低温条件下浇筑式沥青混凝土防渗心墙施工.pdf

王军， 姜波． 低 温条件 下浇筑式沥青混凝土防渗心墙施工 文章 编号 ： 1 0 0 6 --2 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 6 —0 0 5 0 —0 3 低 温条件 下浇筑式沥青混凝土 防渗心墙施工 王 军， 姜 波 ( 新疆农八师肯斯瓦特水利枢纽工程建设管理局 ， 新疆石河子市8 3 2 0 0 0 ) 摘要： 肯斯瓦特水利枢纽工程初冬开始截流和填筑堰体， 由于受到低温的影响选择采用浇筑式沥青混凝土心墙作 为堰体防渗结构。浇筑式沥青混凝土是新建土石坝和病险坝修补的一种有效的防渗结构。针对沥青混凝土原材料 的性能特性 ， 总结了浇筑式沥青混凝土防渗层施工方法 ， 并结合工程实例对施工方法进行了详细的介绍。 关键词 ： 低温； 围堰； 沥青混凝土； 肯斯瓦特水利枢纽 中图分类号 ： T V 5 4 3 ． 8 2 文献标识码 ： A Ca s t — — i n— — s i t u As p ha l t Co n c r e t e Cut o ff W a l l Co ns t r uc t e d Un de r Lo w Te m p e r a t ur e WAN G J u n，J I A NG B o ( K e n s i w a t e P r o j e c t C o n s t r u c t i o n A d m i n i s t r a t i o n ， A g r i c u l t u r a l D i v i s i o n 8 ， X i n j i a n g C o r p s ， S h i h e z i 8 3 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： R i v e r C l o s u r e a n d c o f f e r d a m e m b a n k m e n t o p e r a t i o n o f K e n s i w a t e P r o j e c t a r e p e r f o r m e d e a r l y i n w i n t e r ． B e c a u s e o f l o w t e m p e r a — t u r e ，t h e i mp e r v i o u s s t ruc t u r e a p p l i e s t h e c a s t - i n - s i t u a s p h alt c o n c r e t e wall ， wh i c h i s a n e f f e c t i v e o n e f o r n e w l y - b u i l t e a r t h — r o c k fi l l d a m c o n s t ruc t i o n a n d d a m d e f e c t r e me d y ．I n t h i s p a p e r ，c o n s t ru c t i o n me t h o d o f t h e c a s t - i n - s i t u a s p h alt c o n c r e t e w all i s s u mma r i z e d b a s e d o n p r o p e r t y o f a s p h a l t c o n c r e t e ．Me anwh i l e． t h e me t h o d i s d e s c r i b e d i n d e t a i l w i t h e n g i n e e r i n g p r a c t i c e ． K e y w o r d s ： l o w t e m p e r a t u r e ； c o f f e r d a m； a s p h al t c o n c r e t e ； K e n s i w a t e P r o j e c t 肯斯瓦特水利枢纽工程位于新疆玛纳斯河干流 中游 ， 距乌鲁木齐市约 1 6 0 k m， 是玛纳斯河流域规 划 中的一座控制性骨干工程 ， 具有 防洪 、 灌溉 、 发 电 等综合利用功能 。枢纽工程 由砂砾石 面板坝 、 右岸 溢洪道 、 泄洪洞 、 发电引水系统及 电站厂房等主要建 筑物组成， 水库正常蓄水位 9 9 0 I n ， 最大坝高 1 2 9 ． 4 0 1T I ， 总库容 1 ． 8 8亿 i n ， 电站装机容量 1 0 0 MW， 设计 年发电量 2 ． 7 0 3亿 k Wh 。 1 上游同堰防渗形式的选择 上游围堰位于面板坝趾板上游约 4 0 IT I 处 ， 围堰 截面 为 梯 形 断 面， 坝 顶 宽 1 2 1T I上 下 游 坝 坡 为 1： 2 ． 0 ， 围堰顶长 1 4 0 ． 0 7 m， 最大堰 高 3 5 m。施工 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 4 — 0 7 作者简 介 ： 王军 ( 1 9 6 9 一)， 男 ， 四川省 ， 工程师 ， 从 事水利水 电工 程建设管理工作． 期为 2 0 1 0年 1 1月 中旬至 2 0 1 1年 3月 中旬之 间。 在初步设计阶段采用了土工膜心墙 的防渗形式。进 入施工阶段经过分析认为 ， 土工膜防渗心墙虽然造 价低 、 工艺简便且施工速度快 ， 但在低温条件下 ， 土 工膜的焊接及铺设质量难 以保证。主要是 由于工程 截流时间已到 1 O月下旬 ， 在完成围堰防渗心墙混凝 土基座后 ， 已到了 1 1月 中旬 ， 这时的 13 平 均气温 已 达到 一l 0 ℃ ， 1 2月 中、 下 旬 最 低 气 温 将 已 达 到 一 3 0℃， 在这种情况下， 原本在常温下柔软且塑性 良 好的土工膜就变得既脆 又硬 ， 土工膜 的卷绕 、 展开 、 热熔焊接以及修补等都变得非常困难。在这种环境 下施工 ， 质量很难得到保证。而浇筑式沥青混凝土 防渗心墙虽然造价较高、 施工工艺较复杂， 但仍然有 施工质量和工程进度不受低温天气的影响， 防渗效 果好等优点。并且， 新疆克拉玛依所产的沥青品质 较好， 距施工现场 3 0 0 余 k m， 运输较为方便， 这也为 采用沥青混凝土防渗墙创造有利的条件。经过分析 西北 水 电 2 【 】 l 3年 第 6期 5 1 比较 ， 同意将原 围堰防渗材料 由土工膜心墙变更 为 沥青混凝土心墙 。上游围堰断面如图 1 。 图 1 上游围堰断面 图图 单位 ： c m 2 沥青混凝土防渗心墙配合 比及技术 指标 沥青混凝土防渗心墙配合 比由新疆农业大学水 利水电设计研究所进行室 内试 验后 ， 又在现场 的工 地试验室进行了复核和优化 ， 主要技术指标见表 1 ， 2。 表 1 浇筑式 沥青混凝土主要技术指标表 表 2 浇筑式沥青混凝土现场使用材料配合比表 3 低温下浇筑式沥青混凝土施丁工艺 及质量控制 常温下浇筑式沥青混凝土制备设备和施工工艺 已较成熟 ， 但是在平均一 2 0℃的条件下连续 、 快速施 工并保证施工质量 ， 仍然需要对拌和站位置选择 、 骨 料的加热保温 、 沥青 的脱水 、 混凝土 的运输 、 人仓浇 筑 以及拆模等具体施工工艺进行合理化布置 ， 下面 结合本工程的施工过程进行介绍。 ( 1 ) 拌和站位置的选择。第 1 ， 在极低温度下， 拌制好 的沥青混凝土在运输过程 中温度下降较为迅 速 ， 需尽可能的就近设 置拌 和站 ； 第 2 ， 拌和站需要 阶梯形布置 ， 每层根据设备 的布置需要一定面积 的 场地 ， 以存放包括骨料 、 填料 以及沥青罐等材料。根 据这 2个 因素 ， 本工程选择在河床左岸 4号路旁边 9 0 7 m的高程处设置 了拌和站 ， 拌和站距 围堰轴线 距离约 2 0 0 m。根据地 形条件 ， 拌和站利用 了 3个 不同高程的平台， 每个平台高差约4 m， 其中最高处 的一个平 台面积约 4 0 0 m ， 放 置了 1个 1 2 1T I 的沥 青罐 ， 搭建了约 3 0 0 m 的帆布暖棚 ， 在 暖棚底部铺 设 0 4 0的地热管 以加热骨料 ， 避免 由于骨料结块而 影响计量 ， 地热管上堆放 3 r n厚 的骨料。第 2个平 台上设置滚筒式骨料加热器和 1台 0 ． 3 5 m 的强制 式拌和机 ， 第 3个平 台停放 接料用 的铲车。实际使 用证明， 如此设置既减少 了开挖工程量 ， 避免 了交叉 运输 ， 又满足了工程进度需要 ， 唯一不足的就是沥青 罐位置较高， 沥青运输车辆需要机械辅助才能就位 。 ( 2 )沥青混凝土的拌制和运输 。沥青卸人沥青 罐后即需将温度控制在 1 3 0～1 4 0 o C 之间 ， 一方面继 续蒸发沥青 内的水分 ， 同时也使得沥青能够通过管 道顺利地流人计量桶 内。在此过程 中要严格控制沥 青温度上限， 并在沥青罐上安装带 自动声音报警装 置的温度计 ， 同时将沥青提前加热 时间控制在 6 h 以内 ， 以避免高温和长时间加热而造成沥青老化 ； 应 提前 2 d对骨料进行预热 ， 原则为骨料不结块。本 工程采用地热管的方式对骨料加热 ， 可保证 室外温 度为- 3 0℃时 ， 骨料堆表面温度达到 0～2℃， 内部 温度达到 3～ 6℃ ， 骨料通过 吊秤计量后即可投入滚 筒式加热器进行脱水 和加热 ， 骨料温度可通过红外 线测温仪和加热时间来进行控制。本工程经过摸索 得出， 在燃烧器中加热 4 m i n l 5 s的时间即可将骨料 加热至 1 7 0℃。在用 红外 线测温仪测定 骨料温度 时 ， 应考虑可能受火焰燃烧器的影响， 温度控制精度 反而没有用加热时间控制来 的精确。骨料和沥青的 5 2 王军， 姜波． 低温奈件下浇筑式沥青混凝土防渗心墙施工 拌和温度也可以通过沥青和骨料接触时烟雾的浓淡 来进行直观的判断， 如果接触时产生淡蓝色的烟雾 ， 说 明骨料温度适当； 如果烟雾稀少 ， 则说明骨料温度 过低 ； 如果烟雾浓密并发白或偏黄， 则说明骨料温度 过高。在此情况下 ， 沥青被高温的骨料碳化 ， 形成塑 性状态的团状物 ， 已完全失去流动性 ， 应坚决废弃 ， 避免人仓后无法 自密实而产生空洞 ， 留下质量隐患。 短距离的条件下 ， 用铲车运输拌制好 的沥青混凝 土 是一种较好 的选择 ， 本工程用铲车运输距 离 2 0 0 IT I ， 在环境温度为一 2 5—一 3 0℃条件下 ， 拌和机 出机 口 温度 1 5 0℃， 人仓温度可控制在 1 4 5℃ ， 较好地解决 了沥青混凝土在运输过程 中温度下降和流动性损失 等问题。 4 沥青混凝土 的浇筑施 工 4 ． 1 沥青混凝土心墙分层浇筑厚度的选择 沥青混凝土心墙通常采用分层浇筑 的方法进行 施工 ， 分层厚度取决于沥青混凝土拌制速度 、 单层混 凝土量以及坝体同步上升速度等 ， 层厚过低 ( 4 0 c m 以下) ， 结合缝较 多 ， 容易产生质量 隐患 ， 并 影响施 工速度 ； 层厚过高 ( 6 0 c m 以上 ) ， 模板提 升较为 困 难 ， 并且模板提升后 ， 沥青混凝土在 自身重力作用下 较容易塌陷， 产生部分浪费。因此 ， 通常沥青混凝土 的分层厚度取中间值 ， 如果 由于混凝土数量较大， 难 以满足较大厚度连续浇筑时， 也可采用分段浇筑 ， 分 段所产生的横缝处理方法与常规混凝土类似。本工 程结合上述考虑因素 ， 选择 6 0 c m的分层厚度 ， 在一 层内连续浇筑 。 4 ． 2 混 凝土 基座面 的 处理 混凝土基座完成施工并在强度达到 7 5 ％后 即 可进行沥青混凝土的施工， 但这时， 混凝土基座表面 通常为潮湿状态 ， 在低温开挖的基槽内尤其如此 ， 采 用剔除喷灯烘烤以及刷冷底子油等方式也难 以达到 沥青混凝土心墙和混凝土基座粘接牢 固的 目的 ， 如 果心墙厚度较薄或提模板 的方式和时间掌握不当， 很容易造成沥青混凝土心墙撕裂或与混凝土基座脱 离的现象发生 ， 因此 ， 强烈建议在基座内预埋镀锌止 水铁皮。本工程采用 0 ． 7 5 m m厚的镀锌铁皮 4 0 c m 宽， 2 0 e m预埋在混凝土基座内， 2 0(3 1／ 1 插入沥青混 凝土心墙内。基座混凝土表面剔除浮浆 、 高压风枪 吹扫以及汽油喷灯烘烤后 ， 即可在干燥的混凝 土表 面涂刷两遍冷底子油和沥青玛蹄脂 ， 最后在沥青玛 蹄脂上覆盖硬纸壳或牛皮纸 ， 以避免在立模和填筑 过程中沥青玛蹄脂表面受到污染 。 4 ． 3钢模制作安装 钢模采用 6 0 e m( 高) x 6 m( 厚) x l 5 0 0 c m( 长) 的 钢板制作 ， 采用 ／_ ． 4 0 x 4 mm的角铁制成两侧和顶部支 撑， 每根角铁预先用切割机按照心墙 的厚度切 出卡 槽 ， 沿着模板每隔 1 I T I 放置 1 根角铁 ， 以保证模板上 口宽度达到心墙厚度要求 ， 为保证模板 中间和底部的 宽度也达到心墙厚度要求， 采用 2 ． 5 c m厚 的模板制 成 3 0 c m宽的分隔板 ， 每 1 m一块插入心墙两侧模板 中； 钢模在安装前 ， 应在沥青混凝接触面先涂刷黄油 ， 然后粘贴表面平整和硬质的牛皮纸作为隔离和脱模 之用。本工程先后采用 了刷隔离剂、 粘贴报纸和硬质 牛皮纸多种实验 ， 结果表明： 刷隔离剂 ， 钢模脱模 困难 且表面污染严重 ， 沥青混凝土心墙在 自重下塌陷也最 为严重， 拆模后 6 0 e m的层高塌陷达到2 0 c m； 采用粘 贴报纸时， 拆模比较容易， 塌陷 1 0 c m左右 ； 粘贴硬质 牛皮纸时， 拆模最为容易 ， 塌陷不超过 5 c m。因此 ， 采 用硬质牛皮纸作为隔离剂时， 钢模拆 除后 ， 牛皮纸仍 然可以代替部分模板作用。 4 ． 4 心墙两侧过渡料的铺筑和压实 模板 立好 后 即可进行两侧过渡料 的铺筑 和压 实， 施工过程应重点控制过渡料的最大粒径 ， 不易超 过 4 c m， 级配应 当连续并最好偏细 ， 否则将 造成沥 青混凝土的巨大浪费。过渡料 的铺筑和压实方法按 常规处理即可 。 4 ． 5 沥青混凝土的入仓 沥青混凝土入场前 ， 仔细检查仓面， 发现有掉入 的杂物和卵石要及时捡出 ， 然后用扫帚清扫结合面 ， 清理完成后即可进行人仓。沥青混凝土浇筑时从最 低处水平分层 向上浇筑 ， 随着 浇筑取 出分 隔木板。 沥青混凝土人仓时 ， 以 3 0 c m振动棒辅助平仓 ， 可取 得 比较好 的效果。在人仓过程中重点检查是否有未 拌匀的生料和沥青碳化的团状物出现， 如有发现 ， 应 当立即清除。 4 ． 6拆模 拆模时间和拆模温度是沥青混凝土心墙施工的 关键和难点之一 ， 各地所取得的经验数据也不完全 一 致 ， 归纳起来有 2种趋势 ： 第 1种 ， 尽可能早的进 行拆模 ， 例如在浇筑完成 3 0 ra i n 就进行拆模， 这种 ( 下转第 5 5页) 西北 水 电 2 0 1 3年 第 6期 5 5 张开以便他人装石 ， 现采用 自制装石设施 可以将柔 性 网箱固定在装石设施上 ， 可方便地采用小装载机 进行机械装石。 ( 2 )吊装方便 ， 移动灵活 由于 自制装石设施采用 刚性材料制成 ， 对石笼 有 固定作用 ， 因此吊装方便 ， 也有利于装石网箱的移 动与定位。 ( 3 )提高了水下施工质量 自制石笼装石设施的使用避免 了柔性 吊装水下 摆放时石笼 的扭 曲变形 ， 从而增强了同排石笼 间的 结合程度 ， 提高了施工质量 。 ( 4 )经济高效 用时进行组装 。这样不但可 以较好地控制装石设施 的精度 ， 而且可以拆卸 ， 便于运输与存放。 5 结语 该装石设施成功地应用于青海湖二 郎剑景区码 头改扩建工程 网箱石笼施工 中， 在施工进度 、 施工质 量及安全方 面起 到了至关重要 的作用 ， 对 同种结构 的网箱施工有一定 的推广意义 ， 对不同结构 网箱施 工有一定的借鉴意义。 参考文献 ： 『 1 ] 高立国 ， 王伟江 ， 李 荣生． H HI 3 C X一 1型组 合式铅 丝笼装 石器 利用 自制石笼装石设施可用装载机进行机械装 在黄河抢险中的应用[ J ] l 现代制造技术与装备， 。 ， ( ) ： 石 ， 与人工装石相 比， 减少了人员投入 ， 提高 了装石 [ 2 3 常-- 0 志 0． 朋 ， 赵倩． 层次分析法在河道护岸堤型 护坡 材料选择 中的 速度 ， 施工成本相对降低。 应用⋯ ．甘肃水利水 电技术 ， 2 ⋯， 4 7 ( 1 ) ： 4 1 — 4 5 ． ( 5 )安全可靠。 [ 3 ] 杨道富， 杨志保， 潘远友， 郭汉生． 铅丝笼的应用及特性研究 4装 石 设 施 的 优 化 改 进 设 想 耋 由于装石设施体型较大 ， 且使用的钢板较厚 ， 自 黑龙江水利科~, 2 0 0 8 , 3 6 ( ) ： ’ 行加工日 寸 精度不易控制 ， 因此在制作过程 中可考虑 ：~ J , 2 箱护 01 1, 坡 ( 5 汤镇防洪 。工程 中的应 将底板与侧板单独加工， 并设置螺栓连接机构 ， 在使 ( 上接 第5 2页) 第 1层沥青混凝土的浇筑 ， 至 2 0 1 2年 3月 1日完成 方式认为如果沥青心墙与模板问的摩擦力大于模板 了沥青混凝土以下坝高的施工 ， 平均施工温度低于 内沥青混凝土本身强度 ， 即使在拆模过程 中造成沥 一 2 0 o C， 在如此低温下 ， 采用浇筑式沥青混凝土分层 青混凝土撕裂， 但这时沥青混凝土温度较高 ， 尚有一 施工 ， 较好地解决 了沥青混凝土在运输过程 中温度 定的流动性 ， 因此有 自愈能力 ； 第 2种 ， 应当随着沥 下降和流动性损失等问题。 青混凝土温度降低， 例如 8 0 o C以下时， 沥青混凝土 上游围堰经过 2 0 1 1 年、 2 0 1 2年 2个洪水期的 本身强度大于与模板的摩擦力 ， 提升模板时 ， 避免将 检验 ， 围堰整体渗漏水量远小于设计值 ， 满足施工质 心墙撕裂 。针对这 2种拆模方式 ， 本工程在现场分 量要求 。 别就人仓 9 0 ra i n后 、 沥青混凝土表面 9 5℃和人仓 5 垒 出 士 h 后 、 沥青混凝土表面温度 7 3 o C进行 了拆模试验 ， 参 考 又 献 ： 从两侧挖开的断面来看 ， 这 2种方式均没有造 成沥 [ 1 ] 新疆兵团 设计院． 肯斯瓦特水利枢纽工程初步设计报告[ R ] ． 青混凝土撕裂 ， 但第 1种拆模方式造成 沥青混凝塌 。 。 陷 超 过1 0 c m 。 因 此 ， 本 工 程 拆 模 时 间 完 成 人 仓 后 5 爱 ’ 爱 式 沥 青 混 凝 土 防 渗 层 配 合 比 优 选 方 法 研 究 h进行控制 ， 拆模时先用人工抬动模板 ， 然后 以装载 [ 3 ] 丁朴荣 ．水工沥青混 凝土材料 选择与 配合 比设计 [ M] ． 北京 ： 机将模板提出， 在拆模时要注意匀速提模 ， 避免突然 水利电 力出 版社 ，1 9 9 0． 用力。 [ 4 ] 王叶林， 秦边疆． 浇 筑式沥 青混 凝土心墙施丁技术的创新及 其 5 结语 补 施( 1 1 ) ：4 0 - 4 2 西北 ． ~NNNN~ 3 5 m， 总填筑量 2 4万 m3 ， 沥青混 水电’ o 。 ， ( ) ： 。 一 凝 土心墙 1 4 3 0 m ， 从 2 0 1 0年 1 1月2 5日开始进行