沥青混凝土防渗技术在抽水蓄能工程上的应用

沥青混凝土防渗技术在抽水蓄能工程上的应用

韩振宝

中国安能集团第二工程局常州分公司 江苏常州 213135

[摘 要]随着我国经济的快速发展，我国的水电建设将迎来黄金发展期，特别是国家提出“双碳”目标后，水电建设更加蓬勃发展，相关水电施工技术也将会有着深层次的发展。大坝作为水利水电工程的重要组成部分，其施工质量直接关系到工程的成败。在水利水电工程中，为保证大坝整体防渗质量，目前在抽水蓄能施工中应用较多的是沥青混凝土面板防渗技术。随着大力推行节能减排，沥青混凝土防渗技术会在抽水蓄能水库施工中越来越广泛的应用。

[关键词]水利水电工程；沥青混凝土防渗；施工技术

1 工程概况

沥青混凝土防渗主要在抽水蓄能水库中，特别是在上水库防渗上应用广泛，上库有环库公路，堆石坝上游面板下碎石垫层和过渡层按水平宽度3m，岸坡及库底碎石垫层垂直厚度0.6m，库底填筑区碎石垫层和过渡层按垂直厚度1m。沥青混凝土面板自上而下由0.2cm厚的沥青玛蹄脂封闭层、10cm厚防渗层、10cm厚胶结层组成，总防渗面积约33.3万㎡。在坡底、坡顶连接反弧段及库底挖填分界范围内，增加5cm沥青混凝土加厚层。

2 技术指标

2.1原材料技术要求

沥青混凝土防渗面板所用原材料如沥青、骨料和填料等满足性能要求，主要技术指标控制项为SBS(I-C)改性沥青技术、片麻状闪长岩粗骨料、片麻状闪长岩细骨料、矿粉等。

2.2面板混凝土技术要求

沥青混凝土面板由内至外的结构顺序为10cm厚整平胶结层、10cm厚防渗层、2mm厚封闭层，面板总厚度20.2cm。整平胶结层孔隙率10-15%，热稳定系数≤4.5（20℃与50℃时的抗压强度之比），水稳定系数≥085，渗透系数^{1×10-2-1×10-4}cm/s。防渗层沥青混凝土渗透系数^≤1×10-8cm/s，水稳定系数≥0.9。

3 防渗机理和施工方法及流程

3.1防渗结构形成机理

在热拌沥青混合料的压实过程中，高温下的沥青由于其粘稠度不大而起到润滑剂的作用，使得碾压时矿料颗粒更加易于移动，从而发生矿料位置的重新调配，同时将积存于混合料中空气挤出。混合料经过压实其容重大大增加，形成具有必要密实度、强度、抗水性的沥青混凝土。当温度在90℃以上(特别是在110℃以上)时，沥青混凝土具有良好的可塑性，和良好的碾压施工性能。利用沥青混凝土的这一特性，采用自动化的沥青混凝土拌和系统，拌制出温度在170℃以上的沥青混凝土拌和料。然后由摊铺机摊铺成设计厚度的面板，由摊铺机自带的振动板进行预压。当温度降低到115～135℃左右时，用振动碾进行2～3遍碾压，达到设计要求的密实度。当温度进一步降低到90℃左右时，对面板进行收光碾压，从而形成符合设计要求的面板结构。

3.2施工条带划分

3.2.1施工条带划分原则

（1）划分条带应充分满足机械性能和施工需要；

（2）平直段尽量划分为等宽条带；

（3）划分条带不可避免地需人工作业时，需尽量使人工摊铺面积和接头数量最少；

（4）条带变幅时，应使其变化幅度不致过大，易于机械操作；

（5）库坡上沥青混凝土段尽量采用机械化浇筑。在曲线段，由于坡顶弧线段的长度和坡底弧线段的长度不同，因此对该段混凝土混合物以扇形渐变条带状进行浇筑；

（6）库底条带要考虑库底条带结合地形变化，减少条带倾斜接缝的出现。

3.2.2施工条带划分

沥青混凝土面板采用分层铺筑，分条幅流水作业。库底摊铺条带宽3-5.5m，岸坡条带垂直于库岸或坝轴线划分，宽度一般宽度5.5m，摊铺条带开放边呈45°角，不规则部分条带宽度小于3m时采用人工摊铺。曲线段利用摊铺机的熨平梁具有液压伸缩功能、摊铺宽度可在3～5.5m之间变化的特点，采用下窄上宽（凹弧）的条幅划分，避免大量的人工摊铺。

3.3整体施工程序

抽水蓄能电站上水库沥青混凝土防渗面板采用简式断面面板，在乳化沥青施工完成后，依次进行整平胶结层、防渗层沥青混凝土铺筑施工，最后在表面进行封闭层沥青玛蹄脂涂刷施工。

采用简式断面结构，其施工过程是乳化沥青→整平胶结层→防渗层（包括加厚层）→封闭层。

其中整平胶结层和防渗层（包括加厚层）施工的具体步骤是（测温）摊铺（测温）→（测温）初碾→（测温）复碾→（测温）终碾。温度控制是摊铺与碾压的关键指标。而碾压时的温度及碾压遍数又是沥青面板质量控制的关键。

在设有加强网格的区域其施工顺序为整平胶结层→乳化沥青→加强网格→乳化沥青→（加厚层）防渗层→封闭层。

4 主要施工设备

在施工过程中设备配置非常重要，选好设备组合能起到事半功倍的效果，沥青混凝土的施工设备包括水平运输设备、摊铺设备、碾压设备、斜坡牵引设备和加热设备等其他相关设备。

4.1水平运输设备

沥青混凝土水平运输设备采用30t自卸运输车改装成的保温运料车，自卸车四壁增设保温板，同时在沥青混合料顶部覆盖棉絮和隔热防水的帆布，以减少沥青混合料在运输过程中温度的损失，减少气候对温度影响。

4.2摊铺设备

摊铺设备主要分为库底沥青混凝土摊铺设备、斜坡摊铺设备及封闭层摊铺设备。库底摊铺机摊铺宽度为3～5.5米，单机生产能力130t/h。斜坡摊铺设备采用定制斜坡摊铺机，摊铺宽度为3～5.5m，单机生产能力65t／h。沥青面板封闭层采用沥青玛碲脂洒布车刮涂，单机功率为20kW，单台容量为2m³，喷洒宽度为2.95m。

4.3碾压设备

沥青混合料碾压主要设备采用徐工XMR303S振动碾，其主要参数为工作重量为3.1T，振幅0.46mm，激振力32kN，振动频率60Hz，压实宽度为1.2m。辅助设备有手扶式振动平板夯（质量65kg,频率98Hz,离心力11kN）和手持式振动夯，主要用于接缝处理。

4.4斜坡牵引设备

斜坡牵引设备主要分为用于牵引摊铺机及喂料小车的主绞设备，牵引振动碾及封闭层施工设备的副绞设备两大类。

4.5加热设备

每台沥青摊铺机前布置悬挂式红外线加热器，在摊铺作业时能随机器同步前行加热冷缝斜面。沥青摊铺机在摊铺过程中出现停机时应及时关闭加热器，避免长时间加热导致沥青严重老化和烤焦沥青混凝土。接缝斜面加热深度不低于2cm，表面温度不低于100℃，以便于两个条幅接缝粘结牢固，减少接缝处理工作量，提高接缝质量和防渗效果。

5 施工重难点

（1）原材料选定。沥青混凝土是由沥青、矿料和掺料组成经压实而成的混合物，其中沥青为胶结材料，选择合适的沥青是决定沥青混凝土性能的关键。

（2）设备配置选型。沥青混凝土防渗面板工程量大、工期紧、质量要求高，宜使用机械化的设备施工。

（3）沥青混凝土温度控制。沥青混凝土的力学特性对温度变化十分敏感，温度控制至关重要，其主要施工工艺是利用沥青混凝土在不同温度下不同的力学特征、对各个温度阶段采取一定的施工方法来完成沥青混凝土施工的。因此在采用碾压式沥青混凝土防渗面板施工时，对温度的控制贯穿整个施工过程。沥青混凝土从拌制、运输、摊铺、碾压各个阶段的温度应满足施工工艺要求。

（4）现场质量控制重点主要在接缝处理(主要是冷缝)、面板与进/出水口等刚性建筑物的连接部位等，其中施工缝是沥青混凝土最薄弱的环节，施工接缝的质量好坏直接影响防渗效果。

[参考文献]

[1]DL/T5310-2013,沥青混凝土面板堆石坝及库盆施工规范[S].

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会发布.DL／T5363—2006水工碾压式沥青混凝土施工规范[M].中国电力出版社,2009.