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碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工现状分析,水利施工

点击: 160 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-01-05

摘 要:结合实际工程案例,从施工机械设备、特殊环境下施工及施工质量控制等方面分析了我国碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工技术现状和不足之处,旨在对同类工程施工时可起到一个借鉴与参考作用,加快此类坝型的推广和应用。

碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工具体包括哪些内容呢,下面本网为大家带来相关内容介绍以供参考。

下面是本网给大家带来关于沥青混凝土心墙施工质量控制管理的相关内容,以供参考。

关键词:沥青混凝土心墙 现状 质量控制

1 现状与不足之处

茅坪溪土石坝位于三峡拦河大坝右岸上游,属一等一级永久建筑物。最大坝高104m,坝顶长1840m,坝体为沥青混凝土心墙(简称心墙)。心墙厚0.5~1.2m(下设3.0m扩大段),心墙顶轴线长880m,墙体最大高度94m,沥青混凝土工程量约5.0万m3。茅坪溪土石坝分两期施工,一期工程至142m高程,沥青混凝土工程量约2.2万m3。

中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-379106-0053-01

1.1 施工机械设备

2质量职责及质量控制点的设立

沥青砼心墙作为正在快速发展起来的一种防渗形式,具有抗渗能力强,其防渗能力可达10~8以上,可视为不漏水;变形能力大,有较好的塑性和柔性,能适应坝体的变形和沉陷,对已产生的裂缝有一定的自愈能力;结构简单,工程量小,施工速度快,安全可靠,不破坏环境资源等优点而优于其他形式,是一种安全合理的防渗形式。我国从20世纪70年代以来,已陆续建成了数座碾压式沥青混凝土心墙坝如东北尼尔基,三峡茅坪渓,重庆黔江洞塘,四川冶勒,新疆鄯善坎尔其等许多座沥青砼心墙坝,目前都在良好运行中。

碾压式沥青混凝土心墙施工采用机械化施工工艺已趋于成熟,特别是近年来,国内外研制生产的自动化沥青拌合系统和大型沥青心墙联合摊铺机在我国碾压式沥青混凝土心墙施工中的大量应用,大大提高了碾压式沥青混凝土防渗心墙的施工速度,使其质量得到了进一步保证,如三峡茅坪溪沥青混合料的拌制采用西安筑路机械厂的LB-1000型计算机控制和记录的自动化搅拌系统,设备生产能力为40t/h。按照配料单,配料进入拌和机总量不得超过厂家定额容量的10%;沥青、粗、细骨料、矿粉均以重量计,误控制值可达到沥青±0.3%、粗骨料±2%、细骨料±2%、矿粉±1%。沥青混合料的运输采用汽车和专用装载机,而心墙摊铺采用由挪威进口的联合摊铺机,摊铺机前端设置的红外线加热器可将沥青砼面层加热到70℃以上,首先测量放线,固定心墙中心线,然后摊铺机进行摊铺,当心墙两侧过渡料补齐后开始初碾,然后对沥青混合料测温,温度达到150℃~160℃开始碾压,碾压合格后再碾压过渡料。

2.1项目组织机构及人员培训

1 现状与不足之处

而在建中的新疆伊犁库什塔依水电站沥青摊铺设备选用了西安理工大自行开发研制的XT120沥青混凝土心墙联合摊铺机,是沥青混凝土心墙施工的大型专用工程机械,摊铺宽度0.6m~1.2m,目前仅德国、挪威生产,属国内首创,性能更为优越。整机由履带式台车、驾驶室、动力仓、沥青混凝土料仓、振动滑模、过渡料拖车、层面清洁器、层面加热器、液压系统、电气控制系统组成,可完成变宽度心墙及两侧过渡料的摊铺和初压工作。

根据心墙工程施工的实际情况组建项目组织机构。各部门相互配合、统一协调。高坝沥青混凝土心墙机械化施工在国内是首次,技术要求高,施工难度大,特聘请了西安理工大学著名教授孙振天,对技术干部及工人进行了培训,还选聘了挪威顾问集团(AGN)对心墙施工进行了技术咨询,并选派了沥青混凝土拌和楼技术、操作人员到设备生产厂家进行了理论、操作培训。

1.1 施工机械设备

但这也仅限于大型土石坝心墙施工中,国内尚没有适用于中小型沥青混凝土心墙施工的专用设备。虽然沥青混凝土的搅拌及摊铺设备可采用国内先进的搅拌设备和国外进口的大型心墙联合摊铺机,但其造价高昂,设备费用往往高达上百万美元。如上述的三峡茅坪溪沥青混合料自动化搅拌系统造价约350万元,进口联合摊铺机造价约79万美元,质量检测设备配置费用约120万元。这类专用施工机械对于重庆黔江洞塘、新疆鄯善坎尔其这样的中小型沥青混凝土心墙工程来说,其成本费用过高而不能接受。

2.2沥青混凝土心墙施工质量控制点的设立

碾压式沥青混凝土心墙施工采用机械化施工工艺已趋于成熟,特别是近年来,国内外研制生产的自动化沥青拌合系统和大型沥青心墙联合摊铺机在我国碾压式沥青混凝土心墙施工中的大量应用,大大提高了碾压式沥青混凝土防渗心墙的施工速度,使其质量得到了进一步保证,如三峡茅坪溪沥青混合料的拌制采用西安筑路机械厂的LB-1000型计算机控制和记录的自动化搅拌系统,设备生产能力为40t/h。按照配料单,配料进入拌和机总量不得超过厂家定额容量的10%;沥青、粗、细骨料、矿粉均以重量计,误控制值可达到沥青±0.3%、粗骨料±2%、细骨料±2%、矿粉±1%。沥青混合料的运输采用汽车和专用装载机,而心墙摊铺采用由挪威进口的联合摊铺机,摊铺机前端设置的红外线加热器可将沥青砼面层加热到70℃以上,首先测量放线,固定心墙中心线,然后摊铺机进行摊铺,当心墙两侧过渡料补齐后开始初碾,然后对沥青混合料测温,温度达到150℃~160℃开始碾压,碾压合格后再碾压过渡料。

1.2 特殊环境下(低温、多雨、夜间)的施工

为确保沥青混凝土心墙施工质量,制定了施工质量控制点,使沥青混凝土心墙施工全过程,各环节全面受控。

而在建中的新疆伊犁库什塔依水电站沥青摊铺设备选用了西安理工大自行开发研制的XT120沥青混凝土心墙联合摊铺机,是沥青混凝土心墙施工的大型专用工程机械,摊铺宽度0.6m~1.2m,目前仅德国、挪威生产,属国内首创,性能更为优越。整机由履带式台车、驾驶室、动力仓、沥青混凝土料仓、振动滑模、过渡料拖车、层面清洁器、层面加热器、液压系统、电气控制系统组成,可完成变宽度心墙及两侧过渡料的摊铺和初压工作。

现行施工规范要求,当日平均气温低于5℃时,属低温季节,沥青混凝土心墙不得施工;日降水量>0时,沥青混凝土心墙也不得施工。大部分已建的沥青混凝土心墙由于工期等各方面的因素,在雨天、低温和夜间没有进行施工技术探索。但这种情况显然已经满足不了现实情况的要求,近年来所修建的一些项目由于所处的环境迫使人们探索在低温、多雨等这种特殊环境下的施工技术。

3机械设备选型

但这也仅限于大型土石坝心墙施工中,国内尚没有适用于中小型沥青混凝土心墙施工的专用设备。虽然沥青混凝土的搅拌及摊铺设备可采用国内先进的搅拌设备和国外进口的大型心墙联合摊铺机,但其造价高昂,设备费用往往高达上百万美元。如上述的三峡茅坪溪沥青混合料自动化搅拌系统造价约350万元,进口联合摊铺机造价约79万美元,质量检测设备配置费用约120万元。这类专用施工机械对于重庆黔江洞塘、新疆鄯善坎尔其这样的中小型沥青混凝土心墙工程来说,其成本费用过高而不能接受。

以新疆库什塔依水电站沥青心墙坝工程为例,为了满足本工程施工要求,承建单位专门成立了科研课题组,首先对冬季极端气温条件下沥青混凝土配合比试验进行了试验室模拟试验及现场摊铺试验,冬季极端气温条件下沥青混凝土的施工设备选择及采取的保温措施、现场拌合、运输摊铺施工工艺及连续快速施工等方面进行了深入的研究。并在2011年1月至4月份库什塔依水电站上游围堰碾压式沥青混凝土心墙工中得以应用,经检测混凝土施工质量完全满足设计要求。

结合本工程特点和自身的经济条件,选购了西安筑路机械厂生产的LB-1000型沥青混合料拌和楼及挪威产的沥青混凝土心墙联合摊铺机及附属设备,德国生产的宝马振动碾,并购置、安装了一套骨料破碎加工系统。

1.2 特殊环境下的施工

1.3 沥青混凝土心墙的质量控制

4原材料质量控制

现行施工规范要求,当日平均气温低于5℃时,属低温季节,沥青混凝土心墙不得施工;日降水量>0时,沥青混凝土心墙也不得施工。大部分已建的沥青混凝土心墙由于工期等各方面的因素,在雨天、低温和夜间没有进行施工技术探索。但这种情况显然已经满足不了现实情况的要求,近年来所修建的一些项目由于所处的环境迫使人们探索在低温、多雨等这种特殊环境下的施工技术。

在施工中对沥青混凝土的质量控制及检测方法进行研究,摸索出一套适用于土石坝沥青混凝土心墙施工控制方法,为土石坝沥青混凝土心墙的施工质量控制及水工沥青混凝土施工、试验规程的修订积累丰富经验,是这种坝型在我国推广应用不可或缺的一步。目前应用较多的则是所谓的全过程控制法,在心墙施工前,对所用原材料进行严格检验,施工中对沥青混合料拌合质量,摊铺过程中的温度、厚度、宽度、碾压质量及外观进行控制,施工后对心墙成品质量进行无损检验和芯样检验,这样实现全过程的一个控制,是比较有效的一种方法。以重庆洞塘水库沥青混凝土心墙施工为例,采用的即上述全过程控制法。

心墙施工的原材料主要由沥青、粗细骨料、矿粉组成,粗骨料按粒径范围为20~10mm、10~5mm、5~2.5mm三级,细骨料粒径范围为2.5~0.074mm,由人工砂70%,天然砂30%组成,矿粉粒径为小于0.074mm的颗粒。

以新疆库什塔依水电站沥青心墙坝工程为例,为了满足本工程施工要求,承建单位专门成立了科研课题组,首先对冬季极端气温条件下沥青混凝土配合比试验进行了试验室模拟试验及现场摊铺试验,冬季极端气温条件下沥青混凝土的施工设备选择及采取的保温措施、现场拌合、运输摊铺施工工艺及连续快速施工等方面进行了深入的研究。并在2011年1月至4月份库什塔依水电站上游围堰碾压式沥青混凝土心墙工中得以应用,经检测混凝土施工质量完全满足设计要求。

1.3.1 事前控制

本工程使用的沥青为新疆克拉玛依石化总公司生产的翼龙牌优质水工沥青。生产厂家在沥青出厂时提供本批沥青全部试验指标报告和合格证;沥青运至现场,工地实验室按监理要求进行检测,沥青的外包装必须是桶装。

1.3 沥青混凝土心墙的质量控制

主要检测沥青的加热温度和三大指标,矿料的加热温度、级配、含水率等。

4.2粗骨料

在施工中对沥青混凝土的质量控制及检测方法进行研究,摸索出一套适用于土石坝沥青混凝土心墙施工控制方法,为土石坝沥青混凝土心墙的施工质量控制及水工沥青混凝土施工、试验规程的修订积累丰富经验,是这种坝型在我国推广应用不可或缺的一步。目前应用较多的则是所谓的全过程控制法,在心墙施工前,对所用原材料进行严格检验,施工中对沥青混合料拌合质量,摊铺过程中的温度、厚度、宽度、碾压质量及外观进行控制,施工后对心墙成品质量进行无损检验和芯样检验,这样实现全过程的一个控制,是比较有效的一种方法。以重庆洞塘水库沥青混凝土心墙施工为例,采用的即上述全过程控制法。

1.3.2 事中控制

粗骨料采用王家坪的石灰岩进行破碎加工,控制进场石灰岩小于20cm,洁净无泥,无污染,进场块石堆人防雨棚。骨料采用两级破碎生产,粗碎选用PF-A1010型反击式破碎机,细碎选用PFL-1000型复合式冲击破碎机。粗骨料生产过程中每天检验其超逊径、针片状和含泥量指标一次,抽样点为筛分楼出料皮带输送机处,各级成品骨料分类堆放。

1.3.1 事前控制

检测沥青混合料的温度、马歇尔稳定度、流值、孔隙率等;进行场外及场内摊铺试验,场外摊铺试验的目的在于确定沥青混凝土的施工配合比,检验搅拌系统及摊铺设备的运行性能,经过场外摊铺试验,可选定各项施工参数;场内摊铺试验场地选在心墙施工现场进行,以验证场外摊铺试验的结论是否适用于现场施工;沥青混合料现场摊铺质量控制,摊铺前,前一层沥青表面必须清洁、干燥,并用红外线电加热器或喷灯将表面加热到不低于70℃,且无烤焦现象;测量放线控制;沥青混凝土入仓温度控制在140℃~170℃较为合适。冬夏季由于温度影响,温度可适当提高或降低;心墙碾压施工严格按照摊铺试验确定的碾压参数执行,碾压后的沥青混凝土应表面平整,宽度符合设计要求,表面泛油,色泽均匀光亮,表面无裂缝。

4.3细骨料

主要检测沥青的加热温度和三大指标,矿料的加热温度、级配、含水率等。

1.3.3 事后控制

人工砂用王家坪石灰岩进行破碎、筛分生产,河砂采用长江的天然河砂筛分制得。

1.3.2 事中控制

现场无损检验、取芯样检测及对外委托复核检验。无损检测主要是应用ZC-97型智能型渗气仪进行渗透检测,其无损测试必须保证每层铺筑25m检测一次,对怀疑存在质量问题的沥青混凝土表面部位适当增加测点;对成品沥青混凝土取芯样检测,对其物理、力学指标均进行了全面的质量检测。施工期间,为了证实质量控制的可靠性和试验检测数据的真实性,施工方分别委托了新疆自治区路桥检测试验中心和西安理工大学防渗研究所对沥青混凝土试样进行了复核检验。总体来看,沥青砼心墙施工是一种热施工,对沥青砼的配合比和温度控制等要求较高,而在高寒地区更甚,施工过程中的质量控制和检测尤为重要。

矿粉为石灰岩生产的人工砂经柱磨机磨细后分选而得,生产50~100t矿粉取样一次对设计指标进行检验,生产中每天检测矿粉细度,矿粉储存要求防雨防潮,并防止杂物混入。

检测沥青混合料的温度、马歇尔稳定度、流值、孔隙率等;进行场外及场内摊铺试验,场外摊铺试验的目的在于确定沥青混凝土的施工配合比,检验搅拌系统及摊铺设备的运行性能,经过场外摊铺试验,可选定各项施工参数;场内摊铺试验场地选在心墙施工现场进行,以验证场外摊铺试验的结论是否适用于现场施工;沥青混合料现场摊铺质量控制,摊铺前,前一层沥青表面必须清洁、干燥,并用红外线电加热器或喷灯将表面加热到不低于70℃,且无烤焦现象;测量放线控制;沥青混凝土入仓温度控制在140℃~170℃较为合适。冬夏季由于温度影响,温度可适当提高或降低;心墙碾压施工严格按照摊铺试验确定的碾压参数执行,碾压后的沥青混凝土应表面平整,宽度符合设计要求,表面泛油,色泽均匀光亮,表面无裂缝。

我国的沥青混凝土心墙坝的发展已有30余年,且成绩卓效,无论是施工所采用的机械设备,还是特殊的工艺方法,以及沥青施工时的温控措施,都积累了大量丰富的经验;另一方面,相关规范的缺乏,一部分的中小型工程限于技术和成本,在施工中往往难以全面保证优良的施工质量,亦是目前亟待解决的重要问题,希望本文所提在沥青混凝土心墙坝施工和质量检测研究方面,具有一定借鉴意义。

5沥青混合料摊铺试验

1.3.3 事后控制

5.1现场摊铺试验

现场无损检验、取芯样检测及对外委托复核检验。无损检测主要是应用ZC-97型智能型渗气仪进行渗透检测,其无损测试必须保证每层铺筑25m检测一次,对怀疑存在质量问题的沥青混凝土表面部位适当增加测点;对成品沥青混凝土取芯样检测,对其物理、力学指标均进行了全面的质量检测。施工期间,为了证实质量控制的可靠性和试验检测数据的真实性,施工方分别委托了新疆自治区路桥检测试验中心和西安理工大学防渗研究所对沥青混凝土试样进行了复核检验。总体来看,沥青砼心墙施工是一种热施工,对沥青砼的配合比和温度控制等要求较高,而在高寒地区更甚,施工过程中的质量控制和检测尤为重要。

现场摊铺试验目的是对室内配合比进行验证和调整,取得并确定各种有关的施工工艺参数。主要内容是:检验、调整、确定沥青混凝土的施工配合比,检验沥青混凝土拌和系统和摊铺设备运行性能,试验选定各种摊铺碾压参数。

2 结语

5.2生产性摊铺试验

我国的沥青混凝土心墙坝的发展已有30余年,且成绩卓效,无论是施工所采用的机械设备,还是特殊的工艺方法,以及沥青施工时的温控措施,都积累了大量丰富的经验;另一方面,相关规范的缺乏,一部分的中小型工程限于技术和成本,在施工中往往难以全面保证优良的施工质量,亦是目前亟待解决的重要问题,希望本文所提在沥青混凝土心墙坝施工和质量检测研究方面,具有一定借鉴意义。

现场试验完成后,转入生产性摊铺试验。再次验证和凋整沥青混凝土配合比和施工工艺参数。

参考文献

6沥青混合料配合比

[1] 何玉,张春学.碾压式沥青混凝土心墙施工技术剖析[J].黑龙江水利科技,2008.

本工程施工配合比误差控制为:粗骨料±2%,细骨料±2%,填充料±1%,沥青±0.3%。

[2] 郭怀俊.重庆黔江洞塘水库沥青混凝土心墙施工[J].陕西水力发电,2000.

沥青混凝土拌和系统设有二次筛分装置,在拌和系统料场测试的矿料级配、超逊径、含水量等不能作为计算施工配料单的依据,在经过二次筛分后的热料仓取料进行矿物级配、超逊径试验后计算施工配合比显得不现实,因此,在计算施工配料单时以前一仓位的沥青混合料的抽提试验测试成果作为依据;抽提试验的取料部位在施工现场,沥青混合料在摊铺完成后未碾压之前从不同部位取料混合,用四分法分取试样进行抽提试验计算出各组分数值,结合设计配合比进行调整。

7沥青混合料的拌和配制

7.1骨料初配、烘干

骨料经配料仓初配,输送至干燥加热筒干燥加热,而后经热料提升机提升至拌和楼顶进行二次筛分,并分级存于储仓备用。骨料加热应均衡,温度应达到170℃~190℃,一般不宜大于200℃。

7.2沥青脱桶、脱水、储存

沥青溶化、脱水、加热、恒温采用JRHY-5型设备,沥青脱水温度控制在110℃~130℃,恒温储存时间不超过48h,以防止沥青老化。

7.3沥青混合料拌制

沥青、粗细骨料、矿粉按照施工配料单投料称量,拌制沥青混合料时,应先投骨料与填料干拌15s,再喷洒沥青湿拌45~60s,混合料出机温度根据环境温度变化而严加控制,一般在165℃~180℃,拌出的沥青混合料应均匀,无花白料、冒黄烟,卸料时不产生离析。

8沥青混合料的铺筑

心墙采用水平分层铺筑,摊铺机摊铺,1.5t振动碾碾压密实,铺筑过程中进行温度、厚度、宽度、碾压及外观等检查。

8.1温度控制

混合料铺筑过程,严格对摊铺温度、初碾温度、终碾温度进行控制,铺筑现场派专人检测混合料温度,掌握适宜的碾压时机。从试验可知沥青混合料在140℃~160℃最低不低于130℃可以碾压密实,冬季施工偏大值,夏季施工偏小值。当混合料温度过高,碾压时将发生难以流动,而混合料容易粘附于碾磙上,实际上将无法压实,温度太低,压实所需要的动能增加,经试验得知低于130℃后,混合料将难以压实。

8.2厚度控制

施工中经反复检测分析沥青混合料的厚度压实系数为0.0.85~0.91之间,据此,调整摊铺厚度对碾压厚度进行控制,沥青心墙工程每层压实厚度为20±2cm,摊铺厚度为23±2cm。由于摊铺机行走履带位于沥青心墙两侧压实后的过渡料上,因此施工过程中为保证摊铺厚度的均匀性,过渡料摊铺后采用人工辅助耙平,确保底层的平整。

8.3宽度控制

心墙断面为梯形渐变而摊铺机为自带竖直模板,施工过程中要精确计算每层的设计上、下底宽,摊铺时按设计底宽控制摊铺宽度。沥青混合料摊铺前测量定出心墙轴线,并用φ8mm钢丝固定标识,调整摊铺机模板轴线与之重合,摊铺机行走过程中激光器对准仪对准固定钢丝匀速行走,从而保证轴线上、下侧宽度一致并满足设计要求。

8.4碾压控制

沥青混合料起始碾压时,随着碾压遍数的增加,沥青混凝土容重也随之增加,当碾压遍数达到一定程度时,容重处于一个较稳定阶段,即达到了最大压实容重。为便于混合料内部气泡排出,混合料在入仓后需静置约半小时,再进行碾压。采用不同的碾压机具碾压沥青混合料,钻取芯样,进行性能试验,沥青混凝土的容重、孔隙率、渗透系数的影响并不明显,从施工角度考虑,用1.5t振动碾较为经济,1.5t振动碾碾压的最佳遍数为静1+动8+静2。碾压时行走速度为20~25m/min,行走过程中不得突然刹车,或横跨心墙碾压。横向接缝处要重叠碾压30~50cm,碾不到的部位,用小夯机或人工夯实。

9质量检测和缺陷的处理

心墙碾压完毕后,必须进行质量检测,检测方法主要有:现场C200核子密度仪无损检测容重,用ZC-6型渗气仪无损检测沥青混凝土的渗透系数,现场取芯样检测和室内沥青混合料抽提及马歇尔击实试验检测。检测指标包括沥青混凝土容重>2.4kg/cm3,孔隙率<3%,渗透系数<1-10-7及其他设计指标。现场检测以无损检测为主,若发现有不合格点,应立即钻取芯样进行测试,芯样测试不合格则要进行处理。

心墙施工过程中,沥青混合料经碾压后检测曾出现过几个单元层局部孔隙率超标即大于3%,事后进行了及时处理。

若检测发现孔隙率超标点较多,范围较长,即采用心墙迎水面浇筑沥青玛蹄脂处理方法,可增加心墙防渗性能。若检测不合格点仅为局部并集中分布且范围较小,采用不合格部位挖除后重新铺筑沥青混合料处理方法。挖除时用柴火烤溶并人工辅助机械挖除,对接缝处斜坡和底层要用人工小心修整,保证坡度小于1:3,并将底层松散颗粒剔除;必要时可将处理层面加热用振动碾静压几遍,再重新铺筑沥青混合料。

值得一提的是:国内外一般认为水工沥青混凝土的孔隙率小于4%时,其水稳定性是有保证的,三峡茅坪溪沥青混凝土心墙设计规定为孔隙率小于3%。几次心墙碾压后检测出现孔隙率大于3%都进行了处理,但目前存在疑问的是:在心墙迎水面铺筑几公分厚的沥青玛蹄脂在大坝蓄水后的水力作用下是否能真正起到作用,挖除后重新铺筑沥青混合料势必造成对原有结构的破坏,并导致横向接缝和底层结合面增多从而增加渗透薄弱点。因此沥青混凝土相关规范及处理措施,值得有关国内专家及同仁的进一步探讨。

10控制成效

茅坪土石坝的沥青混凝土心墙自1997年8月正式开始铺筑,到2000年9月完成了第一标段项目任务,共完成单元工程355个,单元工程验收合格率为100%,优良率达86.7%。