宗格魯水電站碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術(shù)

李小明

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 410004）

1 工程概況

宗格魯（Zungeru）水電站位于非洲尼日利亞，攔河大壩由碾壓混凝土重力壩段及左右岸瀝青混凝土心墻堆石壩段構(gòu)成，總長(zhǎng)2360m，其中左岸瀝青混凝土心墻堆石壩段長(zhǎng)130m，右岸瀝青混凝土心墻堆石壩段長(zhǎng)1140m，共計(jì)1270m。瀝青混凝土心墻堆石壩頂寬10m，頂高程EL.235.00m，最大壩高85m，上游壩坡1：2.2，下游壩坡1：2.0。壩體分區(qū)從上游至下游分別為上游壩殼料區(qū)、上游過渡料II區(qū)、上游過渡料I區(qū)、瀝青混凝土心墻區(qū)、下游過渡料I區(qū)、下游過渡料II區(qū)、下游壩殼料區(qū)。瀝青混凝土心墻與基座混凝土相接部分為擴(kuò)散段，擴(kuò)散段高度為3m，兩側(cè)坡比為1：0.333。高程EL.160.0m～EL.175.0m心墻寬度為1.0m，高程EL.175.0m～EL.205.0m心墻寬度為0.8m，高程EL.205.0m～EL.234.0m心墻寬度為0.6m，共計(jì)瀝青混凝土約3.5萬(wàn)方。

2 碾壓式瀝青混凝土配合比優(yōu)選

瀝青混凝土配合比優(yōu)選是通過開展瀝青混凝土原材料檢測(cè)試驗(yàn)、瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及物理力學(xué)性能試驗(yàn)，來(lái)獲取瀝青混凝設(shè)計(jì)要求的相關(guān)材料、配合比及瀝青混凝土的物理力學(xué)等指標(biāo)，并通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)比較來(lái)獲取最優(yōu)的原材料及配合比。

2.1 原材料及試驗(yàn)參數(shù)選擇

由于宗格魯水電站壩址所在處均為千枚巖，破碎后針片狀含量高，不能滿足瀝青混凝土骨料要求。故瀝青混凝土骨料由上游5km處的花崗巖料場(chǎng)開采而來(lái)，并采用人工砂石料系統(tǒng)進(jìn)行破碎篩分來(lái)獲得達(dá)到質(zhì)量要求的骨料。

瀝青選取國(guó)內(nèi)三種（中海SG70、克拉瑪依SG70、中石油SG70）、國(guó)外三種（迪拜LOOTAH公司B60/70、伊朗B60/70、伊朗B80/90）進(jìn)行原材料試驗(yàn)。填料選取當(dāng)?shù)貎煞N水泥（Lafarge水泥、Bua水泥）、國(guó)產(chǎn)華能日照I級(jí)粉煤灰。

根據(jù)原材料試驗(yàn)結(jié)果，選取瀝青用量（油石比）分別為6%、6.8%、7.5%，填料用量（占礦料總量）分別為14%、12%、10%，骨料級(jí)配指數(shù)分別為0.35、0.4、0.44進(jìn)行正交組合并進(jìn)行密度、孔隙率、滲透系數(shù)、穩(wěn)定度和流值等性能試驗(yàn)，選出最優(yōu)配比。

2.2 配合比優(yōu)選結(jié)果

花崗巖粗骨料為酸性骨料，與瀝青黏附性不滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)添加0.3%的抗剝落劑后能滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)六種瀝青原材料試驗(yàn)結(jié)果，選定中海SG70、LOOTAH公司B60/70、伊朗B80/90瀝青開展瀝青混凝土性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示中海SG70、LOOTAH公司B60/70、伊朗B80/90瀝青均能滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)選。

當(dāng)?shù)豅afarge水泥、Bua水泥作為填料，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足填料設(shè)計(jì)要求，可經(jīng)經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)先采用；國(guó)產(chǎn)華能日照I級(jí)粉煤灰的表觀密度小于設(shè)計(jì)要求且易于團(tuán)聚，可能會(huì)對(duì)瀝青混合料的拌和均勻性不利。

綜合孔隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、流值三種指標(biāo)，優(yōu)選的配合比參數(shù)為級(jí)配指數(shù)0.4、填料含量12%、油石比6.8。

3 瀝青混凝土的生產(chǎn)

3.1 骨料存放及干燥加熱

骨料分0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16mm三種粒徑存放于不同料倉(cāng)，料倉(cāng)間用混凝土隔墻分隔，防止混雜，料倉(cāng)設(shè)置雨棚。填料儲(chǔ)存于500噸礦粉罐中，應(yīng)注意防潮，做好防雨、防風(fēng)及漏料措施。

存放于骨料倉(cāng)內(nèi)的各級(jí)成品骨料采用CAT966H裝載機(jī)分別轉(zhuǎn)入德基機(jī)械DG1500型瀝青拌合站的各級(jí)配冷料倉(cāng)中，經(jīng)稱量后進(jìn)入烘干滾筒進(jìn)行干燥加熱。

3.2 瀝青脫桶、加熱與恒溫儲(chǔ)存

由于尼日利亞當(dāng)?shù)貨]有符合要求瀝青混凝土心墻的的瀝青，瀝青采用進(jìn)口，均為桶裝。瀝青到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)后，采用集成化瀝青脫桶裝置進(jìn)行脫桶，瀝青脫桶后存儲(chǔ)在兩個(gè)25000L瀝青罐中。瀝青罐內(nèi)采用導(dǎo)熱油加熱，以保持瀝青溫度，瀝青加熱溫度根據(jù)瀝青混合料出機(jī)口溫度的要求確定，為150℃左右。

3.3 抗剝落劑添加

抗剝落劑經(jīng)人工稱量后加入瀝青罐中，抗剝落劑的添加量按瀝青罐中瀝青量的0.3%控制，為保證抗剝落劑與瀝青混合均勻，采用瀝青泵對(duì)罐內(nèi)瀝青進(jìn)行循環(huán)，并保證循環(huán)時(shí)間不小于1小時(shí)。

3.4 填料的貯存與輸送

填料貯存于500噸儲(chǔ)存罐中，罐體密封性好，填料保持干燥，經(jīng)螺旋輸送機(jī)送入稱量斗中。如遇結(jié)塊堵塞管道，應(yīng)及時(shí)處理，結(jié)塊成團(tuán)的填料應(yīng)作廢料處理。

3.5 瀝青混合料的拌制

瀝青混合料拌和采用DG1500型瀝青混凝土拌和樓。該瀝青拌合站主要由配料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱料提升、振動(dòng)篩、熱料貯存?zhèn)}、稱量攪拌系統(tǒng)、瀝青供給系統(tǒng)、粉料供給系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、成品料倉(cāng)及控制系統(tǒng)等部分組成，可實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土從配料至卸入自卸車的全自動(dòng)化生產(chǎn)。拌制瀝青混合料時(shí)，先投骨料和填料進(jìn)行干拌，再噴灑瀝青進(jìn)行濕拌，干拌時(shí)間15s，濕拌時(shí)間45s，出機(jī)口溫度控制在145℃～170℃之間。宗格魯水電站項(xiàng)目根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，通過運(yùn)輸、攤鋪等熱量損失試驗(yàn)，確定以150℃～160℃為最佳出機(jī)口溫度。

4 碾壓式瀝青混凝土施工工藝

4.1 瀝青混凝土運(yùn)輸

瀝青混凝土使用4臺(tái)8t中國(guó)重汽自卸汽車水平運(yùn)輸，自卸車有自制雨蓬，瀝青混凝土卸入施工部位料斗后，用挖機(jī)將瀝青混合料卸入攤鋪機(jī)瀝青混合料料斗，或用ZL50裝載機(jī)或挖機(jī)直接將瀝青混合料卸入模板內(nèi)，人工攤平。卸料時(shí)應(yīng)觀察瀝青混合料是否在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)骨料分離和外漏，不能滿足碾壓要求時(shí)，不得進(jìn)行鋪筑。運(yùn)輸方案應(yīng)根據(jù)氣候特點(diǎn)和運(yùn)輸距離進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)，滿足瀝青混凝土的碾壓溫度，要能保障瀝青混凝土能保障連續(xù)施工的要求，避免因?yàn)檫\(yùn)輸速度的問題，影響瀝青混凝土的實(shí)際性能或產(chǎn)生橫縫。

4.2 瀝青混凝土心墻攤鋪

瀝青混凝土心墻攤鋪厚度應(yīng)根據(jù)工藝試驗(yàn)確定，本工程為27cm。攤鋪方式應(yīng)根據(jù)心墻寬度選擇人工攤鋪或機(jī)械攤鋪。當(dāng)心墻寬度大于瀝青攤鋪機(jī)攤鋪寬度時(shí)，如心墻底部擴(kuò)大段、心墻與岸坡和RCC壩段接觸段擴(kuò)大段，采用人工攤鋪，其余部分心墻機(jī)械攤鋪，采用改裝后的徐工RP953專用攤鋪機(jī)。

人工攤鋪工藝為：測(cè)量放線——立?！^渡料攤鋪、平整——瀝青混凝土攤鋪、平整——抽出模板。

機(jī)械攤鋪施工工藝為：施工準(zhǔn)備→倉(cāng)面（結(jié)合）層面清理→測(cè)量放線→攤鋪機(jī)模板調(diào)整→卸入瀝青混凝土→卸入過渡料→機(jī)械攤鋪。

攤鋪機(jī)同時(shí)攤鋪瀝青混凝土和過渡料I，本工程一次性最大攤鋪長(zhǎng)度達(dá)1130m，約424t瀝青混凝土，根據(jù)瀝青拌合樓產(chǎn)能約為50噸/小時(shí)，能在9小時(shí)內(nèi)完成攤鋪。

4.3 瀝青混凝土碾壓

瀝青混凝土的碾壓機(jī)械的選擇應(yīng)能保證瀝青混凝土應(yīng)有的設(shè)計(jì)防滲效果，應(yīng)避免選用重型碾壓機(jī)械造成骨料破碎或骨料下沉集中達(dá)不到防滲效果。本工程碾壓機(jī)選用1.6噸寶馬格雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，心墻全軸線不分段一次攤鋪碾壓的施工方法，壓實(shí)厚度為25cm左右，碾壓遍數(shù)10～12遍。瀝青混合料碾壓溫度135℃～150℃為宜，若攤鋪溫度過高，攤鋪后可靜止一定時(shí)間后方可進(jìn)行碾壓。振動(dòng)碾行走速度控制在25～30m/min。碾壓機(jī)無(wú)法到達(dá)的地方采用平板夯夯實(shí)。夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是以瀝青混凝土表面“返油”為止。碾壓瀝青砼心墻時(shí)，碾壓機(jī)具不得突然剎車，或橫跨心墻碾壓。心墻鋪筑后，在心墻兩側(cè)3m范圍內(nèi)禁止使用大型機(jī)械作業(yè)，以防止心墻局部受振破壞。

4.4 瀝青混凝土心墻層面處理

瀝青混凝土心墻層面分為瀝青混凝土與水泥混凝土層面和瀝青混凝土與瀝青混凝土的層面。

瀝青混凝與水泥混凝土層面的處理方法為：先將與瀝青混凝土相接的常態(tài)混凝土或碾壓混凝土表面采用斧頭或鋼絲刷進(jìn)行人工鑿毛或刷毛，保持干燥、干凈，然后均勻的噴涂一遍稀釋瀝青（冷底子油），潮濕部位的混凝土在噴涂前須將表面烘干。12小時(shí)后，待稀釋瀝青中的汽油充分揮發(fā)完后，再涂刷1～2cm厚砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。冷底子油的作用主要是將基座混凝土上的浮塵清除，便于瀝青瑪蹄脂和混凝土結(jié)合嚴(yán)密。冷底子油的配比一般為瀝青：汽油=3：7（重量比），用量約0.2kg/m2，冷底子油的施工方法就是將熱瀝青緩緩倒入汽油中，同時(shí)不停攪拌即可。瀝青瑪蹄脂的作用是保證瀝青混凝土與水泥混凝土結(jié)合緊密。瀝青瑪蹄脂的配比為瀝青：填料：人工砂＝1：2：2，瀝青砂漿在拌合樓拌制，由裝載機(jī)接料并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

瀝青混凝土與瀝青混凝土的層面處理方式為：根據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果，在常溫下，干凈層面不需做加熱處理，層面結(jié)合可滿足質(zhì)量要求。污染層面宜采用壓縮空氣噴吹清除。如噴吹不能完全清除，應(yīng)用紅外線加熱器烘烤污染面，使其軟化后鏟除。

4.5 瀝青混凝土心墻橫向接縫處理

瀝青混凝土心墻盡量保證全線均衡上升，保證同一高程施工，減少橫縫，當(dāng)必須出現(xiàn)橫縫時(shí)，其結(jié)合坡度做成緩于1：3的斜坡，且上下層橫縫位置錯(cuò)開2m以上。

5 瀝青混凝土心墻雨季施工

瀝青混凝土施工過程中，應(yīng)能重點(diǎn)做好必要的防范工作，保障其施工過程不會(huì)受到雨水的影響。瀝青混凝土心墻雨季施工的原則為氣象預(yù)報(bào)有連續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)不安排施工；有短時(shí)雷陣雨時(shí)，遇雨及時(shí)停工，雨停立即復(fù)工。雨季施工防雨措施具體如下：

1）當(dāng)有大到暴雨及短時(shí)雷陣雨預(yù)報(bào)及征候時(shí)，做好停工準(zhǔn)備，停止瀝青混合料的制備。現(xiàn)場(chǎng)材料要能做好防護(hù)措施，避免材料受雨水侵蝕之后發(fā)生性能方面的影響。

2）瀝青混合料拌和、儲(chǔ)存、運(yùn)輸全過程采用全封閉覆蓋方式。

3）攤鋪機(jī)前部設(shè)置固定防雨篷，攤鋪機(jī)瀝青混合料受料口設(shè)置擋雨設(shè)施。

4）縮小碾壓段，攤鋪后盡快碾壓密實(shí)（每20m為一碾壓段）。

5）停工時(shí)接頭做成緩于1：3斜坡，用振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。

6）未經(jīng)壓實(shí)而受雨浸水的瀝青混合料，全部鏟除。

7）雨后復(fù)工，采用高壓風(fēng)沖洗倉(cāng)面積水，再用煤氣噴槍或其他設(shè)備加熱，加速層面干燥，盡快恢復(fù)生產(chǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

在非洲水利水電工程大壩心墻施工中，對(duì)瀝青混凝土的應(yīng)用，需要充分考慮當(dāng)?shù)厥┕げ牧系倪m用性；同時(shí)，施工中應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行工藝試驗(yàn)，配置合理施工設(shè)備，遵守施工工藝流程，抓住心墻施工鋪筑和碾壓兩個(gè)重點(diǎn)，做好雨季施工措施，為提升工程質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。