专利名称：土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法
技术领域：
本发明涉及一种土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，特别是涉及高寒、多雨地区土石坝碾压沥青混凝土心墙的快速施工方法。
背景技术：
沥青混凝土的渗透系数小于1×10-7cm/s，适应变形能力强，具有较好的柔性，能够适应一定的不均匀变形(沉陷)，甚至还有闭合自愈能力。土石坝的碾压式沥青混凝土防渗心墙结构具有工程量小，施工作业机械化，对坝体施工无干扰以及建坝过程中提前挡水功能等优点；特别是西部水电开发中的建坝条件都较差，传统的防渗心墙材料很难找到，或其不能胜任西部地区恶劣的地质和恶劣气候条件。目前，设计的或在建的土石坝采用碾压沥青混凝土作为防渗心墙材料已成为发展方向，同时，使土石坝工程在水利水电行业中得到更大的发展。我国在水电站大坝上应用碾压沥青混凝土作防渗心墙的时间短，施工的经验较少、施工技术较落后，特别是沥青混凝土的摊铺层厚和允许铺筑施工的环境气温，分别禁锢在23.0cm左右(压实后的层厚20.0cm左右)和5℃以上；例如三峡水利枢纽工程茅坪溪防护土石坝和嫩江干流中游上的尼尔基水利枢纽工程沥青混凝土心墙主坝的碾压式沥青混凝土的铺筑施工就是如此。冶勒水电站碾压沥青混凝土心墙土石坝坝高124.5m，其中碾压沥青混凝土心墙高120.0m，为亚洲之最、世界第二；如果按现行的《土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范》规定要求、采用常规施工方法(摊铺层厚23cm)进行冶勒水电站大坝碾压沥青混凝土心墙施工，受降雨及冰雪气候条件限制，冶勒水电站大坝碾压沥青混凝土心墙每年有效的施工天数约162天，高寒和多雨恶劣的环境气候制约着心墙碾压沥青混凝土施工的进度和效率，工程施工要用3年零7个月的时间。
发明内容
本方法的目的是提供一种高效率的、并适应高寒多雨地区的土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法。
本方法的目的是通过以下技术方案实现一种土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，包括以下操作步骤1、土石坝心墙基础表面放样，即经测量后设定防渗心墙的设计中心线和沥青混凝土铺筑宽度。根据测量后设定的两条边线架立高30cm的钢模板，在钢模板外侧摊铺心墙过渡料，并对心墙基础表面进行加热，准备进行沥青混凝土的铺筑；2、拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内；垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，把沥青混合料摊铺平整；3、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压13遍；同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍即可；初碾后混凝土内(表面下1～2cm)的温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压4遍即可，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。
4、当日铺筑的第一层心墙沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到70～90℃时，进行当日连续铺筑的第二层沥青混凝土铺筑施工，重复上述步骤1、2进行摊铺施工；5、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压16遍，同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，碾压10遍即可，振动碾行走速度25m/min；初碾后的沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍即可，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。
上述土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，摊铺施工可以采用人工摊铺，根据测量后设定的两条边线架立高30cm的钢模板，在钢模板外侧摊铺心墙过渡料，并对心墙基础表面进行加热，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内，垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，用人工把沥青混合料摊铺平整，之后拆除钢模板。
上述土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，摊铺施工可以采用机械摊铺，根据心墙设计宽度调整摊铺机30cm高的框模，开动摊铺机主机，并点燃摊铺机前端的红外线加热，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温斗内；垂直运输设备把沥青混合料装载到摊铺机前部的沥青混合料保温防雨料斗内，液压挖掘机把心墙过渡料装入摊铺机后部的过渡料分料斗车内；摊铺机放下前端的红外线加热器，对基础表面进行加热，开动摊铺机的沥青混合料输送器，摊铺机的行走部分启动，开始摊铺沥青混合料和心墙过渡料，摊铺时行走速度保持在2～3m/min。
采用上述方法后，在环境极限低温-5℃、小雨雪气候降雨量小于2mm/h条件下，实现土石坝碾压沥青混凝土心墙摊铺层厚30cm、日连续铺筑2层碾压沥青混凝土的施工方法，突破了《土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范》(SD 220-87)施工规范允许的气温5℃以上、日降雨量小于0.5mm施工条件；有效增加了全年适合碾压沥青混凝土心墙的有效施工天数，解决了高海拔、寒冷、多雨雪地区全年适宜土石坝碾压沥青混凝土心墙有效施工天数少的重大难题，从而大大的加快了土石坝碾压沥青混凝土心墙铺筑施工的进度。当日连续铺筑2层，把高寒多雨地区适应土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙施工的天数扩大了1倍；-5℃施工环境温度条件下的碾压式沥青混凝土心墙施工新方法，不仅突破了心墙碾压沥青混凝土施工的环境温度的禁区，使得冬季低温期仍能进行土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙施工作业；碾压沥青混凝土心墙的沥青混合料摊铺层厚提高到30cm，经过碾压密实后的厚度在25.7cm左右；每层碾压沥青混凝土心墙铺筑施工的厚度较常规施工方法增加了5.7cm左右，单层铺筑施工效率比常规施工方法提高28.5％左右。应用本发明，两年的时间完成了120m高的冶勒水电站土石坝防渗心墙3.1万立方米碾压沥青混凝土的铺筑施工，土石坝碾压沥青混凝土心墙最大上升速度10.0m/月，在国际施工史上从未有过。
本发明与常规施工方法不同之处沥青混合料摊铺层厚30cm(比常规施工方法厚7cm)的日连续铺筑两层(每天比常规施工方法多施工一层)(1)摊铺层厚的不同常规施工方法对摊铺23cm厚的沥青混合料振动碾压6～8遍，可达到设计要求的沥青混凝土容重2.500g/cm3、孔隙率3％，碾压遍数与碾压沥青混凝土容重的关系见图2；而摊铺30cm厚的沥青混合料振动碾压10遍，沥青混凝土容重仍小于2.495g/cm3、孔隙率大于3％不符合设计要求，振动碾压13遍，碾压沥青混凝土容重才达到设计要求。
表1 摊铺层厚30cm的芯样试验成果
(2)日连续铺筑中第二层施工方法的不同摊铺23cm厚的芯样试验成果见表2，从试验成果来看，第一层芯样孔隙率满足要求，第二层碾压遍数为12遍的芯样孔隙率不满足要求，碾压遍数为14遍的芯样孔隙率不完全满足要求且孔隙率偏大。
表2 摊铺层厚23cm日连续铺筑二层的碾压沥青混凝土芯样试验成果
在硬基上摊铺30cm厚沥青混合料，碾压遍数为13遍芯样孔隙率满足设计要求，当日摊铺的第二层在70℃或90℃沥青混凝土软基上施工碾压遍数为16遍芯样孔隙率满足要求，碾压遍数与碾压沥青混凝土容重的关系见图3。
表3 摊铺层厚30cm日连续铺筑碾压沥青混凝土芯样试验成果
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明土石坝防渗心墙剖面示意图。
图2是本发明摊铺层厚23cm的碾压次数与容重关系示意图。
图3是本发明摊铺层厚30cm的碾压次数与容重关系示意图。
图1中，1为防渗心墙，2为心墙过渡料区，3为坝体堆石区。
具体实施例方式
一种土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，包括以下操作步骤1、土石坝心墙基础表面放样，即经测量后设定防渗心墙的设计中心线和沥青混凝土铺筑宽度。根据测量后设定的两条边线架立高30cm的钢模板，在钢模板外侧摊铺心墙过渡料，并对心墙基础表面进行加热，准备进行沥青混凝土的铺筑；2、拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内；垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，把沥青混合料摊铺平整；
3、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压13遍；同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍即可；初碾后混凝土内(表面下1～2cm)的温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压4遍即可，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。
4、当日铺筑的第一层心墙沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到70～90℃时，进行当日连续铺筑的第二层沥青混凝土铺筑施工，重复上述步骤1、2进行摊铺施工；5、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压16遍，同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，碾压10遍即可，振动碾行走速度25m/min；初碾后的沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍即可，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。
上述土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，摊铺施工可以采用人工摊铺，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内，垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，用人工把沥青混合料摊铺平整，之后拆除钢模板。
上述土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，摊铺施工可以采用机械摊铺，根据心墙设计宽度调整摊铺机30cm高的框模，开动摊铺机主机，并点燃摊铺机前端的红外线加热，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温斗内；垂直运输设备把沥青混合料装载到摊铺机前部的沥青混合料保温防雨料斗内，液压挖掘机把心墙过渡料装入摊铺机后部的过渡料分料斗车内；摊铺机放下前端的红外线加热器，对基础表面进行加热，开动摊铺机的沥青混合料输送器，摊铺机的行走部分启动，开始摊铺沥青混合料和心墙过渡料，摊铺时行走速度保持在2～3m/min。
在碾压沥青混凝土心墙铺筑施工过程中遇雨时，降雨量较小的情况下，采取相应的避雨和相应的措施，是能够进行心墙碾压沥青混凝土施工的作业。
下雨时，运输沥青混合料的汽车、垂直运输设备的料斗、摊铺机沥青混合料料斗均采取防雨措施；摊铺机前面未摊铺沥青混合料的基础用防雨棚车遮挡雨水，摊铺的沥青混合料用耐热帆布遮挡雨水，防止雨水进入沥青混合料内；及时对摊铺的沥青混合料进行初碾，防止雨水侵入。
环境气温0～-5℃，沥青混合料出机口温度175℃左右，入仓温度控制在165～175℃，初碾温度控制在160～165℃，由于气温低，初碾温度宜按上限控制，终碾温度不得低于135℃；环境气温0～-5℃、小雪和小雨天施工，采取综合的保温、防雨方法，以保证施工的质量。
从成品料仓卸料、运输、水平和垂直运输之间的授料到摊铺的每个环节，都做好保温和防水工作。
权利要求
1.一种土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，其特征在于包括以下操作步骤a、土石坝心墙基础表面放样，即经测量后设定防渗心墙的设计中心线和沥青混凝土铺筑宽度，根据测量后设定的两条边线架立高30cm的钢模板，在钢模板外侧摊铺心墙过渡料，并对心墙基础表面进行加热，准备进行沥青混凝土的铺筑；b、拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内；垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，把沥青混合料摊铺平整；c、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压13遍；同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍；初碾后混凝土内(表面下1～2cm)的温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压4遍，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。d、当日铺筑的第一层心墙沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到70～90℃时，进行当日连续铺筑的第二层沥青混凝土铺筑施工，重复上述步骤a、b进行摊铺施工；e、待摊铺的沥青混合料温度降到155～165℃之间时，用1.5t的振动碾对沥青混合料进行初次碾压，先无振动碾压1遍，再振动碾压16遍，同时用2.5t的振动碾对心墙过渡料进行碾压，碾压10遍，振动碾行走速度25m/min；初碾后的沥青混凝土内(表面下1～2cm)温度下降到140～145℃时，用1.5t的振动碾对心墙沥青混凝土进行终结碾压，振动碾行走速度25m/min，碾压8遍，最后再无振碾压1遍进行心墙沥青混凝土表面收光。
2.根据权利要求1所述的土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，其特征在于摊铺施工可以采用人工摊铺，根据测量后设定的两条边线架立高30cm的钢模板，在钢模板外侧摊铺心墙过渡料，并对心墙基础表面进行加热，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温料斗内，垂直运输设备把沥青混合料直接卸入架立好的模板内，用人工把沥青混合料摊铺平整，之后拆除钢模板。
3.根据权利要求1所述的土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，其特征在于摊铺施工可以采用机械摊铺，根据心墙设计宽度调整摊铺机30cm高的框模，开动摊铺机主机，并点燃摊铺机前端的红外线加热，拌和楼出机口温度165～175℃的沥青混合料装入保温运输车，混合料运到施工现场后卸入垂直运输设备的保温斗内；垂直运输设备把沥青混合料装载到摊铺机前部的沥青混合料保温防雨料斗内，液压挖掘机把心墙过渡料装入摊铺机后部的过渡料分料斗车内；摊铺机放下前端的红外线加热器，对基础表面进行加热，开动摊铺机的沥青混合料输送器，摊铺机的行走部分启动，开始摊铺沥青混合料和心墙过渡料，摊铺时行走速度保持在2～3m/min。
全文摘要
本发明公开了一种土石坝碾压沥青混凝土防渗心墙快速施工方法，特别涉及环境极限低温－5℃、小雨雪气候降雨量小于2mm/h条件下，实现土石坝碾压沥青混凝土心墙摊铺层厚30cm、日连续铺筑2层碾压沥青混凝土的施工方法，突破了《土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范》(SD 220－87)施工规范允许的气温5℃以上、日降雨量小于0.5mm施工条件；有效增加了全年适合碾压沥青混凝土心墙的有效施工天数，解决了高海拔、寒冷、多雨雪地区全年适宜土石坝碾压沥青混凝土心墙有效施工天数少的重大难题，从而大大的加快了土石坝碾压沥青混凝土心墙铺筑施工的进度，为西部地区的土石坝使用碾压沥青混凝土作防渗心墙创造了有利条件。
文档编号E02B7/06GK1908315SQ20061002001
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月17日 优先权日2006年8月17日
发明者向永忠, 马家燕, 朱志坚, 刘显斌, 季维钢, 李守建, 李强, 孙泽高 申请人:中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司