張河灣抽水蓄能電站瀝青混凝土接縫處理車的設計

陳永清 劉 潘 徐其彬

（三峽大學 機械與材料學院，湖北 宜昌 443002）

張河灣抽水蓄能電站上庫采用開挖筑壩圍庫而成，大壩類型為堆石壩，最大壩高57m.上庫采用瀝青混凝土面板全庫盆防滲，防滲結構為復式斷面，即由整平膠結層、排水層、防滲層及封閉層組成［1］.瀝青混凝土采用熱工況施工，從混合料的制備、運輸、攤鋪至碾壓完畢整個施工過程均有嚴格的溫度要求，以此確保面板的防滲質量.在攤鋪碾壓的過程中產生多種、多條接縫，對接縫的合理處理是確保防滲的前提，設計出合乎施工要求的瀝青混凝土接縫處理車對提高施工效率、降低施工難度、確保施工質量十分重要.

1 工程概況

張河灣抽水蓄能電站上部巖體完整性差，風化層厚度大，巖體滲透性強，巖體中沒有明顯的相對隔水層，上水庫地基存在嚴重滲漏問題，必須做好全面防滲處理.采用瀝青混凝土面板全庫盆防滲，防滲總面積約33.7萬m3，瀝青混凝土總量9.31萬m3.庫底面板厚28.2cm，庫坡面板厚26.2cm.最大斜坡面長度約70m，最陡坡比是上游坡度為1∶1.75（豎直向：水平向）.庫底瀝青混凝土施工由自卸汽車直接供料.2臺攤鋪機攤鋪作業，攤鋪條帶寬6m.攤鋪條帶開放邊呈45°角.整平膠結層、排水層和防滲層攤鋪厚度分別為86mm、120mm、111mm.施工工程量大，難度高.結合工程中土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲墻施工規范（試行）編制說明，在此僅對防滲層進行接縫處理.

瀝青混凝土防滲層條帶間的接縫分為熱接縫和冷接縫.條帶接縫處溫度高于100℃的為熱接縫，低于100℃的為冷接縫.

1）縱向熱接縫處理.當溫度大于140℃時，施工方法與一般區域相同，直接碾壓.當溫度在100～139℃時，需要進行再加熱，同時用攤鋪機攤鋪新舊條帶之間的接縫區域.

2）縱向冷接縫處理.先將接縫上存在的雜物清理干凈，然后在攤鋪新條帶前1.5h涂一層冷瀝青，再進行加熱.加熱標準是將已攤鋪條帶邊緣深度不小于10mm范圍加熱至高于100℃，同時用攤鋪機攤鋪新舊條帶之間的接縫區域.

張河灣抽水蓄能電站施工過程中整個庫盆熱縫共計2 300條，冷縫共計3 124條.本文從接縫加熱處理方面入手設計出瀝青混凝土接縫處理車，采用此設備可以對接縫進行加熱和碾壓處理，從而可以實現快速連接接縫，此設備已生產并投入使用，并在張河灣抽水蓄能電站的修筑工程中發揮重要作用.

2 設計要求

在液壓絞車的牽引下，瀝青混凝土接縫處理車在斜坡面上下移動工作，自身具備轉向、制動功能.工作時，車上的加熱系統來加熱坡面上的接縫，配備瀝青混凝土振動碾，碾壓加熱后的瀝青混凝土接縫，實現防滲層接縫處的連接.防滲層接縫瀝青混凝土的溫度為160～190℃，且距表面10mm處溫度達到100℃以上，需處理接縫尺寸2.96m×0.32m.

3 瀝青混凝土接縫處理車的設計

3.1 紅外加熱裝置的設計

加熱裝置是接縫處理車的核心，完成接縫的加熱，從而實現接縫的攤鋪和連接.瀝青混凝土施工接縫加熱的方法有多種，按照傳熱方式來分，有輻射、對流和傳導3種，通常國內外采用熱風循環加熱、直接加熱等方式，其對接縫的處理原理簡單，施工困難.紅外加熱目前廣泛應用于化工涂料加熱，能達到很好的加熱效果.

根據韋恩位移定律

式中，T 為輻射面溫度（℃）；α為韋恩常數，取值2 897；λm為輻射峰值波長（μm），輻射峰值波長取3μm，則輻射表面溫度為700℃左右，液化氣的燃燒溫度為900℃左右，采用燃燒液化氣產生紅外線輻射的方法可以實現.

瀝青混凝土的導熱系數小，比熱大，其擴散系數小.同時，熱穩定性差，當溫度太高時，瀝青就開始分解，因此，對于瀝青路面的現場熱再生，必然以輻射為主，其它加熱方式為輔.燃燒液化氣通過紅外發生器產生紅外線輻射熱源，對瀝青混凝土加熱，熱量傳遞不需要中間介質，直接透入到物體內部，物體受熱比較均勻.它的穿透能力很強［2］，在很短的時間內可以加熱到路面的深層，保證接縫的質量.解決了瀝青混凝土就地加熱的施工工藝，同時簡化了施工過程，提高了施工效率.

為滿足接縫加熱溫度的要求，熱縫和冷縫的起始溫度不同.選用加熱功率P為11 000Kcal／h的石油液化氣紅外加熱板8塊固定在加熱車底盤框架上，通過調節加熱板的位置和角度以及加熱車的前進速度，實現冷、熱縫的加熱.加熱板放出的熱量被瀝青混凝土吸收，由熱量計算公式Q＝cmΔT可知，在時間t內加熱，初步計算瀝青混凝土溫度上升ΔT，則ΔT＝Q吸／cm.式中，Q吸為瀝青混凝土吸收的熱量，Q吸＝Q·η；Q為紅外線加熱板釋放的熱量，Q＝P·t；η為加熱效率，η＝70%，其余部分由加熱空氣和設備消耗；c為瀝青混凝土比熱容，值為1.7×103J（kg·℃）；m為所加熱的混凝土質量；加熱車在斜坡上運動，所加熱的瀝青混凝土質量為所加熱過的所有混凝土的質量，即有m＝ρV＝ρB（vt）h；ρ為瀝青混凝土的密度，值為2.45×103kgm3；B 為加熱的寬度，值為0.32 m；v為加熱車行進的速度，熱縫絞車牽引加熱車前進速度為4m／min，冷縫前進速度2m／min；h為混凝土加熱的深度，大于10mm，取值為15mm；則

將數值代入上式，可得熱縫上升的溫度為：ΔT＝53℃，升溫后滿足縱向熱縫加熱處理的要求；冷縫上升的溫度為：ΔT＝106℃，升溫后滿足由常溫下加熱縱向冷縫處理的要求.

3.2 處理車的主要組成部分及工作原理

瀝青混凝土接縫處理車的組要組成部分為：液壓絞車、底盤、發電機、變頻器、高頻外置振動碾、液化氣罐、紅外線加熱板等，結構如圖1所示.

工作原理：紅外線加熱板安裝在處理車的底盤上，液化氣罐提供紅外加熱板加熱所需的液化氣，點燃后加熱接縫處的瀝青混凝土，在液壓絞車的牽引下沿著斜坡向上運動，加熱后的接縫在高頻外置振動器的振動下得到壓實，沿著整條斜坡運動后，即可完成接縫.

圖1 瀝青混凝土接縫處理車

3.3 瀝青混凝土接縫處理車的整體設計

1）液壓牽引車牽引接縫處理車沿著坡面運動，實現接縫.液壓牽引車最小牽引力25kN，容繩量100 m，鋼絲繩直徑16mm，本機在寧波赫格隆提供的圖號《J003194AW》基礎上加排繩器及盤式制動器（鋼絲繩3層），最大速度30m／min，上行速度0～4m／min（6檔）.

2）底盤的寬度和長度為4.9m×2.1m，采用一汽紅塔藍箭牌LJC3041D自卸汽車底盤.

3）通過振動碾碾壓壓實接縫.振動碾一方面利用自重壓實，另一方面借助振動作用克服混凝土骨料的摩擦力，從而對混凝土進行壓實.本機選用高頻外置振動碾AR44／6／042，激振力為0～9.49kN，振動頻率200Hz，功率為1.4kW，額定電流18.3A.

4）發電機為振動碾提供動力源，變頻器輸出振動碾需要的工作頻率，滿足振動碾輸入輸出條件.由振動碾的要求確定發電機和變頻器的具體型號見表1～2.

表1 發電機（KDE5000T）

表2 變頻器（KTU1／0.42／200Hz）

5）液化氣罐（2罐），儲存紅外線加熱板加熱所需的液化氣.市場上提供的居民使用的液化氣即可.

6）燃燒液化氣通過紅外線發生器產生紅外線輻射熱源，對瀝青混凝土加熱.通過改變紅外線加熱板調節架的位置，可以使得本機適應傾斜角為0～30°范圍內的斜坡接縫處理.

4 處理車的使用注意事項

接縫應避開結構物及下面層的接縫位置，該位置應保持碾壓不受阻擋.處理車在開始前進必須預熱充分，起步速度達到2～4m／min（正常攤鋪速度），不能太慢，否則會出現拖痕，影響結構厚度，嚴禁停在接縫處原地不動.攤鋪前，施工人員需將接縫用的耙子、鐵鍬等工具上粘附的殘渣清理干凈，及時整平不影響處理車的碾壓.接縫攤鋪層施工結束后再檢查平整度，當有不符合要求的情況應趁混合料尚未冷卻時立即處理，以保證接縫處的平整.

5 結 語

瀝青混凝土防滲是水電工程中極其重要的一部分，其中接縫的處理是影響整個工程質量的關鍵.張河灣抽水蓄能電站是國內繼天荒坪電站之后大規模采用瀝青混凝土防滲形式的水電工程之一，通過施工證明采用本套瀝青混凝土接縫處理設備圓滿地達到了施工中大量接縫處理要求，為碾壓式瀝青混凝土工程建設積累了施工經驗.

［1］ 夏昌軍，李中波，祝中軍.張河灣抽水蓄能電站瀝青混凝土防滲面板施工質量控制［J］.葛洲壩集團科技，2008（1）：23－26.

［2］ 李 剛.燃氣紅外輻射加熱技術在瀝青路面養護中的應用［J］.Friend of Science Mateurs，2008，B（1）：25－26.