改進(jìn)瀝青混凝土心墻壩的施工速度 提高生產(chǎn)率

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瀝青混凝土技術(shù)應(yīng)用于水工建筑物的防滲心墻已有40余年的歷史，如發(fā)電工程，飲用水供水工程、防洪等等。迄今為止，約有80座已建成的瀝青混凝土心墻壩。最高的一座是Firstertal土壩（澳地利），總高度為150m，瀝青心墻為98m。挪威的Storglomvatr壩，是Svartisen 系統(tǒng)的一部分，設(shè)計(jì)混凝土心墻最大高度為125m。在國(guó)際大壩委員會(huì)會(huì)刊（１９９２）專題８４中闡明，“瀝青心墻可以應(yīng)用于具有相當(dāng)高度的大壩”。瀝青混凝土的生產(chǎn)和鋪設(shè)是在嚴(yán)格的技術(shù)要求和規(guī)定程序中進(jìn)行熱拌合，要獲得所需的質(zhì)量要求，其合易性和韌性是達(dá)到所需防滲性能的重要參數(shù)。在現(xiàn)有的８０個(gè)工程中，挪威水利科學(xué)院作為瀝青施工技術(shù)的承包人已經(jīng)涉及到其中的１０個(gè)工程。
    在一項(xiàng)研究報(bào)告中，做為合作伙伴的挪威土木技術(shù)學(xué)院和科洛維德科科學(xué)院，以及由挪威研究院主辦的各種與瀝青混凝土心墻壩有關(guān)的發(fā)行物已經(jīng)在過去的4年時(shí)間里進(jìn)行了研究。工作范圍推進(jìn)了研究工作，也推進(jìn)了瀝青混凝土做為防滲墻的特性文件的編制，可作為設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。與其它壩型設(shè)計(jì)選擇相比，瀝青混凝土心墻壩已多次被證實(shí)是具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，并且符合建壩各種技術(shù)特性的要求。
    在該研究方案中，由Kolovidekke實(shí)施了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。一項(xiàng)是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以提高生產(chǎn)率為目的，從而滿足大壩總體施工進(jìn)度的需要。文中提供了數(shù)據(jù)。另一項(xiàng)是瀝青混凝土自愈裂縫特性的試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)將在其它文章中提供。
    1、由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得的結(jié)果
    1.1方法
    瀝青混凝土防水層應(yīng)用于大壩心墻，與大壩的施工同步進(jìn)行，一層層鋪設(shè)。有時(shí)業(yè)主往往非常關(guān)注咨詢師和總承包人為瀝青的施工特別規(guī)定的過程，因?yàn)檫@有可能使大壩的總體施工進(jìn)度延遲（雖然在過去的40年中還沒有瀝青混凝土心墻結(jié)構(gòu)可使進(jìn)度延遲的記錄）。然而，如果在工程的初期階段發(fā)現(xiàn)這樣的問題，可能會(huì)影響在大壩的設(shè)計(jì)考慮中采用瀝青心墻防滲。這項(xiàng)研究證實(shí)了在必要的情況下，可以顯著地提高施工速率，而不增加成本，并保證達(dá)到防滲心墻所應(yīng)具備的質(zhì)量要求。
    目前在正常情況下的技術(shù)要求是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的控制。其中有一個(gè)規(guī)定是每20層－30層有4－5天的冷卻周期，計(jì)劃鉆取樣芯做防滲性能試驗(yàn)。以試驗(yàn)室試驗(yàn)，或以非破壞性試驗(yàn)（核設(shè)備）對(duì)基本質(zhì)量進(jìn)行控制。在該項(xiàng)研究中還沒有足夠的數(shù)據(jù)建議可以使用核設(shè)備來節(jié)省時(shí)間。
    另外一個(gè)普通的技術(shù)要求為，每2層20cm使其冷卻并加固，以確保下一層的充分壓實(shí)。而機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)行特性，在這幾年中已經(jīng)得到改善，所以這可能是一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間來考慮各種限制條件。
    該項(xiàng)研究的目的是研究增加生產(chǎn)率的途徑。由增加每日鋪設(shè)層數(shù)量或增加每層鋪設(shè)厚度來達(dá)到目的。
    1.2  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
    采用Veidekke標(biāo)準(zhǔn)ACC鋪料機(jī)設(shè)備，全尺寸試驗(yàn)來完成試驗(yàn)過程。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)程序。瀝青混凝土心墻配比設(shè)計(jì)為瀝青6.7%，貫入度級(jí)配等于180，與ASTM D5（美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）相一致。骨料是碾碎的巖石，片麻巖或閃巖，符合Fullers級(jí)配曲線。填料用量為13％，細(xì)骨料拌合是粉碎的骨料（旋流粉塵）和脫水粉碎的石灰?guī)r。鋪設(shè)和壓實(shí)過程中瀝青的拌合溫度在145－160℃。過渡層采用粉碎的巖石，良好級(jí)配為0－60mm具有較高的穩(wěn)定程度，鋪設(shè)和壓實(shí)同時(shí)進(jìn)行。
    該項(xiàng)研究中提倡一天鋪設(shè)4層20cm厚（見圖1a）。與通常規(guī)定的每天2層比較具有加倍的生產(chǎn)率，這樣可以達(dá)到每天80cm。在僅幾小時(shí)之內(nèi)，實(shí)施4層的建筑量，可見施工速度提高了，這將在實(shí)際工程中加以實(shí)施。因此，在對(duì)下一層進(jìn)行壓實(shí)的時(shí)候，最不利的情況是遇到溫?zé)岵④浫醯幕A(chǔ)。
    另一個(gè)試驗(yàn)是一天鋪設(shè)3層，厚度為30cm（見圖1b）。每天可鋪設(shè)90cm。
    試驗(yàn)在最不利的天氣條件下進(jìn)行。然而，這樣的條件與挪威施工季節(jié)的正常條件非常相似。在挪威，甚至在較差的天氣情況下進(jìn)行施工，同樣可以達(dá)到質(zhì)量要求。這相似于山區(qū)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)。第1天（試驗(yàn)A），地面溫度為－4℃到4℃（空氣溫度，拌雨、雪、風(fēng)）。第二天（試驗(yàn)B），約有相同的條件，地面（空氣）溫度4－5℃，不拌雨、雪、風(fēng)。
    1.3 試驗(yàn)過程
    試驗(yàn)程序計(jì)劃覆蓋所有的試樣，并控制試驗(yàn)過程，包括試驗(yàn)后期工作，以及研究過程中有關(guān)部分的文件編制。
    在試驗(yàn)過程中對(duì)每一配比都進(jìn)行溫度的連續(xù)性控制。試樣由拌合廠和壓實(shí)后的心板獲取，作為對(duì)瀝青混凝土拌合物和易性的監(jiān)控。
    鉆取樣芯，做密度和空氣孔隙率試驗(yàn)。經(jīng)5天的冷卻周期后，沿試驗(yàn)段每7.5m為一段，如圖1a、b所示。（以同樣型式做非破壞性試驗(yàn)）樣芯由大壩的頂部鉆取，約45cm深度。試樣頂部約2cm切去，剩余部分切成5cm的段，進(jìn)行空氣孔隙率試驗(yàn)。將試驗(yàn)塊從大壩頂部開始編號(hào)。

    1.4 試驗(yàn)結(jié)果
    試驗(yàn)結(jié)果的主要數(shù)據(jù)示于表1和表2。表1每層厚20cm，表2每層厚30cm。
    所有的試驗(yàn)結(jié)果，包括空氣孔隙率含量可以由表1和表2見到（主要的質(zhì)量指標(biāo)），都是優(yōu)秀的，符合瀝青混凝土心墻壩要小于3％的質(zhì)量要求。因此可以看出，在層與層接縫之間的空氣孔隙率含量沒有明顯的偏差。頂部試驗(yàn)塊較高的孔隙率將會(huì)降低或在下一層的鋪設(shè)時(shí)正常化。沒有指明“軟弱的基底”對(duì)于下一層的壓實(shí)是否會(huì)發(fā)生問題。在每日多層鋪設(shè)情況下，為給心墻的壓實(shí)提供合理的側(cè)向壓力，應(yīng)用高穩(wěn)定性材料支持過渡層是適宜的。