謝曉龍

(中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司第二工程公司,四川成都 610091)

1 寒冷地區(qū)冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工的意義

我國水電站大壩應(yīng)用碾壓瀝青混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)少,特別是碾壓瀝青混凝土心墻的鋪筑層厚長期被禁錮在 20.0±2.0cm以及在環(huán)境氣溫 5.0℃以上才允許鋪筑施工等條件限制,導(dǎo)致寒冷地區(qū)每年碾壓瀝青混凝土的有效施工天數(shù)有限,尤以寒冷地區(qū)明顯,嚴(yán)重制約著碾壓瀝青混凝土心墻的施工進(jìn)度。

在寒冷地區(qū),采用常規(guī)施工技術(shù)冬季低溫期不能施工,加之常規(guī)施工方法的施工效率低,根本無法滿足大壩工程對碾壓瀝青混凝土心墻施工進(jìn)度的要求,從而延長了工程的總工期。氣候的影響,將嚴(yán)重制約寒冷地區(qū)采用碾壓瀝青混凝土防滲心墻壩型的設(shè)計(jì),嚴(yán)重阻礙和制約了我國西部水利水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

在寒冷地區(qū)的壩區(qū),當(dāng)年 10月至次年 4月的降雪和積雪期環(huán)境氣溫均在 5.0℃以下(每天的11∶30～13∶00之間的氣溫在 5.0℃左右 ),低溫(氣溫 0℃以下)天數(shù)占全年天數(shù)的 65.0%;而在冬季進(jìn)行施工,能夠進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻施工作業(yè)的時(shí)間非常短,從而導(dǎo)致心墻層面接頭增加(不利于防滲)、機(jī)械設(shè)備的利用率很低以及瀝青保溫時(shí)間太長,從而造成施工成本的增加。如何在冬季低溫期(包括小雪天)進(jìn)行施工,充分的利用每年這 6個(gè)月時(shí)間進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻施工,才能加快碾壓瀝青混凝土心墻的施工進(jìn)度,確保碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩工程按照合同工期完建,減少工程施工成本已成為世界關(guān)注的問題之一。

業(yè)界一直未能在環(huán)境氣溫 0℃以下進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻施工,只有挪威進(jìn)行過相關(guān)的試驗(yàn)研究,但未應(yīng)用到工程施工中。我們所研究的環(huán)境氣溫在 -5.0℃時(shí)碾壓瀝青混凝土心墻施工技術(shù)不僅具有開創(chuàng)性,還具有劃時(shí)代的意義。

2 寒冷地區(qū)冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工技術(shù)

2.1 冬季低溫期施工準(zhǔn)備

(1)生產(chǎn)設(shè)備和施工機(jī)械準(zhǔn)備。

冬季低溫期瀝青拌和系統(tǒng)的骨料輸送器、骨料加熱器、熱骨料篩分機(jī)、自動(dòng)稱量系統(tǒng)、成品運(yùn)輸系統(tǒng)、瀝青脫桶設(shè)備和瀝青加熱系統(tǒng)必須完好并且沒有被凍結(jié),生產(chǎn)的控制系統(tǒng)必須完好。要依據(jù)土石壩壩區(qū)冬季低溫期的氣候條件,對拌和樓進(jìn)行冬季適應(yīng)性改造,使該系統(tǒng)具有在 -5.0℃氣溫條件下生產(chǎn)瀝青混合料的能力。

將常規(guī)瀝青混合料拌和運(yùn)輸車的底板、廂板加裝保溫隔熱層,并加裝車廂保溫隔熱蓋板,使其適應(yīng)冬季低溫期的瀝青混合料運(yùn)輸。一般是把常規(guī)裝載機(jī)鏟斗改換成料斗、改造液壓系統(tǒng)制成瀝青混合料的垂直運(yùn)輸設(shè)備,要求在瀝青混合料斗上加裝蓋板,其料斗和斗門最好具有保溫功能。

瀝青混合料拌制所需的各種骨料、人工砂、天然砂、填充粉料應(yīng)充足,即應(yīng)有能夠滿足一層心墻碾壓瀝青混凝土鋪筑所需用的原材料;瀝青儲(chǔ)存罐內(nèi)應(yīng)有足夠的軟化瀝青,其溫度在 160.0℃左右。

檢查瀝青混合料水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸和攤鋪、碾壓設(shè)備是否完好。運(yùn)輸車和攤鋪機(jī)的斗門開閉是否靈活、保溫部分要可靠。同時(shí),承擔(dān)瀝青混合料碾壓和過渡料碾壓的振動(dòng)碾至少要保證各有一臺(tái)完好。

所制作的心墻層面的防雨雪棚用于施工中遇小雪時(shí)遮擋雪花,避免雪在即將攤鋪瀝青混合料的區(qū)域融化成水;避免雪融水進(jìn)入攤鋪(還未初步碾壓)的瀝青混合料中,否則,所攤鋪的瀝青混合料碾壓后的孔隙率大,影響防滲效果。

(2)施工現(xiàn)場準(zhǔn)備。

在心墻兩端基座表面噴涂的“稀釋瀝青”已經(jīng)干透,其上攤鋪的瀝青瑪蹄脂已凝固,鋪筑的碾壓瀝青混凝土心墻表面已經(jīng)清潔,心墻表面無污物、積水、雪和冰等并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格、批準(zhǔn)開工;紅外線加熱器工作可靠,保溫材料和輔助器具準(zhǔn)備齊全。

(3)其它相關(guān)施工準(zhǔn)備。

施工現(xiàn)場通往瀝青混合料生產(chǎn)系統(tǒng)的道路應(yīng)暢通,碾壓瀝青混凝土心墻上下游的堆石料填筑高度應(yīng)滿足防滲心墻上升的要求,碾壓瀝青混凝土心墻監(jiān)測儀器埋設(shè)完畢并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格、同意對儀器進(jìn)行覆蓋。

2.2 冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工

(1)瀝青混合料制備。

在瀝青混合料拌制中,將骨料的溫度加熱至190.0℃～200.0℃的上限值。若填充粉料在拌制中不加熱,則可適當(dāng)提高骨料的加熱溫度值,以確保瀝青混合料的出機(jī)口溫度在規(guī)定的上限值170.0℃～175.0℃左右;對于低于 150.0℃的混合料則作為廢料處理。瀝青混合料出機(jī)口溫度與熱骨料溫度關(guān)系曲線見圖 1。

在成品儲(chǔ)料罐的外層加設(shè)保溫層,出料口增加保溫層和加溫裝置,使混合料在成品儲(chǔ)料罐儲(chǔ)存的過程中盡量減小溫度損失;在罐內(nèi)設(shè)置管式紅外線加熱器,適當(dāng)補(bǔ)償混合料的溫度損失;成品瀝青混合料在儲(chǔ)料罐內(nèi)儲(chǔ)存的時(shí)間不能超過 6h,應(yīng)盡量減少其存放時(shí)間,避免成品瀝青混合料的溫度損失。

(2)瀝青混合料攤鋪。

本項(xiàng)技術(shù)的瀝青混合料攤鋪層厚 30cm(單層攤鋪厚度比常規(guī)施工技術(shù)提高了 30.4%)。由于人工攤鋪瀝青混合料的速度較慢,故冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻的瀝青混合料宜采用機(jī)械攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

圖1 瀝青混合料出機(jī)口溫度與熱骨料溫度關(guān)系曲線圖

冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工采用人工攤鋪施工作業(yè)時(shí),要確保各個(gè)環(huán)節(jié)正常,包括瀝青混合料各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均正常,即能確保施工順利和快速的進(jìn)行,使瀝青混合料能夠不間斷的攤鋪,并可及時(shí)進(jìn)行瀝青混合料的初碾,才能保證土石壩碾壓瀝青混凝土心墻的施工質(zhì)量。

冬季低溫期心墻瀝青混凝土攤鋪機(jī)作業(yè)時(shí),必須保證攤鋪機(jī)前部的遠(yuǎn)紅外線加熱器正常工作,把已鋪筑的瀝青混凝土層面(深 10～15mm)加熱到 70.0℃左右;減少所攤鋪的混合料在基礎(chǔ)瀝青混凝土接觸面的溫度損失,確保底部混合料被碾壓密實(shí)。

瀝青混合料入倉溫度應(yīng)控制在 162.0℃～170.0℃,攤鋪機(jī)行走速度為 0～3.0m/min。攤鋪過程中遇小雪時(shí),要采取綜合防水措施,即在心墻攤鋪機(jī)前面設(shè)置移動(dòng)式組裝防雨棚車(長、寬、高分別為 6.0m、2.5m、2.0m);防雨棚車的作用是防止雪花飄落到即將攤鋪瀝青混合料的部位,不下雪時(shí)則不使用防雨棚車。心墻攤鋪機(jī)攤鋪后未初次碾壓的瀝青混合料要用耐熱帆布覆蓋(長10.0～15.0m),防止雪落到混合料上。

將棚車連接在攤鋪機(jī)前面,隨攤鋪機(jī)一起前行,人工在防雨棚車內(nèi)將層面積水清除掉,并用加熱器將水漬烘干。棚車行走至心墻放大段時(shí),將棚車與攤鋪機(jī)間的連接器解開,攤鋪機(jī)繼續(xù)向前攤鋪 2.0～3.0m。在基座上貼防雨布,基座流水順防雨布流至水平段后再分流到上下游過渡料中,確保雨水不流到即將攤鋪瀝青混合料的基面上。

(3)瀝青混合料碾壓。

瀝青混合料的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備和攤鋪機(jī)料斗等均加設(shè)保溫設(shè)施,瀝青混合料入倉溫度應(yīng)控制在不低于 162.0℃。在運(yùn)輸過程中應(yīng)保證瀝青混合料盡量全封閉,減少其與環(huán)境冷空氣進(jìn)行接觸,以降低瀝青混合料的溫度損失。

在攤鋪過程中,應(yīng)及時(shí)檢測瀝青混合料的溫度,入倉(攤鋪)后每隔 5～10min檢測一次溫度,以便指揮振動(dòng)碾適時(shí)進(jìn)行碾壓。

當(dāng)攤鋪后的瀝青混合料溫度降至155.0℃～158.0℃時(shí),及時(shí)進(jìn)行初次碾壓(無振碾壓 2遍),及時(shí)對攤鋪的瀝青混合料表面進(jìn)行封閉;只要振動(dòng)碾在瀝青混合料上面不下陷即應(yīng)盡量早碾壓,以防止瀝青混合料表面溫度損失過大而碾壓不密實(shí),或產(chǎn)生龜裂。瀝青混合料初碾溫度與空隙率關(guān)系見圖 2。當(dāng)環(huán)境溫度為 -5℃時(shí),既使在145.0℃～154.0℃時(shí)初碾,瀝青混凝土表面仍出現(xiàn)毛面及龜裂現(xiàn)象,所以,初碾溫度不能低于155.0℃。

圖2 瀝青混合料初碾溫度與空隙率關(guān)系圖

瀝青混合料采用一臺(tái) 1.5t振動(dòng)碾碾壓,過渡料采用兩臺(tái) 2.5t振動(dòng)碾碾壓;瀝青混合料和心墻過渡料的碾壓順序?yàn)?靜碾(無振)過渡料 1遍(振動(dòng)碾行走 1個(gè)來回)→(初碾)靜碾瀝青混合料 2遍→振動(dòng)碾壓過渡料 5遍→(復(fù)碾)振動(dòng)碾壓瀝青混合料 13遍→(終碾)動(dòng)碾過渡料 3遍。

振動(dòng)碾行走速度為 25～30m/min,用 1.5t振動(dòng)碾在瀝青心墻上靜碾 1遍收光混凝土面,最后用 2.5t振動(dòng)碾靜碾過渡料 1遍并壓平過渡料與心墻接觸部位。

施工過程中若遇下雪,應(yīng)立即在未碾壓的瀝青混合料上覆蓋帆布,以盡量減慢瀝青混合料的溫降速度,保證碾壓過程中混合料溫度保持在140℃以上,從而保證其壓實(shí)度。振動(dòng)碾在防雨帆布上碾壓瀝青混合料。

(4)施工質(zhì)量控制。

影響冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工質(zhì)量的主要因素有現(xiàn)場氣溫、風(fēng)速、雪和初次碾壓溫度等。為此,針對施工工藝流程中的各施工工序采取相應(yīng)的措施,確保溫度及施工質(zhì)量。

主要控制瀝青混合料出機(jī)口溫度、入倉溫度、初碾和終碾的溫度;瀝青混合料水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸和攤鋪機(jī)瀝青混合料斗的保溫措施要可靠。

鋪筑施工過程中,應(yīng)檢測瀝青混合料的入倉溫度,入倉后每隔 5～10min檢測一次溫度,當(dāng)瀝青混合料溫度降到初碾溫度時(shí)進(jìn)行碾壓,碾壓完畢仍要檢測溫度,待其達(dá)到終碾溫度時(shí)進(jìn)行最終碾壓。

冶勒大壩心墻碾壓瀝青混凝土控制指標(biāo)為密度大于 2.37g/cm3、空隙率小于 3.0%、滲透系數(shù)為 1×10-9,無損檢測與鉆孔取芯試驗(yàn)結(jié)果相符。

2.3 寒冷地區(qū)冬季低溫期施工注意事項(xiàng)

2.3.1 骨料的加熱溫度

瀝青混合料拌制中骨料的加熱溫度應(yīng)控制在190.0℃～200.0℃,骨料溫度超過 220.0℃時(shí)停止瀝青混合料生產(chǎn),待熱料倉的骨料溫度降到允許值時(shí)恢復(fù)生產(chǎn);確保瀝青混合料的出機(jī)口溫度在規(guī)定的上限(175℃)左右;對于所拌制的瀝青混合料的溫度低于 150.0℃或超過 185.0℃的混合料作為廢料處理。

2.3.2 瀝青混合料的儲(chǔ)運(yùn)

盡量避免所拌制的瀝青混合料在成品料倉內(nèi)的存放,瀝青混合料成品在成品料倉內(nèi)儲(chǔ)存的時(shí)間不能超過 6h,運(yùn)輸車內(nèi)的瀝青混合料儲(chǔ)存時(shí)間不能超過 40min;一般垂直運(yùn)輸設(shè)備的料斗沒有加熱能力,瀝青混合料最好不要在該設(shè)備料斗內(nèi)滯留,滯留時(shí)間一般應(yīng)控制在 15min以內(nèi)。

2.3.3 成品瀝青混合料保溫

成品瀝青混合料的保溫措施:(1)在瀝青混合料成品儲(chǔ)料罐的外層加設(shè)保溫層,使混合料在成品儲(chǔ)料罐儲(chǔ)存的過程中盡量減小溫度損失;在成品料儲(chǔ)存罐內(nèi)和其卸料斗門處要設(shè)置管式紅外線加熱器,適當(dāng)補(bǔ)償混合料的溫度損失;(2)成品瀝青混合料的水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸設(shè)備和攤鋪機(jī)瀝青混合料斗等均加設(shè)了保溫層,從而保證了瀝青混合料在運(yùn)輸過程中盡量作到全封閉,減少瀝青混合料與環(huán)境冷空氣的接觸時(shí)間,盡量減少成品瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫度損失;(3)瀝青混合料運(yùn)輸。做好土石壩碾壓瀝青混凝土心墻施工現(xiàn)場的準(zhǔn)備工作,及時(shí)解決心墻施工現(xiàn)場發(fā)生的干擾施工的突發(fā)事件,確保瀝青混合料運(yùn)輸?shù)缆返臅惩皩⑦\(yùn)到施工現(xiàn)場的瀝青混合料能順利、及時(shí)的攤鋪和碾壓,盡量縮短瀝青混合料在現(xiàn)場等待的時(shí)間。施工現(xiàn)場發(fā)生阻滯現(xiàn)象時(shí),每隔15～20min對滯留在施工現(xiàn)場運(yùn)輸車輛中的瀝青混合料進(jìn)行一次溫度測量,停滯等待的時(shí)間越長,測量溫度的時(shí)間間隔越短,當(dāng)其溫度下降到限定值 160.0℃時(shí)作為廢料棄掉。

2.3.4 瀝青混合料入倉溫度控制

將瀝青混合料入倉溫度控制在 165.0℃～175.0℃,瀝青混合料入倉溫度不得低于 160.0℃,低于此溫度的瀝青混合料不能入倉,作為廢料棄掉。

2.3.5 心墻基礎(chǔ)面加熱

低溫期心墻瀝青混凝土鋪筑施工時(shí),將心墻已施工的瀝青混凝土層面加熱至70.0℃左右,以減少攤鋪時(shí)混合料與瀝青混凝土接觸面的溫度損失。

2.3.6 攤鋪后的瀝青混合料碾壓

嚴(yán)格控制土石壩碾壓瀝青混凝土心墻鋪筑施工作業(yè)的環(huán)境溫度,氣溫在 -5.0℃以上、風(fēng)速 3級(jí)以下的條件下可以進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻施工作業(yè),初碾溫度為 160.0℃～165.0℃,冬季低溫期鋪筑作業(yè)時(shí)要及時(shí)對攤鋪的瀝青混合料進(jìn)行初碾,封閉攤鋪的瀝青混合料,確保攤鋪的瀝青混合料的層面碾壓密實(shí),防止表面龜裂現(xiàn)象發(fā)生。

3 結(jié) 語

由于工程所處嚴(yán)寒地區(qū)冬季低溫期的時(shí)間占全年時(shí)間的 45.0%,采用冬季低溫期碾壓瀝青混凝土心墻施工技術(shù),避免了冶勒大壩冬季停工,充分的利用了長達(dá) 6個(gè)月左右的冬季進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻鋪筑施工,充分的利用了現(xiàn)有設(shè)備,降低了工程施工成本,縮短了工程建設(shè)時(shí)間并使工程提前發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,為我國西部寒冷地區(qū)碾壓瀝青混凝土心墻施工提供了先例,為在寒冷地區(qū)推廣該類壩型提供了技術(shù)條件。