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        高寒地區(qū)瀝青混凝土心墻砂礫石高壩關(guān)鍵技術(shù)控制措施

        2015-07-25 07:53:04常明云
        陜西水利 2015年1期
        關(guān)鍵詞:鋪筑心墻蓄水

        常明云

        (大唐呼圖壁水力發(fā)電廠 新疆 呼圖壁 831200)

        1 工程概況

        石門水電站樞紐由瀝青心墻砂礫石壩、右岸泄洪系統(tǒng)、左岸引水系統(tǒng)、地面廠房等組成。工程所處位置為高寒地區(qū),極端最低氣溫-40.40℃,最高氣溫達(dá)39.10℃。瀝青心墻壩壩頂高程1243.00m,最大壩高106.00m,壩頂全長312.51m,壩頂寬10m,壩體最大底寬約392m。壩體上游壩坡為1∶2.2,并于1210.00m高程設(shè)置3m寬馬道;下游壩坡為1∶2.0,其構(gòu)造見圖1。

        2 瀝青混凝土心墻關(guān)鍵技術(shù)控制措施

        2.1 瀝青混凝土原材料選擇控制

        2.1.1 瀝青

        通過實(shí)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性研究,大壩心墻采用的瀝青為90號道路石油瀝青,針入度指標(biāo)(250℃,100g,5s)60~88(0.1mm);延度(5cm/min,150℃)≥100cm,延度(1cm/min,50℃)≥10cm;軟化點(diǎn)(環(huán)球法)480℃~550℃;溶解度(三氯乙烯)99.0%,脆點(diǎn)-100℃,閃點(diǎn)(開口法)2600℃;含蠟量(裂解法)2%。

        2.1.2 堿性骨料

        瀝青混凝土砂石骨料選用石灰?guī)r塊石,經(jīng)破碎、篩分獲得,主要控制指標(biāo)如下:

        (1)粗骨料質(zhì)量技術(shù)控制指標(biāo):粗骨料粒徑范圍為2.36mm~19mm,與瀝青黏附性≥4級;

        (2)中細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)控制指標(biāo):細(xì)骨料粒徑范圍為2.36mm~0.075mm,水穩(wěn)定等級≥6級;

        (3)砂石骨料指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)的質(zhì)量要求。

        2.1.3 填料

        填料選用石灰?guī)r加工,粒徑小于0.075mm。

        2.2 配合比設(shè)計(jì)成果研究

        本工程瀝青混凝土配合比先在實(shí)驗(yàn)室對穩(wěn)定性、撓曲性、不透水性和施工和易性進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),經(jīng)過生產(chǎn)性試驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)配合比進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整,確定最優(yōu)施工配合比,配合比實(shí)驗(yàn)成果見表1。

        2.3 瀝青混合料的制備和運(yùn)輸控制

        2.3.1 拌和站選擇研究

        經(jīng)計(jì)算瀝青混凝土拌和強(qiáng)度為43.3t/h,選YQLB1000型瀝青混凝土拌和機(jī),生產(chǎn)能力為60t/h-80t/h。

        2.3.2 原材料加熱

        圖1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩橫剖面示意圖

        表1 瀝青混凝土最優(yōu)施工配合比成果表

        瀝青加熱:瀝青采用導(dǎo)熱油間接加熱,瀝青脫水溫度按120℃±10℃控制,瀝青加熱溫度按150℃~170℃控制。加熱過程中,瀝青針入度的降低不超過10%。保溫時(shí)間不超過24h。

        骨料加熱:骨料的烘干、加熱采用內(nèi)熱式加熱滾筒,滾筒傾角按3°~6°控制,加熱溫度不高出熱瀝青溫度20℃,實(shí)際溫度按170℃~190℃控制。

        表2 瀝青混凝土施工的氣象條件成果表

        2.3.3 瀝青混合料的拌和控制研究

        通過實(shí)驗(yàn)研究,在拌制瀝青混合料前,先對拌和樓系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱,拌和時(shí)拌和機(jī)內(nèi)溫度≥100℃,瀝青混合料在生產(chǎn)過程中稱量精度控制在±0.5%內(nèi);拌制瀝青混合料時(shí),先將骨料和填料干拌15s~25s,再加入熱瀝青一起拌和。瀝青混合料的拌和時(shí)間應(yīng)不少于45s。瀝青混合料的出機(jī)口溫度按150℃~180℃控制。

        2.3.4 瀝青混合料的運(yùn)輸控制

        拌制好的瀝青混合料采用5輛5t保溫自卸汽車運(yùn)輸至工作面,卸入裝載機(jī)給攤鋪機(jī)入倉。

        2.4 瀝青混凝土心墻施工的氣象條件控制

        瀝青混凝土施工的氣象條件研究成果見表2。

        2.5 瀝青混凝土心墻攤鋪、碾壓施工研究與控制

        瀝青混凝土心墻采用分層、全軸線不分段一次鋪筑碾壓的施工方法。

        瀝青混凝土心墻采用攤鋪機(jī)機(jī)械化施工,攤鋪機(jī)無法攤鋪部位如基座、兩岸接頭部位,采用人工攤鋪。

        2.5.1 人工攤鋪

        2.5.1.1 工藝流程確定

        測量放線—基礎(chǔ)面處理(表面清理、干燥、加熱、刷冷底子油和瑪蹄脂)—支立特制鋼?!^度料鋪筑與初步壓實(shí)—人工攤鋪瀝青混合料—抽掉鋼?!^渡料碾壓和瀝青混合料碾壓—鋪蓋氈布—施工質(zhì)量檢查。

        2.5.1.2 關(guān)鍵工藝施工過程控制

        (1)瀝青混合料入倉

        松鋪厚度為28cm,誤差控制在±2cm,碾壓后厚度為25cm±2cm,入倉溫度控制在140℃~170℃。

        (2)混合料與過渡料碾壓

        ①碾壓順序及方法:兩側(cè)過渡料采用2臺(tái)2.7t自行式振動(dòng)碾,瀝青混凝土采用1.5t自行式振動(dòng)碾同時(shí)品字形碾壓,先靜壓2遍后再振動(dòng)碾壓10遍,振動(dòng)碾行進(jìn)速度按30m/min控制。

        ②碾壓溫度控制:碾壓時(shí)溫度按110℃~150℃控制。

        2.5.2 機(jī)械攤鋪

        2.5.2.1 工藝流程確定

        基礎(chǔ)面處理(表面干凈、干燥)—測量放線—攤鋪機(jī)同時(shí)攤鋪瀝青混合料和過渡料—人工攤鋪兩側(cè)岸邊擴(kuò)大段瀝青混合料—過渡料碾壓—瀝青混合料碾壓—施工質(zhì)量檢查。

        2.5.2.2 關(guān)鍵工藝施工過程控制

        (1)混合料攤鋪

        瀝青混合料從瀝青拌和站運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場后,卸入改制的3m3裝載機(jī),由裝載機(jī)給攤鋪機(jī)供料,攤鋪機(jī)行進(jìn)速度按1.2m/min控制。松鋪厚度為28cm,誤差控制在±2cm,碾壓后厚度為25cm±2cm,攤鋪溫度按140℃~170℃控制。

        (2)過渡料鋪筑

        ①填筑順序:心墻瀝青混凝土與過渡料的鋪筑超前壩殼料2~3層,按不高于80cm控制。

        ②緊貼心墻兩邊50cm寬度過渡料采用瀝青混凝土攤鋪機(jī)布料,其它過渡料緊隨攤鋪機(jī)后人工配合反鏟鋪筑、整平。每攤鋪段采用氈布遮蓋心墻,然后整平碾壓。

        (3)心墻與過渡料壓實(shí)控制

        用2臺(tái)振動(dòng)碾先靜壓心墻兩側(cè)過渡料,離心墻20cm~30cm寬度和心墻一起碾壓;接著用1.5t振動(dòng)碾碾壓瀝青混凝土混合料。振動(dòng)碾無法碾壓的邊角部位采用手扶振動(dòng)碾碾壓,輔以人工夯實(shí)。振動(dòng)碾壓行進(jìn)速度30m/min,碾壓時(shí)溫度按110℃~150℃控制。

        2.5.3 瀝青混凝土施工關(guān)鍵要素控制

        2.5.3.1 心墻與過渡料、壩殼料均衡施工控制措施

        (1)心墻與過渡層同壩殼填筑料的高差不大于80cm。

        (2)瀝青混凝土心墻的鋪筑,應(yīng)盡量減少橫向接縫。當(dāng)必須有橫向接縫時(shí),其結(jié)合坡度一般為1:3。上下層的橫縫應(yīng)相互錯(cuò)開,錯(cuò)距>2m。

        (3)心墻兩側(cè)4m范圍內(nèi),禁止使用大型機(jī)械壓實(shí)壩殼填筑料,以防止心墻局部受震畸變或破壞。

        2.5.3.2 瀝青混合料的攤鋪控制要點(diǎn)

        (1)當(dāng)瀝青混凝土表面溫度低于70℃時(shí),采用紅外線加熱器加熱,使溫度不低于70℃。

        (2)連續(xù)鋪筑2層及以上瀝青混凝土?xí)r,下層瀝青混凝土表面溫度應(yīng)降至90℃以下后方可攤鋪上層瀝青混合料。

        (3)瀝青混凝土在入倉后需靜置15min—30min,以便將瀝青混合料中的空氣排出。

        2.5.3.3 瀝青混合料的碾壓

        (1)瀝青混合料碾壓采用1.5t振動(dòng)碾碾壓,初碾溫度為145℃~155℃。碾壓設(shè)定為:先靜碾(無振動(dòng))2遍,然后再動(dòng)碾10遍,碾壓完后再靜碾2遍收光。

        (2)碾壓過程中應(yīng)對碾壓輪定期灑水,以防止瀝青及細(xì)料粘在碾壓輪上,振動(dòng)碾上的黏附物應(yīng)及時(shí)清理,以防施工中“陷碾”。

        2.6 瀝青混凝土雨季施工控制

        2.6.1 預(yù)控措施

        (1)在連續(xù)降雨(日降雨量≥5mm)過程中,瀝青混凝土心墻不施工。

        (2)當(dāng)有大到暴雨及短時(shí)雷陣雨預(yù)報(bào)時(shí),做好停工準(zhǔn)備,停止瀝青混合料的制備。

        2.6.2 雨天施工主要措施

        (1)拌合、運(yùn)輸采用全封閉覆蓋方式。

        (2)采用覆蓋等方式進(jìn)行碾壓密實(shí)。

        (3)碾壓密實(shí)后的心墻高于兩側(cè)過渡料10mm~20mm,以利排水。

        (4)縮小碾壓段,攤鋪后盡快碾壓密實(shí)。

        (5)遇雨停工,接頭做成緩于1∶3斜坡,并碾壓密實(shí)。

        2.7 瀝青混凝土低溫季節(jié)施工

        2.7.1 預(yù)控措施

        當(dāng)日平均氣溫在5℃以下時(shí),屬低溫季節(jié),瀝青混合料不應(yīng)施工。

        2.7.2 低溫季節(jié)的非常規(guī)施工措施

        環(huán)境溫度高于-5℃~0℃情況下,在心墻鋪筑現(xiàn)場搭設(shè)移動(dòng)式暖棚,瀝青混合料的出機(jī)溫度按比正常出機(jī)口溫度高5℃~10℃進(jìn)行控制,采用保溫罐運(yùn)輸混合料,采取措施,加強(qiáng)管理,做到及時(shí)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓,盡量縮短作業(yè)時(shí)間。在上述措施有保障的情況下,通過試驗(yàn),確定各施工參數(shù),方可鋪筑瀝青混凝土心墻。

        3 瀝青混凝土質(zhì)量檢測分析

        3.1 無損檢測

        采用核子密度儀和滲氣儀進(jìn)行無損檢測,核子密度儀平均密度2.383t/m3,最大值2.415t/m3,最小值2.368t/m3;計(jì)算孔隙率平均值1.51%,最大值2.11%,最小值0.50%;滲氣儀測定滲透系數(shù)平均值2.98×10-9cm/s,最大值5.62×10-9cm/s,最小值1.18×10-9cm/s。無損檢測各指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

        3.2 取芯檢測

        瀝青混凝土取芯檢測從鋪筑開始取芯共22次,芯樣各項(xiàng)指標(biāo)全部合格。檢測平均密度2.404t/m3,最大值2.421t/m3,最小值2.393t/m3;孔隙率平均值0.711%,最大值1.16%,最小值0.33%;滲氣儀測定滲透系數(shù)平均值3.07×10-9cm/s,最大值3.53×10-9cm/s,最小值2.85×10-9cm/s,指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。。

        4 大壩安全監(jiān)測分析

        大壩填筑于2012年6月20日到頂,2013年10月3日開始蓄水,于2013年底投產(chǎn)發(fā)電,2014年6月大壩蓄水達(dá)到初期蓄水1210m高程,通過一年運(yùn)行,安全監(jiān)測分析如下:

        (1)壩體沉降分析:大壩沉降主要發(fā)生在施工期,累計(jì)最大沉降量0.47%,達(dá)到初期蓄水高程,基本沒有新的沉降。

        (2)瀝青心墻應(yīng)變位移量(心墻壓縮)分析:累計(jì)最大壓縮應(yīng)變?yōu)?.038,蓄水前變形基本穩(wěn)定收斂,達(dá)到初期蓄水高程后變形很小。

        (3)位錯(cuò)計(jì)變形:蓄水前心墻與岸坡位錯(cuò)計(jì)最大相對變形為-13.1mm,河床位錯(cuò)計(jì)最大相對變形量為-19.0mm,達(dá)到初期蓄水高程后無明顯變形。

        (4)填筑到壩頂時(shí),心墻-壩殼料測縫計(jì)(心墻下游側(cè)),蓄水前心墻-過渡料測縫計(jì)最大位移量為-19.3mm,蓄水后基本無變化。

        (5)瀝青心墻溫度達(dá)到最高溫度之后逐漸降低,蓄水前心墻底部最低溫度為12.4℃,心墻頂部目前最低溫度為18.3℃。達(dá)到初期蓄水高程后瀝青心墻溫度沒有明顯變化。

        (6)大壩達(dá)到初期蓄水位1210m高程,最大水位變幅45.5m,心墻下游最高滲透水位為1146.9m高程,心墻后壩基最大水位變幅為0.9m,壩基滲流很小。

        5 結(jié)語

        石門水電站大壩為瀝青混凝土心墻壩,在高寒地區(qū),且晝夜溫差大,施工時(shí)間短等條件限制下,既要保證工程質(zhì)量,又要保證工程工期,大壩心墻施工質(zhì)量控制即是難點(diǎn)又是重點(diǎn),對原材料質(zhì)量控制、施工配合比控制與研究、施工工藝研究與核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究和控制,心墻每天填筑3層,大壩月平均最高填筑強(qiáng)度達(dá)15.42m/月。安全監(jiān)測信息反饋,大壩蓄水后各種安全監(jiān)測數(shù)據(jù)收斂穩(wěn)定,運(yùn)行安全,證明采用關(guān)鍵技術(shù)控制措施確保高寒地區(qū)高壩瀝青心墻防滲質(zhì)量?!?/p>

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