碾压式沥青混凝土心墙施工技术探讨

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1、概　述

沥青砼心墙土石坝从1949年葡萄牙建成45m之瓦勒・多、盖奥(vdle・do・Gdio)坝起,迄至如今已超半个世纪。国内外在七十年代前仅见该类坝十余座。最大坝高为55m。

进入八十年代奥利地所建成劳斯特塔尔高为蔷能电站土石坝,坝高149m,沥青心墙高为98m的碾压式沥青砼防渗结构。前苏联在西伯利亚和其他高寒地区,也先后建成坝高140m的Telldxskdyd沥青砼心墙砂砾石坝和坝高79m的Boguchdnkyd坝等三座沥青砼心墙土石坝。香港高岛东西坝为105m及90m,挪威所建成的斯特拉迈坝也高达100m,上述沥青砼心墙高土石坝均建成于八十年代。

我国自1974年甘肃省敦煌党河修建成坝高46m首座沥青砼心墙土石坝,以后在浙江、辽、吉、黑、广西等省相继建成了一批沥青砼心墙土石坝。在已建成的这些沥青砼心墙土石坝中,除黑龙江省新鄂坝高为82.3m系高坝外,其他坝高均未超过50m。

上述情况表明沥青砼心墙土石坝起步较晚,工程类比经验尚少,设计理论与方法还不够成熟,仍缺少有效技术制表来科学评定沥青砼各种性能,从总体上看这是一种年轻阶段,经验性坝型。

2、沥青混凝土心墙分类

目前,国内外沥青砼心墙大致分为斜心墙和直立式心墙两种结构形式。在配合比沥青含量,心墙成型方法上则有碾压式和灌筑(灌注)式之区别。心墙宽度多数在40-80em范围以内,沥青砼心墙最大宽度为前苏联八十年代初建成的Telldxskdyd坝达140cm,而我国甘肃省敦煌党河坝的沥青砼心墙最大底宽也达到150cm,沥青砼心墙最小宽度的坝系1949年建成的瓦勒・多、盖奥(vdle・d0・Gdio)坝,其心墙宽度仅为20-10cm。沥青砼心墙坝有的是垒结构式的,也有与其他防渗结构相连接属混合型的。

3、碾压式沥青混凝土心墙土石坝特点

沥青砼心墙防渗结构主要特点概略为以下几点:

3.1　沥青砼心墙的设计结构与施工工艺较简单,浇筑速度快,便于施工管理和质量控制。在气候干燥地区能长年施工,可与土石坝同步进行施工。

3.2　结构断面小,施工强度不大,这种坝型施工导流费比其他材料节约资金且施工速度快,沥青砼心墙堆石坝(围堰)采取适当防护措施可以过流,抗洪能力强。

3.3　沥青砼心墙在坝体稳定性前提下,可有效地吸收超载引起的材料变形,能适应蓄水期坝移、承担和传递自重、水压力、能承受较大剪切变形。在发生14%的压缩变形和14%室内实验的侧向变形情况下,仍能保持抗渗能力。

3.4　沥青砼种胶粘剂具有较强粘结性。由于地震、外力作用形成的裂缝而产生漏水、沥青砼中的细料不可能被冲走,所以不可能形成水力劈裂条件。且自身的塑性能使裂缝自愈,具有自愈效应。

3.5　沥青砼心墙与其他材料接合面之间有足够的抗剪强度。自立式心情布置决定其帷幕接触带最短,心墙在坝体内使其耐久性、防渗、抗震能力更加可靠,它的抗裂缝自愈能力均优于土料和面板砼结构。

4、沥青混凝土防渗心墙的施工

沥青砼心墙分为碾压式和浇筑式,二者在材料配比、浇筑压实工艺、结构尺寸、墙体支护模板、质量评定标准等方面均有所不同。碾压式心墙是以过渡层和沥青砼交错碾压的方式随坝增高,过渡料和活动式钢模充当心墙的支护体,而浇筑式心墙沥青含量约占沥青砼总量比(9.5-16)%,是碾压式的一倍左右,流动性较大,施工过程中采用模板支护,对模板的基本要求是耐高温(T>180℃),能够承受沥青砼侧向荷载,安装拆卸方便或以砌块永久置于坝体内,并保证心墙上升速度。

4.1　沥青砼施工的准备工作

沥青砼施工的准备工作包括如下内容:

(1)编制碾压式沥青砼心墙土石坝内部施工技术规范和安垒操作规程;

(2)做好施工组织设计和现场规划场地布置工作;

(3)设计出沥青砼和沥青砼砂浆配合比,在沥青砼正式填筑前组织现场碾压试验,

(4)选定沥青砼原材料加热拌合机型、运输、摊铺和碾压设备机具;

(5)购存沥青、矿料,充填料和燃料(烧煤、油料、天然气)等,进行矿料、填充料天然风干;

(6)修筑场内外运输道路;

(7)选定和加工制作出模板支护结构,

(8)做好基础、水泥砼盖板、齿墙,廊道等结合面上的凿毛、清洗加热工作,

(9)做好基础部位抽排水和岸坡渗水处理工作;

(10)培训施工队伍,熟悉工艺操作。

(11)其他准备工作。

4.2　原材料

(1)沥青:水工沥青一般选用道路石油沥青60甲和100甲,国外一般采用针入度为80-100的沥青。我国一些低坝有采用渣油的。

(2)粗、细骨料:粗骨料宜采用级配良好、质地坚硬、碱性浩净碎石,粒径不得大于25mm,吸水率不大于3%,细骨料选用质地坚硬级配良好的砂粒及粒径小于5mm的细碎石,含泥量不大干2%的洁净细料。

(3)填充料,一般采用石灰岩、白云岩粉、细度应符合要求,含水率应小于0.5%,为了改善沥青砼性能,提高其变形能力,可掺入适量橡胶粉、塑料或其他高分子化学材料粉屑。

4.3　沥青砼的拌制和运输

沥青砼矿料加热驱水,可用旋转式内燃型加热器,搅拌机可选用LB-30型自动化二次筛分,称量配料和搅拌至拌合楼,每小时额定产量30t/h中、小型沥青砼心墙坝,宜采用自型设计制造容量为0.2-0.3m3强度式搅拌机。沥青脱水,可在加热池内进行,也可在铁锅,铁容槽内脱水加热,加热燃料为燃煤、天然气和柴油等。沥青脱水温度在120±10℃,加热温度不超过170℃,保温在6小时以内,矿料加热温度也相应在这范围内,矿料、填充料和沥青以重量配料,不允许超初限制偏差。搅拌按先矿料、填充料干拌15-25S,再加入沥青,一般净拌制约1.0-1.2min,达到拌合均匀,沥青裹覆率达到95%以上程度。沥青混合料拌合后和出机温度,应使其经过运输、摊铺等工序,热量损失后的温度能满足起始碾压温度的要求,其适宜的出机温度可见表一。

搅拌机停机后,或遇故障停机超过30min时,应及时将机内沥青混合料放出,并加热或用热碎石将搅拌机清理干净,要谨慎操作,注意安全。

沥青混合料运输大多采用汽车装保温罐装运,经5t汽车吊保温罐直接卸料入模,或卸料于模外铁板上,再经人工铁锹传料入模。运料机具的容量和数量,应同沥青砼的拌制摊铺、碾压生产能力适应。装盛沥青混合料的罐、斗和卸料工具应涂刷一薄层肥皂水、柴油或油水混合液,转运次数要少,防止离析,应尽量减少热量损失,途中因故造成料物温度不能满足碾压要求时,应作废料处理。

4.4　沥青砼心墙与相邻结构的联结

随着大量沥青砼心墙的建成,对大坝各

种止水结构间的防水联结,即沥青砼心墙和基础、砼截水墙、地下砼防渗墙、检查廊道、钢板柱等,以及沥青砼心墙和交叉建筑物、溢洪道、河各岸边坡、坝间或坝体、墙顶与坝顶公路等。

上述结构的联结应先将相邻结构结合层的表面凿毛、清洗干净、保持干燥状态。在表面涂刷一层乳化沥青或稀释沥青,其用量为0.5-2kg/。然后待干燥后,于结合面上再铺设一层厚度约1-3cm砂质沥青玛蹄脂层,来保证其联结质量,以免发生轻微的水平移动时引起漏水。或以热沥青填料灌注填满接合层空隙。

4.4.1　模板支护

模板结构的型式可概略分为钢制的拆卸组装式、移动式、框架结构、插板卡顶式、波状永久埋入式钢板等各种钢模。

除各种结构的型式钢模板外,还有砼块和块石砌筑的挡墙。

4.4.2　摊铺和碾压前的准备

沥青砼心墙与基座、岸坡等刚性建筑物,应按有关规定做好接合面处理。沥青砼上下层之间的粒径表面,对底层已冷结表面应清理干净后,用红外线加热器、热熔器、喷灯等加热驱水,使底层熔深在2cm以上,温度达到70℃以上。

4.4.3　摊铺和碾压

国内几座沥青混凝土心墙土石坝,沥青混合料的摊铺碾压工艺是:沥青混合料经汽车保温罐运至作业面用吊车启吊保温罐或翻斗机动车将料卸入模内。以人工用锹靶将沥青混合料均匀地摊铺整平至厚度20-25cm左右,先静置一段时间,让所摊铺料对下层进行层面热交换,经过一个预热阶段使层面结合良好,然后用振动碾或夯击密实。用振动碾压实时,一般先静压两遍,再振动碾压,应保持慢速行驶,振动碾压遍数按设计要求的密度通过实验确定,横向接缝处应重叠碾压30-50cm,如若中断施工,应留好接坡并仔细压实。

4.5　过滤层

沥青砼心墙土石坝结构简单,心墙很薄,选择适当过渡层,可均匀传递应力,调整坝体变形模量,使其应力分布具有良好的连续性,改善心墙运行条件的良好结构措施。他能防止产生过大不均匀深陷和心墙开裂,其上游填筑料可起反滤层作用,它的细颗粒在渗水压力作用下,可填充沥青心墙裂缝,使沥青砼裂缝填实愈合,以保持沥青砼心墙的抗渗性能。它是沥青砼心墙的支撑体。

过滤层宽度和坝高有着密切关系,其上游宽度应为心墙宽度的五倍以上,一般宽度在1.5m-3m。过滤层材料包括:砂料、砂砾石料、碎石,开挖出的石碴等,应选用级配良好,符合设计粒径和标准的材料。应按规定要求分层均匀有顺利的进行,填筑每层厚度在20-25cm,尽可能和沥青砼心墙同时铺筑骑缝压实,并符合设计相应规定的相对密实度,容重,渗透系数等有关要求。

沥青砼防渗心墙不得在雨天和外界气温低于5℃时施工,遇雨应立即停止摊铺,未经压实而受雨浸水的沥青混合料应全部清除。

5、沥青混凝土心墙的质量检验

5.1　严格按沥青砼配合比称量配料、沥青、矿料各项温度值,拌合温度,搅拌时间和混合料的均允性。

5.2　应检测立模中心线,断面尺寸和每层标定的厚度,模板系统支立安设的稳定程度。

5.3　认真做好沥青砼的摊铺、碾压备工序应精心施工,仔细操作,进行工艺过程的检查,并控制好温度。

5.4　沥青砼每升高2-10m,沿心墙轴线布控钻取芯样,钻芯长度以1m为宜,取制试样进行容重、渗透、剪切和抽提等项试验,必要时也可做三轴压缩等试验。

5.5　沥青砼质量评定指标为沥青砼容重及渗透系数为准,一般可按合格率来评定,对防渗性沥青砼达标90%为合格,达标95%以上为优良,对于非防渗性沥青砼达标80%为合格,达标85%为优良。有条件工程各项质量检验资料分批,可取n=15组试件进行统计,防渗沥青砼保证率大于90%,非防渗沥青砼大于85%为标准。

6、结　语

沥青砼防渗芯墙土石坝,虽然在设计理论、坝土技术和施工工艺水平质量检测技术等方面取得较快的进展,但仍不够成熟。缺少有效的技术指标来科学评定它的各项性能。

沥青砼防渗心墙,若用适宜的沥青砼配合比,精心施工,加上它所具有的较多之优点。因此,沥青砼防渗心墙它仍然是很有引用价值和发展前途的一程防渗结构。