西藏拉洛水利樞紐工程碾壓式酸性骨料瀝青混凝土心墻施工

旺 加

(西藏自治區(qū)拉洛水利樞紐及灌區(qū)管理局，西藏 拉薩 850000)

0 引 言

瀝青混凝土心墻可適應(yīng)基礎(chǔ)和整體結(jié)構(gòu)的不均勻沉陷，且有著優(yōu)良的防滲性能，抗沖擊，適應(yīng)變形和裂縫自愈能力較好，對(duì)基礎(chǔ)條件要求較低；同時(shí)，耐老化性能好，工程量相對(duì)較少，在高寒、強(qiáng)震地區(qū)具有明顯優(yōu)勢(shì)[1-2]。

在瀝青混凝土設(shè)計(jì)中，通過巖石化學(xué)成分堿值大小，將巖石分為酸性和堿性。在瀝青混合料熱拌和過程中呈酸性的瀝青與堿性骨料能產(chǎn)生物理吸附和化學(xué)吸附作用，更好黏結(jié)在一起，使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[3]。從化學(xué)角度分析，酸性骨料沒有堿性骨料的化學(xué)吸附作用好，因此與瀝青的黏結(jié)力較差，當(dāng)長期處于水的作用下，表面瀝青會(huì)被水置換掉，從骨料表面剝離，嚴(yán)重破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[4]。因此，早期瀝青混凝土中的骨料均為堿性骨料。

柯俊濤等[5]對(duì)酸性骨料在道路面層中的施工質(zhì)量控制方式進(jìn)行了總結(jié)。馬江飛等[6]對(duì)酸性砂礫石骨料瀝青混凝土心墻施工過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了研究。隨著牙塘水庫、龍頭石水電站、雙橋水庫、努爾水庫、雅礱水庫、結(jié)巴水庫等工程對(duì)酸性骨料瀝青混凝土心墻的應(yīng)用[7]，目前相關(guān)的該類研究大多為對(duì)堿性骨料的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，對(duì)工程實(shí)際指導(dǎo)性不強(qiáng)，需要對(duì)酸性骨料的工程應(yīng)用進(jìn)行更深入、全面的研究。

西藏拉洛水利樞紐工程出于實(shí)際需求進(jìn)行了骨料更改，通過對(duì)骨料進(jìn)行堿值分析(M=(CaO+ MgO+FeO)/SiO2)，查明材料堿值M<0.6，具體為砂：M=0.33；骨料2：M=0.002；骨料3：M=0.03；骨料4：M=0.15；骨料5：M=0.07；化學(xué)性質(zhì)整體表現(xiàn)為明顯的酸性骨料。從施工難度看，工程區(qū)海拔較高，施工過程中，骨料變更導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)由堿性變?yōu)樗嵝裕┕げ捎萌斯づc機(jī)械結(jié)合，可以較為全面地分析碾壓式瀝青混凝土心墻面臨的難題和不良工況。因此，本文通過拉洛水利樞紐工程瀝青混凝土心墻的實(shí)際施工，研究高海拔地區(qū)碾壓式瀝青混凝土心墻施工控制。

1 工程概況

拉洛水利樞紐工程位于西藏日喀則地區(qū)，為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩。壩長425.59 m，壩頂高程4 305.00 m，壩頂寬7.00 m。心墻頂高程 4 303.00 m，采用變厚度設(shè)計(jì)，底部高3.0 m的瀝青混凝土心墻厚2.00～1.00 m，高程4 272.00 m心墻厚度為1.0～0.8 m，高程4 290.00 m心墻厚度為0.80～0.60 m。心墻兩側(cè)設(shè)厚3.00 m砂礫石過渡料，與基礎(chǔ)通過混凝土基座連接。工程區(qū)海拔高、氣候復(fù)雜多變，施工質(zhì)量控制難度大。

2 配合比試驗(yàn)

2.1 巖石成分分析

將現(xiàn)場(chǎng)取樣寄送至試驗(yàn)室進(jìn)行骨料檢測(cè)及試驗(yàn)分析，工程后續(xù)用砂礫石骨料化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為酸性，具體成分見表1[8]。

表1 巖石樣本化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Test results of chemical composition of rock samples %

長江科學(xué)院進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果見表2，砂礫料與瀝青黏附性為2級(jí)。

表2 礫石粗骨料黏附性試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Adhesion test results of gravel coarse aggregate

表2結(jié)果表明，不添加抗剝落劑，骨料黏附性無法滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。因此，最終選擇在瀝青中加入0.4%的DY-AS型抗剝落劑以提高瀝青與骨料黏附性及水穩(wěn)定性，使酸性骨料能夠正常應(yīng)用于瀝青混凝土心墻中。

2.2 瀝青混凝土配合比

長江科學(xué)院選用試驗(yàn)完成后材料，通過進(jìn)一步的室內(nèi)試配試驗(yàn)，確定了瀝青混凝土配合比(表3)。

表3 瀝青混凝土配合比Tab.3 Recommended mix ratio of asphalt concrete

為確保實(shí)際施工的可行性，生產(chǎn)性試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在壩址附近，施工時(shí)段、風(fēng)力、溫度符合工程實(shí)際，確定了碾壓溫度和遍數(shù)，驗(yàn)證了室內(nèi)配合比滿足要求，檢驗(yàn)了接縫、接頭連接施工工藝，最后形成瀝青混凝土生產(chǎn)性試驗(yàn)報(bào)告，并通過專家咨詢會(huì)確定了配合比及相關(guān)工藝參數(shù)。

3 瀝青混凝土心墻施工

3.1 原材料及混合料制備

根據(jù)何建新等[9]對(duì)破碎率與瀝青混凝土心墻的應(yīng)變分析，全破碎砂礫石料對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有較大影響。原料廠對(duì)砂礫石料進(jìn)行清洗，并篩除2 cm以下顆粒，破碎篩分后清洗儲(chǔ)存。

瀝青混凝土試驗(yàn)室對(duì)生產(chǎn)的堿性及酸性砂礫石骨料進(jìn)行檢測(cè)。在桶裝瀝青加熱過程中，檢查瀝青針入度的降低幅度不能超過10%。骨料以裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至料倉后進(jìn)入烘干筒加熱3～5 min，溫度控制在170～190 ℃，通過物料提升機(jī)進(jìn)入拌和樓熱料倉備用。

在高溫下，瀝青混凝土是一種黏稠流動(dòng)性的材料[10]。施工中需要及時(shí)開展拌和樓設(shè)備檢定和率定，盡可能減少材料浪費(fèi)。

出于抗剝落劑添加的需求，酸性骨料瀝青混合料生產(chǎn)過程不同。抗剝落劑添加過早容易受熱降低其效果，因此選擇在瀝青受熱融化后進(jìn)入攪拌桶之前進(jìn)行添加，生產(chǎn)工序?yàn)椋簽r青脫桶→瀝青融化→加注抗剝落劑→稱量→攪拌。工程研制了“外加劑計(jì)量加注裝置”(已申請(qǐng)實(shí)用新型專利)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用檢測(cè)表明，按照此種方式施工的瀝青混凝土符合質(zhì)量要求。

3.2 基礎(chǔ)面處理

西藏地區(qū)天氣干燥，下午多大風(fēng)、夜雨，容易導(dǎo)致結(jié)合面污染。結(jié)合面屬于瀝青混凝土的基面，需保證上層混凝土基面及與結(jié)構(gòu)物接觸面的灰塵、柴油、水分等污染物清理干凈。

需對(duì)瀝青混凝土與水泥混凝土基座表面進(jìn)行鑿毛以使其粗糙。鑿毛后用高壓風(fēng)清洗。待表面干凈干燥后噴灑冷底油并確保無遺漏，冷底油涂刷后涂刷1～2 cm厚砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂，保證均勻平整，不流淌、無鼓包，與混凝土貼靠緊密[11]。

瑪蹄脂施工溫度約120 ℃。為保證施工溫度，采用瀝青混合料專用裝載機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。瀝青混凝土心墻施工時(shí)采用遠(yuǎn)紅外線加熱器加熱，用煤氣噴槍局部加熱。施工中盡可能連續(xù)鋪筑，以保證層面溫度。

3.3 過渡料填筑

心墻與兩側(cè)壩殼料填筑高度不一致會(huì)產(chǎn)生土壓力差，使心墻軸線偏移，兩側(cè)過渡料未對(duì)稱碾壓也會(huì)導(dǎo)致軸線偏移[12]。因此，填筑時(shí)應(yīng)保持心墻與兩側(cè)過渡料及壩殼料同步上升，大型機(jī)械不得靠近心墻作業(yè)。人工配合攤鋪兩側(cè)過渡料，保證攤鋪平整，心墻兩側(cè)防止模板偏離軸線。過渡料攤鋪寬度為3 m，厚度稍低于瀝青混合料攤鋪厚度。

3.4 瀝青混合料運(yùn)輸

運(yùn)輸?shù)缆冯S時(shí)維護(hù)保證平坦，并于作業(yè)面附近設(shè)置三角形卸料平臺(tái)，卸料高度1.1 m。卸料后由裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至攤鋪機(jī)混合料斗或人工架設(shè)的模板內(nèi)。

3.5 瀝青混凝土鋪筑

3.5.1 鋪 料

鋪料前檢查入倉溫度及層面溫度，入倉溫度控制在140～160 ℃。從最低處向上逐層鋪筑，保證全線高程統(tǒng)一[13]。

需要留置橫縫時(shí)結(jié)合坡度不陡于1∶3，上、下層橫縫錯(cuò)開，錯(cuò)距大于2 m。澆筑相鄰倉面時(shí)，按照瀝青混凝土結(jié)合面的處理方法進(jìn)行坡面處理。氣溫低及風(fēng)較大情況下，鋪料完成后及時(shí)采用帆布覆蓋保溫，必要時(shí)加蓋棉絮。

3.5.2 碾 壓

鋪料完成后使用2.7 t振動(dòng)碾按照對(duì)稱靜壓2遍過渡料→靜壓2遍瀝青混合料→過渡料與混合料呈品字形動(dòng)壓8 遍→靜壓2遍瀝青混合料收面的方式進(jìn)行碾壓。

針對(duì)酸性骨料的特殊情況，施工完成后嚴(yán)格控制檢測(cè)環(huán)節(jié)，以無損檢測(cè)為主、破壞性檢測(cè)為輔進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)。作業(yè)完成后采用滲氣儀檢測(cè)混凝土是否有滲漏情況，以無核密度儀每10 m設(shè)一測(cè)點(diǎn)檢測(cè)混凝土密實(shí)度，檢測(cè)不合格的必須進(jìn)行拆除重新施工，且作好記錄。

3.6 特殊情況施工措施

針對(duì)小雨及冬季的情況現(xiàn)場(chǎng)制作高4.0 m的暖棚，采用外部加熱法輔助施工，碾壓完成后采用電熱毯防護(hù)為瀝青混凝土創(chuàng)造溫度環(huán)境。冬季和趕工時(shí)段每層瀝青混凝土心墻施工均使用該措施，取得了較好的效果。

由于大壩心墻的應(yīng)力拱效應(yīng)在大壩兩端壩肩、3/4壩高及心墻底部較顯著[14]，為了使心墻與岸坡更好地結(jié)合以確保工程質(zhì)量，不要將首次拌和、溫度不穩(wěn)定的混合料用于岸坡結(jié)合處。

4 效果分析

在拉洛水利樞紐工程瀝青混凝土心墻施工過程中，通過對(duì)施工過程的嚴(yán)格控制，取得了較好的效果。取芯樣檢測(cè)結(jié)果表明：酸性骨料瀝青混凝土施工質(zhì)量均滿足“設(shè)計(jì)密度>2.35 g/cm3、芯樣孔隙率≤3%”的要求，鉆芯取樣檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 瀝青混凝土芯樣檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.4 Test data of asphalt concrete core samples

對(duì)比芯樣數(shù)據(jù)分析表明，酸性骨料瀝青混凝土心墻與堿性骨料芯樣相比，平均密度有所下降，孔隙率增大0.5%，平均流值增加8 mm。由于骨料本身密度降低，心墻取芯后密度也隨之降低，孔隙率與流值的變化等現(xiàn)象均符合客觀規(guī)律，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

對(duì)西藏拉洛水利樞紐工程碾壓式瀝青混凝土心墻施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，分析了高海拔地區(qū)酸性骨料瀝青混凝土使用過程中混合料生產(chǎn)、溫度控制的重點(diǎn)及質(zhì)量檢查注意事項(xiàng)。現(xiàn)場(chǎng)取芯和試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果表明，碾壓式瀝青混凝土心墻的密度、孔隙率以及力學(xué)性能等均能較好滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。