寒區(qū)抽水蓄能電站工程瀝青混凝土心墻施工技術(shù)

馬智法 解永澤 杜全勝 譚 春

(1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061； 2.吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林 敦化 133700;3.吉林省達(dá)興工程檢測有限公司，吉林 長春 130031)

1 概述

敦化抽水蓄能電站上、下庫均采用瀝青混凝土心墻作為防滲結(jié)構(gòu)，瀝青混凝土心墻與基座連接處密實(shí)性和結(jié)合強(qiáng)度關(guān)乎整個(gè)工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)受基座處有止水銅片和基座型式的影響，該處瀝青混凝土往往較難密實(shí)，本項(xiàng)目引入振碾工藝解決該項(xiàng)技術(shù)難題。由于敦化抽水蓄能電站地處高寒地區(qū)，為了加快施工進(jìn)度有必要開展低溫施工技術(shù)研究。綜上本文主要針對瀝青混凝土心墻基座處施工和低溫施工開展專項(xiàng)研究，解決具體工程實(shí)踐問題。

2 瀝青混凝土心墻與基座連接處施工技術(shù)

2.1 施工工藝原理

目前，對于瀝青混凝土心墻與基座連接處的施工方法，其機(jī)理可作如下的概述：澆筑式瀝青混凝土施工方法要求瀝青混合料瀝青含量較高，在高溫時(shí)粘性較小流態(tài)表現(xiàn)較強(qiáng)，因此無需外力靠自身流動即可密實(shí)；碾壓式瀝青混凝土的瀝青含量較低，其高溫降至適當(dāng)溫度的過程中，瀝青混合料的粘性可塑狀態(tài)維持較長，施工時(shí)采用外力擠壓瀝青混合料，使內(nèi)部空氣在機(jī)械力的作用下排除，達(dá)到密實(shí)的效果；近年來發(fā)明的振搗式瀝青混凝土施工方法瀝青含量介于碾壓式和澆筑式之間，入倉后溫度降低過程中較長時(shí)間瀝青混合料呈現(xiàn)的粘性半流態(tài)，此時(shí)靠自流可以排除部分內(nèi)部空氣，但無法達(dá)到工程要求的密實(shí)程度，因此可通過刀式振搗器插入瀝青混合料內(nèi)部進(jìn)行振搗迫使內(nèi)部空氣上浮排除形成密實(shí)體。

本文開創(chuàng)了一種新的施工方法，該施工方法的設(shè)計(jì)依據(jù)主要是充分利用瀝青混凝土的自身粘彈特性和溫度敏感特性，即：高溫時(shí)具有可塑性和較好的施工和易性，適宜振搗施工，通過刀式振搗器插入瀝青混合料內(nèi)部振搗迫使內(nèi)部空氣上浮排除形成密實(shí)體，且振搗時(shí)瀝青混合料自有的粘彈性不會使其產(chǎn)生離析分散；隨著溫度的降低，瀝青混凝土和易性降低、粘彈性增強(qiáng)，此時(shí)最佳的密實(shí)方式應(yīng)為外力碾壓，因此發(fā)明了先振后碾的施工工藝。該施工方法充分發(fā)揮了振搗式施工所具有的高溫快速密實(shí)特點(diǎn)，同時(shí)兼顧了碾壓式施工所具有的大規(guī)模、機(jī)械化程度高的優(yōu)點(diǎn)。在不增加施工工序的前提下(振搗器附在攤鋪機(jī)后隨攤鋪機(jī)行進(jìn))減少了碾壓施工遍數(shù)，縮短了施工時(shí)間，保證了瀝青混凝土的勻質(zhì)性和密實(shí)性。

2.2 施工技術(shù)

振搗設(shè)備定型是振搗式瀝青混凝土推廣的技術(shù)關(guān)鍵，其中有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：

1)振搗器參數(shù)選擇，關(guān)鍵為合理確定刀片間距；

2)振搗器行進(jìn)，關(guān)鍵為振搗設(shè)備行進(jìn)、與攤鋪設(shè)備有機(jī)結(jié)合。

為了確定刀式振搗器刀片間距離，進(jìn)行了小型試驗(yàn)研究，具體方法為在室內(nèi)制作小型試驗(yàn)段，其尺寸為50 cm×50 cm。試驗(yàn)時(shí)首先將試驗(yàn)段澆筑瀝青含量為8%的瀝青混合料，四周用模板固定，而后邊振搗邊插入單刀片振搗器，插入位置為距一側(cè)模板20 cm，據(jù)另外一側(cè)30 cm，振搗60 s后，取出振搗器，而后覆蓋保溫措施。試驗(yàn)得出下述結(jié)論：

1)刀片與模板間距20 cm內(nèi)瀝青混凝土密度明顯小于間距為30 cm孔隙率；

2)刀片的振搗力有效區(qū)間應(yīng)為15 cm。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，確定瀝青混凝土刀式振搗器間距為15 cm，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)瀝青混合料攤鋪機(jī)械設(shè)備、瀝青混凝土和易性結(jié)果，確定振搗器形式，設(shè)計(jì)了尾部攜帶，可調(diào)攤鋪高度連接結(jié)構(gòu)，使施工實(shí)現(xiàn)自動化，具體如圖1所示。

2.3 施工試驗(yàn)

碾壓式瀝青混凝土心墻與基座混凝土的連接部位，一般工程中，為了增大結(jié)合處滲徑，瀝青混凝土心墻多采用止水銅片，但由于止水銅片位于碾壓式瀝青混凝土心墻底部中軸線，這將極大的增加了碾壓施工的難度。本文根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司自主發(fā)明的振搗式瀝青混凝土專利技術(shù)，確定本次施工試驗(yàn)具體方案為：

1)從配合比角度，為了使瀝青混合料易于與止水銅片粘結(jié)牢固，在現(xiàn)行施工規(guī)范允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加瀝青含量；

2)在碾壓工藝前，利用振搗器在止水銅片兩側(cè)進(jìn)行振搗，可使止水銅片兩側(cè)瀝青混凝土在碾壓施工前完成密實(shí)，讓其有穩(wěn)固的支撐。因此，在后續(xù)的碾壓施工過程中，可保持止水銅片在心墻中軸線上。本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及芯樣形態(tài)分析結(jié)果如表1所示，從表1中試驗(yàn)結(jié)果可以看出各試驗(yàn)參數(shù)施工所得孔隙率均符合設(shè)計(jì)要求，孔隙率隨碾壓遍數(shù)增加而減小趨勢明顯，與未加入振搗工藝的芯樣比較加入振搗工藝的芯樣孔隙率明顯較低，止水銅片均無偏離中軸線現(xiàn)象出現(xiàn)。

表1 關(guān)鍵部位施工試驗(yàn)分析表

3 低溫施工技術(shù)研究及保溫措施

3.1 常溫施工試驗(yàn)

常溫瀝青混凝土試驗(yàn)場選擇在工程下水庫瀝青混凝土拌合站附近，完成基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作后，按以下工序進(jìn)行試驗(yàn)段施工，人工鋪筑作業(yè)工藝：施工準(zhǔn)備→測量放線→立模→過渡料攤鋪→過渡層的初碾→瀝青混合料的攤鋪→拆模→瀝青混合料和過渡層材料的同步碾壓→終碾。機(jī)械鋪筑作業(yè)工藝：施工準(zhǔn)備→層面清理→測量放線→固定定位線→攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪→過渡層的初碾→瀝青混合料和過渡層材料的同步碾壓→終碾。

綜合圖2,圖3中試驗(yàn)結(jié)果，確定碾壓參數(shù)為靜2+動8+靜2為最佳碾壓遍數(shù)，控制碾壓溫度為130 ℃～150 ℃。

3.2 低溫施工試驗(yàn)

低溫試驗(yàn)選擇在溫度較低區(qū)域進(jìn)行，試驗(yàn)施工過程中采取的低溫施工保溫措施如下：

1)攤鋪設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行保溫處理；

2)適當(dāng)提高瀝青混合料出倉溫度，建議控制在150 ℃以上；

3)碾壓設(shè)備建議提前預(yù)熱；

4)碾壓過程可采用蓋帆布碾壓，碾壓結(jié)束后應(yīng)將帆布撤掉，利于心墻內(nèi)部氣泡排除；

5)碾壓后心墻覆蓋保溫裝置，具體如圖4所示。

本次試驗(yàn)主要試驗(yàn)內(nèi)容是不同碾壓參數(shù)、蓋布與不蓋布的碾壓試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果詳見表2。

表2 低溫碾壓施工結(jié)果表

從上述結(jié)果可知，在良好的低溫保護(hù)措施下，對于瀝青混凝土心墻工程進(jìn)行低溫施工是可行的，施工時(shí)亦采用蓋布碾壓，碾壓參數(shù)為：中型振動碾靜碾2遍+動碾8遍+小型振動碾動碾2遍、靜碾2遍。

4 結(jié)語

本文針對嚴(yán)寒地區(qū)抽水蓄能電站的運(yùn)行及施工環(huán)境特殊，闡述了瀝青混凝土心墻與混凝土基座連接處施工和瀝青混凝土低溫施工防護(hù)措施，提出瀝青混凝土振碾壓施工工藝技術(shù)和瀝青混凝土低溫施工控制工藝參數(shù)，通過試驗(yàn)施工論證了其可行性和合理性。本文所述技術(shù)已經(jīng)通過敦化抽水蓄能電站和旁多水利樞紐工程的實(shí)踐，施工后瀝青混凝土心墻檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，應(yīng)用效果較好。本文所述各項(xiàng)成果也可以作為以后類似工程的參考經(jīng)驗(yàn)。

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