位,所以坡面使用人工铁杆和 木杆击实.2.2喷护试验2.2.1试验前的准备工作试验前的准备工作包括:(1)应检查工 程 所用的骨料,不宜用轻质材料、页岩等,对 于所使(a)立视5.0效引 冰(b)标 准断面附图垫层料边坡喷护试验示意(单位:m)2.2.2试验内容试验内容包括:(l)检验乳化沥青在不同喷护程序下对边坡的保护质量情况;(2)检验不同喷护程序所需的乳化沥青量,以确定最佳用量;(3)检验乳化沥青在碾压后坡面的渗透深度.2.2.3试验方法喷护坡面分4段进行,第一段为喷一遍乳化沥青至 开始 流淌为止(一油);第二段为喷两遍乳化沥青,待第一遍干 后喷第二遍(二油);第三段为喷三遍乳化沥青,待前二遍干后喷第三遍(三 油);第四段为喷一遍乳化沥青加洒一层人工砂,再加喷一遍乳化沥青(二油一砂).2.2.4试验成果待喷护 的乳化沥青干 后(约Zh、2 0C),进行破坏性试验表明:只喷一遍的乳化沥青满足不了施工要求;只喷两遍的乳化沥青遇到人踏(故意踢)或滚石或铁锹等硬物碰击时出现少量破损;喷三遍的乳化沥青表面无损;喷两油一砂的边坡只有当遇到坚硬物碰击时才出现少许破坏,而以上4种情况均不会因水冲产生使边坡破损的现象(见表2).表2试验结果序序号号方式式耗油量量水冲冲滚石石人工踏踏 渗透度度/kgm一 2 2 2 2 2 2 2 2 2/mm m ml l l l l一油油1.5 5 5无损损局部损损少许损损1,4 4 42 2 2 2 2二油油2.9 9 9无损损少许损损极少损损2.6 6 63 3 3 3 3三油油3.5 5 5无损损无损损无损损3O O O4 4 4 4 4两油一砂砂3.1 1 1无损损无损损无损损损2.3现场试验中间试验的成果给施工提供了可靠而经济的喷护程序,即采用两油一砂.为了在施工 现场更好地应用中间试验的成果,在正式施工之前,又在垫层料斜坡碾压好的部位进行了试验,以最终确定各种参数,从而指导施工.此次试验除选定的两油一砂喷护程序外,还增加了两 油 两砂加斜坡碾一遍(即喷护书洒砂分再喷护分再洒砂分碾压一遍),其试验结果如表3所列.现场试验再次证明,以上选择 的喷护程序是可行的.表3现场试验结果喷喷护程序序水冲冲滚石石人工踏踏耗油量量/kgm一2 2 2两两油一砂砂无损损无损损无损损3.4 4 4两两油两砂砂无损损无损损无损损3.4 4 43.2喷护施工情况喷护前先将坡面松散细料用扫帚自上而下清扫一遍,然后将有关喷护设备运至工作面坝顶.喷护作业需乳化沥青洒播机2台,专业操作手1 5一2 0人.乳化沥青为桶装成品液体,由货车运至需喷护工作面坝顶,将乳化沥青倒人 喷射压力罐 中或直接将吸管插人成品桶 中,用 高压钢丝软管将 喷嘴与洒播机相联(长度一般在2 0一1 20m m),洒播机置于坝顶平台上,启动洒播机加压后,乳化沥青便通过高压钢丝软管经喷嘴均匀地喷洒在垫层料边坡上,其喷洒量大小可通过喷嘴开关来调节.在喷护过程中,操作手始终要系安全带,然后通过安全绳牵至坝顶埋设的安全锚上,由坝顶人员根据喷护情况 收松,以确保喷护人员 的安全.喷护的方式是:先划出一定范围的条带,然后由上而下喷护,在第一层喷护未凝固之前,将已喷护的表面用人工砂均匀地洒一层,待凝固后,用扫帚清扫一遍,按同样办法再喷第二层.喷护队伍严格按照施工程序和施工工艺进行喷护,取得了很好的效果,其喷护之及时,喷护方法之简单,喷护速度之快(最多 达200 0m,/d),是其他手段无法比拟的.3施工情况3.1施工工序及范围施工时段选择在垫层料坡面修坡碾压 后进行,喷护范围为整个天 生桥一级大坝上游坡面垫层料(亚A料)填筑边坡.其工序为:(1)垫层料边坡高程68 0.0 0m以下,由于喷护 后 及时浇筑混凝土且不是汛期,受雨水冲刷少,故采用两油 一砂,该段总量为3万mZ左右;(2)垫 层料边坡68 0.0 0一7 25.0 0m高程,由 于按设 计要求在汛期要挡水,且长时间受雨水冲刷,因此采取的施工 工序为两油两砂,该段总量 约4.3万m,;(3)垫层料边坡72 5.0 0m高程以上 的施工工序到时根据施工情况试验确定,其总量约10.8万r n2.4结语天生桥一级水电站至今已进行了大量的喷护,所喷护的一期面板也于1997年5月初浇筑完成,实践证明,乳化沥青喷护垫层料边坡基本上是成功的.其优越性体现在以下几方面:(l)降低了成本,采用阳离子乳化沥青喷护垫层边坡,与喷、抹、碾砂浆防护措施相比,可节约成本5元/mZ左右,其经济效益是显著的;(2)施工速度快,采用阳离子乳化沥青喷护,最快时每一台可喷护50 0一100 0mZ/h(不含准备工作),这个速度是采用其他施工方法无法比拟 的;(3)施工工序简单,配合人员 少,由于施工单位改进了喷护设备,无需拌和设备及配合人员,也不存在称量配 比问题,只需将成品料桶运至现场,将洒播机吸管放人桶内,接上耐压软管便可喷护,施工 极为简便;(4)施工干扰小,由于喷护乳化 沥青存在速度快、施工程序简单等优点,便可在施工中做到“见缝插针”,施工干扰极小,基本不用安排专门时间喷护;(5)施工表面平整,为后续面板混凝土浇筑质量提供了有力的保障,由于喷护乳化沥青不存在摊铺等问题,也就克服 了表面起伏不平整的缺点,并且,由于乳化沥青喷护较砂浆相比大大减少了对混凝土底面的约束力,从而改善了混凝土面板的受力条件,可减少混凝土产生裂缝的可能性,一期混凝土表面施工后极少裂缝也证明了这一点.通过实践,我们注意到如下值得改进的方面:(l)喷涂乳化沥青和碾压应相结合,由于天生桥一级面板坝在高程6 80.0 0m以下喷护是一个临时措施,在施工中只要求喷一层乳化沥青,洒一层砂子,再喷一层乳化沥青,而未进行碾压,因而在实际应用中抗冲击力较差,出现在搬运钢筋及其他设备过程中时有坡面被破坏现象,因此在斜面上喷了乳化沥青,洒了砂子后,应再碾压 一次;(2)施 工中应防止喷护坡面过长,由于多方面的原因,在施工中曾出现达14 0m长 的喷护坡面,这就大大加长了管子长度,从而造成堵管、卡管,给施工带来困难;(3)冬季施工应降低乳化沥青的浓度,由于厂家提供的是同一浓度的乳化沥青(后来有所改进),在温度 较高时喷护十分顺利,而有时在温度较低的夜晚则常出现堵管现象,从而 影响施工,因此,有必要针对不同季节,不同温度配制不同浓度或不同破乳时间的产品.总之,阳离子乳化沥青喷护在天生桥一级水电站面板坝垫层边坡防护中的应用是成功的,效果也是 明显的,随着这项技术的不断完善,必将在我国 面板坝工程中得以广泛应用.,本 文得到了西 北混凝土外加剂公司刘运动、邓宏伟同志的大力帮助,在此表示感谢.(收稿日期:1 9 97一。8一25责任编辑陈小敏)宏伟的工程厉史的丰碑3 0年来,在艰苦的水 利水 电施工中,武警水 电第一总队以艰 苦奋斗、无私奉献的精神动力,战江河、筑大坝,在大江南北、长城 内外撒下了一串串“夜明珠”,不仅为国家的工农业生产 提供了强大的电 力,而且 为祖国的锦绣山河编织了一幅幅美丽 的风景 图画.1 966年部队组 建时承担了四川省汉川映秀湾水电站,1971年参加了湖北 省宜 昌葛洲坝水电站 初期工 程施工,19 73年承担了河北省迁西潘家口水库工程建设,1976年唐山大地震后,部队迅速抵达灾区,成为最早抵达灾区的部队之一,谱写了一 曲人民军队为人民的赞歌.1981年承担了天生桥二级水电站的建设.与此同时,还积极 支援地方工程建设,参与了陕西省略阳屯电厂铁路隧洞施 工,甘肃省 白龙江水 电站截流,吉林省白山、云峰和青海省龙羊峡水电站及广西龙滩水电站地质勘探等工程施工;参加了北京饭店、首都机场、外交公寓、清华大学的营建和原水电部人防工程等2 8个市政点施工.尤其在引滦入津龙头工程潘 家口1O水 库施工中,曾创造了提 前一年截流、提前一年蓄水、提 前一年发电、节约投资500 0万元的优异成绩,获得水电部、国家经委和中华全国总工会颁发的金质奖章,并 提前一年完成了引滦人唐工 程,为解决京、津、唐地区的用水困难作出了突出贡献.在天 生桥二 级水电站 施工中,广大指战员团结奋斗、顽强拼搏,与大自然展开了一场殊死 度战,闯溶洞、过暗河、战塌方、治涌水,战胜了各种复杂恶劣的地质条件,在80 0m地质深 处,贯通了三条总长3 0k m、直径1 0.sm的引水隧洞,治理了38 0m被称为世界水电建设史上 最高的高边坡,终于在19 92年1 2月2 2日迎来了首 台机组发电的曙光,一年以后,#2、#3、”4机组 也相继发 电.与此 同时,又承担了 天生桥一级水电站主体工程的建设,在一、二级 水电站的建设中,不仅战胜了大 自然 的严峻挑战,而且创造了艰苦奋 斗、无私奉献 为主要内容的“天生桥精 神”,赢得了党和人民的信赖和支持.