基于防渗技术在水利工程中的应用

2012-03-20林春伟刘万英

黑龙江水利科技 2012年4期

林春伟，刘万英

(桦川县涝区管理站，黑龙江桦川154400)

0 引言

近年来，沥青混凝土防渗心墙越来越多的被应用到水利枢纽工程建设中，其主要具有施工简单、防渗性能较好、施工速度快、工程量小等优点。新疆某水利枢纽的上、下游围堰工程在冬季施工，计划采用浇筑式的沥青混凝土防渗心墙砌筑围堰。根据相关技术规定，结合工程实际，本文对工艺流程的选取、配合比的确定以及施工的各个环节均进行了科学的分析和对比，并对施工中的关键技术的应用进行了研究，为保证防渗心墙的施工质量提供了科学依据。

1 工程概况

新疆某水利枢纽工程位于欧亚大陆腹地，地理位置纬度较高，冬季多严寒。其工程规模为大(1)型，工程等别为I等工程。主要建筑物有防水底孔、泄洪中孔、溢流表孔、碾压混凝土重力坝、电站厂房、副坝以及发电引水洞等。水库总库容为24.19亿m3，正常蓄水位为▽739 m，死水位为▽680 m，水库电站总装机容量为140MW(4×35MW)，保证出力为120 MW，年度平均发电量为5.19亿kW·h。

水利枢纽上、下游围堰均采用浇筑式沥青防渗心墙砌筑，堰体采用坝基开挖料和砂砾料填筑，上游围堰堰顶标高为672.0 m，宽10 m，最大堰高为31 m。下游围堰堰顶标高为650.0 m，宽10 m，最大堰高为13 m。上、下游围堰迎水边坡和背水边坡分别采用1∶2.25和1∶1.5的坡度。

2 防渗心墙施工关键技术

对于浇筑式防渗心墙的施工首先要选择与工程实际相符合的沥青混凝土加热拌和系统;其次是分析如何保持沥青混合料在装车、运输和入仓的过程中的温度、控制混合料的离析以便卸料;最后，要确定防渗心墙的施工工序及工艺流程以便浇筑立模和铺填两侧过渡料，在确保施工质量的同时，实现沥青混合料的连续、快速浇筑。

2.1 沥青混凝土加热拌和系统的选用

传统的沥青混凝土搅拌系统，其表层和底部的沥青混合料不能充分搅拌均匀，导致温差很大，当表层混合料温度依然很低时底部的温度可高达180℃左右，而且拌和过程中沥青混合料由于与空气接触，容易老化。

针对以上问题，同时为避免由人工炒拌造成的混合料温度忽高忽低、沥青被烧焦老化、拌制料出现花白料、拌和不均匀等现象的发生，本项目与水利枢纽的上下游围堰工程相结合，研发出了一套与中小型沥青混凝土防渗体施工相适用的沥青混凝土加热搅拌系统，确保在拌和时将温度控制在有效范围内、骨料加热均匀、使沥青混凝土能够充分拌和均匀，该系统主要由骨料加热系统、沥青加热系统、混合料拌制系统以及计量系统组成。

2.2 浇筑式沥青混凝土防渗心墙的施工工艺分析

在正式进行施工前，设计了两套施工方案，并进行了平行试验研究。其中第一套施工方案采用车载特制保温储存罐运输沥青混合料，运送过程中在储存罐的底部生火保温，运送至施工现场后由吊车起吊，将储存罐移至仓面后再由人工打开卸料口进行卸料。过渡料的铺填与沥青混合料浇筑的施工工艺流程为:

而第二套施工方案则以装载机作为运输设备，在调运过程中不对沥青混合料加温，由人工指挥入仓。其施工步骤为:

经过实施效果分析，第二套施工方案的实施效果明显优于第一套施工方案。第一套施工方案的浇筑作业无法连续进行。混合料浇筑后，沥青混凝土的温度下降缓慢，初凝时间长，无法进行快速拆模。而在混凝土凝固后，模板又拆除困难。这些问题造成整个施工无法连续进行。在使用特制保温储存罐运输混合料的过程中，混合料离析严重，且吊车起吊卸料慢、效率低，储存罐的清理也比较困难。

第二套施工方案的实施效果较为理想。混合料采用装载机运输，在运输途中无需加热保温，装载机料斗呈敞口状，入仓卸料方便、均匀、准确，并且便于人工辅助卸料，移动灵活方便，入仓卸料效果好、速度快。通过实验发现，搅拌系统距离施工点的最远距离为700～800 m，调运时间在4～6 min左右时，沥青拌合料的温度损失较小，当气温在－5℃时拌合料温度约下降4℃左右，当气温在10℃以上时拌合料温度约下降2℃左右。采用第二套施工工艺的工序流程，能够有效避免拆模与温度之间的矛盾，方便各个施工环节实现流水化作业，快速、连续的施工，可以满足工程总体施工进度和强度的要求。并且，施工工序简便易行，施工成本相对较低。

3 浇筑式沥青混凝土的施工配合比设计及试验

根据设计规定，沥青混凝土在室内试验的孔隙率应＜3%，而施工配合比则不得大于4%。在确定施工配合比之前，应先进行配合比对比试验，对照试验结果，选出最适合的施工配合比。对比结果见下表1和表2，由下表可看出试验结果均能达到设计标准，该工程确定的最终施工配合比见下表3所示。

4 施工关键技术在上下游围堰工程中的应用

4.1 施工工艺流程

本工程根据试验结果分析和施工现场实际情况，制定了最适合该工程的一套施工工艺流程，见图1。

4.2 沥青混凝土施工过程

表1 沥青混合料材料含量 %

表2 试验结果对比

表3 沥青混凝土拌合料的施工配合比 kg/t

4.2.1 接合面处理

4.2.1.1 沥青混凝土结合面的处理

沥青混凝土结合面和混凝土基础面的控制是整个工程的关键。在回填过渡料之前应使用槽型薄钢板将沥青混凝土心墙仓面覆盖好，保持沥青混凝土心墙表面清洁干净，以防填筑料污染心墙表面。待过渡料碾压合格后方可去掉表面覆盖物，同时清理心墙仓面，去除杂物，确保接合面的清洁，且应保持表面干燥。若因停歇时间过长、结合面过脏，可用喷灯加热使其变软，再将污物连同变软后的沥青混凝土表面一起铲除。

4.2.1.2 混凝土基础面的处理

混凝土防渗心墙与沥青混凝土相结合的一侧，应采用高压风枪、风砂枪将表面含游离石灰的水泥膜等全部清除，保持混凝土表面的干燥清洁，并要进行人工凿毛处理，形成有利于层间相结合的麻面。表面清洁完成后应均匀涂抹两遍冷底子油，待其表面冷底子油晾干后，再涂抹1～2 cm厚的沥青玛蹄脂，涂抹时沥青玛蹄脂的温度应控制在180～200℃。若沥青玛蹄脂的用量很大，可采用拌和站拌制，反之则采用人工拌制。

4.2.2 模板的架立

清理完结合面并粘贴牛皮纸后再安装钢模作为脱模时的隔离层。相邻的两块模板其搭接长度≥5 cm，在每层立模前应先进行测量放线，确保模板的安装尺寸准确，将模板中心线的偏差值控制在±5 mm以内，钢模定位后距离心墙中心线的偏差值不得大于±5mm。单块模板125 cm长，50 cm高，采用4 mm厚的钢板制作，沥青混凝土的模板支撑以及心墙的宽度控制均采用∠40mm×40mm×40mm的角钢做成的卡件支撑两侧的钢模顶部。由于两侧钢模要预先铺填过渡料，所以模板底部可使用40mm×40mm的木撑进行内撑，以防在回填压实两侧过渡料时模板发生变形和位移，保证沥青混凝土防渗心墙的设计宽度。

4.2.3 过渡料的铺筑及压实

过渡料的每层压实厚度为40 cm，采用自重2.8 t的自行式振动碾碾压8遍。堰体回填料与过渡料的接缝部位应使用16 t的振动碾骑缝碾压，且搭接宽度不得小于20 cm。过渡料的铺填应待模板安装完成并验收合格后方可进行，外侧2 m范围内使用装载机配合人工铺填过渡料，与模板相邻的部位应使用人工回填过渡料以免产生砾石集中，同时应对砾石集中部位进行人工整理，两侧平起填筑。

4.2.4 沥青混凝土的入仓浇筑

沥青拌合料运送至施工现场后，应先测定其温度，一般应控制在130～150℃。沥青拌合料采用装载机运送时，在料斗表面应涂抹一层防粘剂。沥青混凝土心墙在施工时应与过渡料平起，保持全线均衡上升，流水化施工，并要尽量减少或者避免出现施工横缝。根据心墙的模板高度可采用分层浇筑，从最低层开始依次往上浇筑，每层浇筑厚度为0.4 m。

4.2.5 脱模

心墙的脱模处理应待沥青混合料入仓浇筑完成后，并且温度降到110℃左右时进行，由人工将模板移除，降温一般需等待30 min。两边模板移除时应同步提升并保持垂直，提升时应将附着在模板上的沥青混凝土清除。