高寒地区沥青混凝土心墙砂砾石高坝关键技术控制措施.pdf

施工技术 高寒地区沥青混凝土心墙砂砾石 高坝关键技术控制措施 常明云 ( 大唐 呼图壁 水力发 电厂 新疆 呼图壁8 3 1 2 0 0 ) 摘要石f 3 水电站大坝为沥青混凝土心墙砂砾石当地材料坝， 最大坝高 1 0 6 m， 工程所处位置为高寒地 区， 极端 最低 气温 一 4 0 4 O ， 最高气温 3 9 1 0 ( 2 ， 昼夜 温差大 ， 平均温差达 1 5 0 q C 2 0 0 C， 且地质 构造复杂。 通过对高寒地 区 1 0 0 m 以上沥青混 凝土心墙 高坝的原材料 、 施 工优化 配合 比、 施工工 艺等关键技术研究与控制，加强安全监测信息反馈 与处理 ，大坝月平均最高填筑强度达 1 5 4 2 m月。2 0 1 2年 6月大坝填筑到坝顶高程， 2 0 1 3年 1 0月大坝开始蓄水、 同年底投产发电， 2 0 1 4 年 6月大坝 蓄水到初期蓄 水高程 1 2 1 0 m。 对大坝蓄水前后安 全监 测分析 ， 安全监测数据 收 敛稳定， 大坝运行安全， 目前充分发挥 了较大灌溉和防洪效益， 对关键控制技术措施进行总结， 可供类似工程参考。 关键词 沥青混凝土心墙高坝； 关键技术控制； 安全监测信息 中图分类 号 ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B 1工 程概 况 石门水电站枢纽由沥青心墙砂砾石坝、右岸泄洪系统 、 左 岸引水系统、 地面厂房等组成。 工程所处位置为高寒地区， 极端 最低气温 一 4 0 4 0 C， 最高气温达 3 9 1 0 。沥青心墙坝坝顶高程 1 2 4 3 0 0 m， 最大坝高 1 0 6 0 0 m， 坝顶全长 3 1 2 5 1 m ， 坝顶宽 1 0 m， 坝体最大底宽约 3 9 2 m 。 坝体上游坝坡为 1： 2 2 ， 并于 1 2 1 0 0 0 m 高程设置 3 m宽马道； 下游坝坡为 I： 2 0 ， 其构造见图 1 。 2沥青混凝土心墙关键技术控制措施 2 1 沥青混凝土原材料选择控制 2 1 1 沥青 通过实验和经济性研究，大坝心墙采用的沥青为 9 0号道 路石油沥青 ， 针入度指标( 2 5 0 1 2 ， 1 0 0 g ， 5 s ) 6 08 8 ( 0 1 mm) ； 延 度( 5 e r r d mi n ， 1 5 0 E) 1 0 0 e ra， 延度( 1 e m m i n ， 5 0 ) 1 0 c m； 软 化点( 环球法 ) 4 8 0 ( 2 5 5 0 C； 溶解度( 三氯乙烯 ) 9 9 0 ， 脆点 一 1 0 0 C， 闪点( 开口法) 2 6 0 0 C； 含蜡量( 裂解法) 2 。 2 1 2 碱性骨料 沥青混凝土砂石骨料选用石灰岩块石， 经破碎、 筛分获得， 主要控制指标如下 ： ( 1 )粗骨料质量技术控制指标 ： 2 3 6 mm 1 9 ram， 与沥青黏附性 I4级 ； ( 2 )中细骨料质量技术控制指标 ： 2 3 6 mm O 0 7 5 mm， 水稳定等级6 级 ； 2 1 3填料 填料选用石灰岩加工， 粒径小于 O 0 7 5 mm。 2 2配合比设计成果研究 本工程沥青混凝土配合比先在实验室对稳定性 、挠曲性、 不透水性和施工和易性进行了研究和设计， 经过生产性试验对 实验配合比进行验证和调整， 确定最优施工配合 比， 配合 比实 验成果见表 1 。 2 3沥青混合料的制备和运输控制 2 3 1 拌和站选择研究 经计算沥青混凝土拌和强度为4 3 3 t h ， 选 Y Q L m0 0 0型沥 青混凝土拌和机， 生产能力为 6 0 t h 一 8 0 t h 。 2 3 2原材料加热 沥青加热 ：沥青采用导热油间接加热 ，沥青脱水温度按 图 1 沥青混凝土心墙砂砾石坝横剖面示意图 粗 骨料粒 径范围为 表 1 沥青混凝土最优施工配合比成果表 细骨料粒径范围为 ( 3 )砂 石骨料指标均 满足 水 工混凝 土施 工规范 ( D I 5 1 4 4 2 0 0 1 ) 的质量要求。 各种骨料比例 材料 1 9 ram 9 5 r am 4 7 5 ra m 矿粉 油石比 备注 9 5ram 4 7 5ram 0 0 75 mm 比例( ) 1 6 O 3 0 0 4 2 O 1 2 0 6 9 51 陕西水利 2 1- 1 1 5年科技专刊 表 2 沥青混凝土施工的气象条件成果表 日降雨量( m m) 日平均气温( o C) 划分标准 1 0 1 5 沥青混凝土 正常施工 雨日停工 ， 雨 E t 停工， 停工 风速大于四级停工， 正常施工 施工条件 雨后正常施工 雨后需停工一天 风速小 于四级施工 1 2 0 CI O C 控制， 沥青加热温度按 1 5 0 C1 7 0 C 控制。 加热过 程中， 沥青针入度的降低不超过 1 0 。保温时间不超过 2 4 h 。 骨料加热： 骨料的烘干、 加热采用内热式加热滚筒 ， 滚筒倾 角按 3 。 一 6 。控制， 加热温度不高出热沥青温度 2 0 ， 实际温 度按 1 7 0 o C 1 9 0 C 控制。 2 3 3沥青混合料的拌和控制研究 通过实验研究， 在拌制沥青混合料前 ， 先对拌和楼系统进 行预热 ， 拌和时拌和机内温度 I O 0 C， 沥青混合料在生产过 程中称量精度控制在 0 5 内； 拌制沥青混合料时， 先将骨料 和填料干拌 1 5 s 2 5 s ， 再加入热沥青一起拌和。沥青混合料的 拌和时间应不少于 4 5 s 。沥青混合料的出机 口温度按 1 5 0 C一 1 8 0 C 控制。 2 3 4沥青混合料的运输控制 拌制好的沥青混合料采用 5 辆 5 t 保温 自 卸汽车运输至工 作面， 卸人装载机给摊铺机入仓。 2 4沥青混凝土心墙施工的气象条件控制 沥青混凝土施 工的气象条件研究成果见表 2 。 2 5沥青混凝土心墙摊铺、 碾压施工研究与控制 沥青混凝土心墙采用分层、 全轴线不分段一次铺筑碾压的 施工方法 。 沥青混凝土心墙采用摊铺机机械化施工 ， 摊铺机无法摊铺 部位如基座、 两岸接头部位， 采用人工摊铺。 2 5 1 人工摊铺 2 5 1 1 工艺流程确定 测量放线基础面处理( 表面清理、 干燥 、 加热、 刷冷底子 油和玛蹄脂 ) 一支立特制钢模一过度料铺筑与初步压实一人工 摊铺沥青混合料一抽掉钢模一过渡料碾压和沥青混合料碾 压铺盖毡布一施工质量检查。 2 5 1 2 关键工艺施工过程控制 ( 1 ) 沥青混合料入仓 松铺厚度为 2 8 c m，误差控制在 4 - 2 e m，碾压后厚度为 2 5 e m2 e m， 入仓温度控制在 1 4 0 C1 7 0 C。 ( 2 ) 混合料与过渡料碾压 碾压顺序及方法： 两侧过渡料采用 2台 2 7 t 自行式振动 碾 ， 沥青混凝 土采用 1 5 t自行式振动碾 同时品字形碾 压 ， 先静 压 2遍后再振动碾压 1 0 遍 ， 振动碾行进速度按 3 0 m m i n控制。 碾压温度控制 ： 碾压时温度按 1 1 0 1 5 0 C 控制。 2 5 2机械摊铺 2 5 2 1 工艺流程确定 基础面处理( 表面干净、 干燥 ) 一测量放线一摊铺机同时摊 52 铺沥青混合料和过渡料一人工摊铺两侧岸边扩大段沥青混合 料一过渡料碾压一沥青混合料碾压一施工质量检查。 2 5 2 2关键工艺施工过程控制 ( 1 ) 混合料摊铺 沥青混合料从沥青拌和站运至摊铺现场后 ，卸人改制的 3 m ， 装载机 ，由装载机给摊铺机供料 ，摊铺机行进速度按 1 2 m mi n控制。松铺厚度为 2 8 e m， 误差控制在 士 2 e m， 碾压后厚 度为2 5 e m2 c m， 摊铺温度按 1 4 0 C1 7 0 C 控制。 ( 2 ) 过渡料铺筑 填筑顺序 ： 心墙沥青混凝土与过渡料的铺筑超前坝壳料 23 层 ， 按不高于 8 0 c m控制 。 紧贴心墙两边 5 0 e m宽度过渡料采用沥青混凝土摊铺机 布料 ， 其它过渡料紧随摊铺机后人工配合反铲铺筑、 整平。每摊 铺段采用毡布遮盖心墙， 然后整平碾压。 ( 3 ) 心墙与过渡料压实控制 用 2台振动碾先静压心墙两侧过渡料 ，离心墙 2 0 e m 3 0 e m宽度和心墙一起碾 压 ； 接着用 1 5 t 振 动碾碾压沥青混凝土 混合料。振动碾无法碾压的边角部位采用手扶振动碾碾压， 辅 以人工夯实。振动碾压行进速度 3 0 m m i n ， 碾压时温度按 1 1 0 1 5 0 C 控制 。 2 5 3沥青混凝土施工关键要素控制 2 5 3 1 心墙与过渡料、 坝壳料均衡施工控制措施 ( 1 ) 心墙与过渡层同坝壳填筑料的高差不大于 8 0 c m。 ( 2 ) 沥青混凝土心墙的铺筑， 应尽量减少横向接缝。当必须 有横向接缝时， 其结合坡度一般为 1 ： 3 。上下层的横缝应相互错 开 ， 错距 2 m。 ( 3 ) 心墙两侧 4 m范围内， 禁止使用大型机械压实坝壳填筑 料， 以防止心墙局部受震畸变或破坏。 2 5 3 2沥青混合料 的摊铺控制要点 ( 1 ) 当沥青混凝土表面温度低于 7 0 C 时， 采用红外线加热 器加热， 使温度不低于 7 0 。 ( 2 ) 连续铺筑 2层及以上沥青混凝土时 ， 下层沥青混凝土 表面温度应降至 9 0 以下后方可摊铺上层沥青混合料。 ( 3 ) 沥青混凝土在人仓后需静置 1 5 mi n 一3 0 mi n ， 以便将沥 青混合料中的空气排出。 2 5 3 3沥青混合料的碾压 ( 1 )沥青混合料碾压采用 1 5 t 振动碾碾压，初碾温度为 1 4 5 q C1 5 5 o C。碾压设定为： 先静碾( 无振动 ) 2遍， 然后再动碾 1 0 遍 ， 碾压完后再静碾 2 遍收光。 ( 2 ) 碾压过程 中应对碾压轮定期洒水 ， 以防止沥青及细 施工技术 料粘在碾压轮上 ， 振动碾上的黏附物应及时清理 ， 以防施工 中“ 陷碾” 。 2 6沥青混凝土雨季施工控制 2 6 1 预控措施 ( 1 ) 在连续降雨( 日降雨量5 mm) 过程 中， 沥青混凝土心 墙 不施 工。 ( 2 ) 当有大到暴雨及短时雷阵雨预报时， 做好停工准备， 停 止沥青混合料的制备。 2 6 2雨天施工主要措施 ( 1 ) 拌合、 运输采用全封闭覆盖方式。 ( 2 ) 采用覆盖等方式进行碾压密实。 ( 3 ) 碾压密实后的心墙高于两侧过渡料 1 0 mm2 0 ram， 以 利排水。 ( 4 ) 缩小碾压段， 摊铺后尽快碾压密实。 ( 5 ) 遇雨停工 ， 接头做成缓于 1： 3 斜坡， 并碾压密实。 2 7沥青混凝土低温季节施工 2 7 1预控措施 当日 平均气温在 5 C 以下时， 属低温季节 ， 沥青混合料不应 施工 。 2 7 2低温季节的非常规施工措施 环境温度高于 一 5 0 情况下 ， 在心墙铺筑现场搭设移动 式暖棚，沥青混合料的出机温度按比正常出机 口温度高 5 C I O C 进行控制 ， 采用保温罐运输混合料， 采取措施 ， 加强管理 ， 做到及时拌和、 运输、 摊铺、 碾压 ， 尽量缩短作业时间。在上述措 施有保障的情况下， 通过试验， 确定各施工参数， 方可铺筑沥青 混凝土心墙。 3沥青混凝土质量检测分析 3 1 无损检测 采用核子密度仪和渗气仪进行无损检测， 核子密度仪平均 密度 2 3 8 3 t m 3 ， 最大值 2 4 1 5 t m ， 最小值 2 3 6 8 t m ； 计算孔隙率 平均值 1 5 1 ， 最大值 2 1 1 ， 最小值 0 5 0 ； 渗气仪测定渗透 系数平均值 2 9 81 0 r r d s ，最大值 5 6 2l O - g e r r d s ，最小值 1 1 8 l O - g c m s 。无损检测各指标均优于设计和规范要求。 3 2取芯检测 沥青混凝土取芯检测从铺筑开始取芯共 2 2 次，芯样各项 指标全部合格。检测平均密度 2 4 0 4 t m3 , 最大值 2 4 2 1 t m ， 最小 值 2 3 9 3 t m3 ；孔隙率平均值 0 7 1 1 ，最大值 1 1 6 ，最小值 O 3 3 ；渗气仪测定渗透系数平均值 3 0 7l o - g e m s ，最大值 3 5 3l O - g e m s ， 最小值 2 8 5l O - g c m s ， 指标均满足设计和规范 要求。 。 4大坝安全监测分析 大坝填筑于 2 0 1 2年 6月 2 0日到顶 ， 2 0 1 3年 1 0月 3日开 始蓄水， 于 2 0 1 3年底投产发电， 2 0 1 4 年 6月大坝蓄水达到初期 蓄水 1 2 1 0 m高程 ， 通过一年运行 ， 安全监测分析如下： ( 1 ) 坝体沉降分析： 大坝沉降主要发生在施工期 ， 累计最大 沉降量 0 4 7 ， 达到初期蓄水高程， 基本没有新的沉降。 ( 2 ) 沥青心墙应变位移量( 心墙压缩 ) 分析： 累计最大压缩 应变为 0 0 3 8 ， 蓄水前变形基本稳定收敛 ， 达到初期蓄水高程后 变形很小 。 ( 3 ) 位错计变形： 蓄水前心墙与岸坡位错计最大相对变形 为 一 1 3 1 m m， 河床位错计最大相对变形量为 一 1 9 O m m， 达到初 期蓄水高程后无明显变形。 ( 4 ) 填筑到坝顶时， 心墙 一坝壳料测缝计( 心墙下游侧) ， 蓄 水前心墙 一过渡料测缝计最大位移量为 一 1 9 3 m m， 蓄水后基本 无变化 。 ( 5 ) 沥青心墙温度达到最高温度之后逐渐降低 ， 蓄水前心 墙底部最低温度为 1 2 4 ，心墙顶部 目前最低温度为 1 8 3 C。 达到初期蓄水高程后沥青心墙温度没有明显变化。 ( 6 )大坝达到初期蓄水位 1 2 1 0 m高程 ，最大水位变幅 4 5 5 m， 心墙下游最高渗透水位为 1 1 4 6 9 m高程， 心墙后坝基最 大水位变 幅为 0 9 m， 坝基渗流很小 。 5结语 石门水电站大坝为沥青混凝土心墙坝 ， 在高寒地区， 且昼 夜温差大， 施工时间短等条件限制下， 既要保证工程质量， 又要 保证工程工期，大坝心墙施工质量控制即是难点又是重点 ， 对 原材料质量控制、 施工配合比控制与研究、 施工工艺研究与核 心技术和关键技术研究和控制 ， 心墙每天填筑 3层， 大坝月平 均最高填筑强度达 1 5 4 2 m 月。 安全监测信息反馈， 大坝蓄水后 各种安全监测数据收敛稳定 ， 运行安全， 证明采用关键技术控 制措施确保高寒地区高坝沥青心墙防渗质量。 5 3