水工瀝青攤鋪技術(shù)與設(shè)備

國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃－2002AA2Z4131

國(guó)家十一五重點(diǎn)課題“灌區(qū)輸水技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”

渠道水工瀝青混凝土防滲技術(shù)

魯一暉中國(guó)水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所水利部水工程建設(shè)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京中水科海利工程技術(shù)公司1.瀝青的環(huán)保問(wèn)題石油瀝青對(duì)水質(zhì)無(wú)污染。國(guó)外許多灌溉、飲用水工程都采用了瀝青混凝土襯砌防滲：工程名稱水庫(kù)名稱庫(kù)容壩高/面積防滲形式（年代）意大利西西里L(fēng)entini灌溉用水庫(kù)127hm316.5m面板防滲（89/90)日本山口島MiyakoIsland灌溉水庫(kù)－12000m2面板防滲（1991)荷蘭Biesbosch飲用水水庫(kù)－8.5m面板防滲（1971/73)沙特阿拉伯麥加Sharaya和Muaisim飲用水水庫(kù)600,000m3/900,000m3－面板防滲（1987/88)美國(guó)加利福尼亞Etiwanda飲用水水庫(kù)550,000m3－面板防滲（1990/92)1.瀝青的環(huán)保問(wèn)題中國(guó)工程采用了瀝青混凝土襯砌防滲：抽水蓄能電站瀝青混凝土面板防滲：浙江天荒坪、河北張河灣、山西西龍池、河南寶泉等；瀝青混凝土心墻：尼爾基、冶勒等；1.瀝青的環(huán)保問(wèn)題瀝青混凝土施工中的污染問(wèn)題：－－－瀝青中的苯丙芘含量問(wèn)題石油瀝青中的苯丙芘含量遠(yuǎn)低于煤瀝青中的苯丙芘含量；石油瀝青中的苯丙芘含量與日常生活中常用物質(zhì)的苯丙芘含量相當(dāng)。不同瀝青的苯丙芘（C20H12）含量種類石油瀝青煤瀝青ABCDEAB苯丙芘含量ppm0.51.72.527.00.1840012500石油瀝青和其他物質(zhì)的苯丙芘含量對(duì)比物質(zhì)名稱石油瀝青地下水葵花子油萵筍元白菜烤牛排烤香腸苯丙芘含量ppm0.1~27＜5101312～25＜50＜85瀝青拌合站空氣中的苯丙芘含量（g/1000m3）發(fā)生源瀝青拌合站天然氣電站燃煤發(fā)電站柴油機(jī)馬達(dá)垃圾燃燒場(chǎng)煤爐揮發(fā)物燃煤鍋爐空氣中苯丙芘含量13100300500011000350001000001.瀝青的環(huán)保問(wèn)題1987年國(guó)際癌研究機(jī)構(gòu)（IARC）提出了致癌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，未將石油瀝青列入人體致癌物質(zhì)，而煤瀝青和煤焦油則被列入致癌物質(zhì)；1968年國(guó)外進(jìn)行的對(duì)25個(gè)煉油廠瀝青車(chē)間的462名工人與397未接觸瀝青人進(jìn)行對(duì)比研究，證明兩組人群的健康狀況沒(méi)有差別；國(guó)際衛(wèi)生組織（WHO）的HealthCriteria系列報(bào)告認(rèn)為，石油瀝青與煤瀝青截然不同，石油瀝青對(duì)人體是沒(méi)有致癌性的。2.瀝青混凝土的高溫流淌問(wèn)題《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中規(guī)定面板不宜陡于1:1.7是出于鋪筑機(jī)械施工效果和人員安全的考慮；國(guó)外有許多工程坡度陡于1:1.7，表明瀝青混凝土的斜坡流淌問(wèn)題是可以解決的；國(guó)內(nèi)丹河電廠灰壩坡度曾做到1:1.6，瀝青含量達(dá)7.5%，至今運(yùn)行完好。說(shuō)明只要施工得當(dāng)，依靠國(guó)內(nèi)技術(shù)可以解決流淌問(wèn)題。德國(guó)Alz渠道瀝青混凝土施工(1:1.25)3.瀝青混凝土的低溫凍斷問(wèn)題(1)瀝青混凝土防滲經(jīng)驗(yàn)之一

只要配合比設(shè)計(jì)、施工方法得當(dāng)，普通瀝青混凝土可以承受相當(dāng)?shù)偷臏囟炔婚_(kāi)裂。3.瀝青混凝土的低溫凍斷問(wèn)題(1)瀝青混凝土防滲經(jīng)驗(yàn)之一應(yīng)盡量采用較高標(biāo)號(hào)的瀝青，如B80/100；施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置拌合站，減小運(yùn)距，以此控制拌合溫度，防止施工中的瀝青老化；在滿足斜坡穩(wěn)定的前提下適當(dāng)采用稍高的瀝青含量，工程中瀝青含量曾做到8%左右；采用小孔隙率，提高防滲，工程中曾做到2%。(1)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)之一(實(shí)例)工程：冰島Sigalda瀝青面板壩年代：1975年建成氣溫：施工-5～15℃，9月份可達(dá)-5℃瀝青：B80/100，針入度73～83，軟化點(diǎn)49℃。瀝青含量：防滲層7.7％，整平層5.1％,封閉層33％。骨料最大粒徑：22mm施工：攤鋪機(jī)預(yù)壓密實(shí)95%，1.5和4.5t振動(dòng)碾，孔隙率1～4%以下。紅外線接縫處理。(1)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)之一(實(shí)例)工程：奧地利Oschenik瀝青面板壩，壩高81m年代：1972～1979年施工環(huán)境：-35℃以下，海拔2391m，冰層厚度1.5m瀝青：B80/100，針入度73～83，軟化點(diǎn)49℃。瀝青含量：防滲層7.7％，整平層5.1％,封閉層33％。骨料最大粒徑：22mm施工：攤鋪機(jī)預(yù)壓密實(shí)95%，1.5和4.5t振動(dòng)碾，孔隙率1～4%以下。紅外線接縫處理。3.瀝青混凝土的低溫凍斷問(wèn)題(2)瀝青混凝土防滲經(jīng)驗(yàn)之二

采用改性瀝青來(lái)改善瀝青混凝土的抗裂性能。前蘇聯(lián)專家提出，應(yīng)設(shè)法使瀝青混凝土在運(yùn)行過(guò)程中呈粘彈塑性狀態(tài)。對(duì)于氣溫在-20℃以上的地區(qū)可以采用普通瀝青混凝土，其他低溫地區(qū)則應(yīng)當(dāng)采用改性瀝青混凝土。(2)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)之二(實(shí)例)工程：前蘇聯(lián)米努辛熱電廠灰渣池年代：1979年施工，防滲面積30萬(wàn)m2氣溫：最低氣溫-52℃，最高39℃。瀝青：B90/130，SBS摻量8%。瀝青含量：防滲層10％。(2)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)之二(實(shí)例)工程：前蘇聯(lián)巴拉克夫化工廠廢渣池面板工程氣溫：最低氣溫-44℃，最高40℃。瀝青：B60/90，改性乳膠含量10%。瀝青含量：防滲層10.5％。4.國(guó)內(nèi)瀝青混凝土機(jī)械化施工實(shí)例工程地點(diǎn)：河南省林州市濁漳河支流露水河

大壩壩型：土質(zhì)斜墻堆石壩（后加瀝青混凝土面板）最大壩高：78.5m工程內(nèi)容：（1）對(duì)面板流淌、開(kāi)裂嚴(yán)重部位進(jìn)行拆除，并用新瀝青混凝土回填（3000m2）;（2）在497高程以上鋪設(shè)10cm瀝青防滲層（12000m2）;（3）在防滲層表面涂封閉層（12000m2）;（4）部分岸邊接頭重新修筑。攤鋪機(jī)攤鋪防滲層瀝青混凝土

瀝青混凝土壩頂卸料喂料車(chē)壩面卸料振動(dòng)碾碾壓瀝青混凝土反光保護(hù)層涂料涂刷竣工后的南谷洞大壩5.渠道改性瀝青預(yù)制板襯砌技術(shù)襯砌板預(yù)制場(chǎng)：配筋改性瀝青混凝土，振動(dòng)碾壓實(shí)，并貯存預(yù)制板運(yùn)輸：特制吊裝架吊裝，汽車(chē)運(yùn)輸預(yù)制板安裝：現(xiàn)場(chǎng)吊裝，對(duì)接預(yù)制板接縫處理：嵌縫材料接縫密封處理：：：：墊層石5cm瀝青混凝土圖2瀝青混凝土襯砌渠道橫斷面示意圖單位：cm圖1

某工程渠道梯形斷面圖

板材制備-------（制板槽施工）板材制備-------（制板槽施工）板材制備----第一層瀝青混凝土攤鋪板材制備----鋪設(shè)聚脂網(wǎng)格板材制備----第二層瀝青混凝土攤鋪板材制備----第二層瀝青混凝土攤鋪板材制備----冷卻后拆除兩側(cè)角鋼運(yùn)輸--滾筒卷起板材運(yùn)往堆料場(chǎng)運(yùn)輸--滾筒卷起板材運(yùn)往堆料場(chǎng)運(yùn)輸--成型渠道型板運(yùn)輸--型板吊裝在運(yùn)輸車(chē)上運(yùn)輸--運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)施工--從運(yùn)輸車(chē)移至起吊行車(chē)施工--起吊行車(chē)鋪裝型板施工--起吊行車(chē)鋪裝型板推廣示范工程簡(jiǎn)介2009年3月~4月間，在河北省邢臺(tái)地區(qū)世界灌區(qū)灌溉農(nóng)渠上選取了約150m長(zhǎng)的農(nóng)渠，進(jìn)行瀝青混凝土預(yù)制板鋪裝施工，取得了滿意效果。試驗(yàn)段工程位于河北省寧晉縣南梁莊。屬于寧晉灌溉渠系西干渠閆莊支渠轄控。試驗(yàn)段全長(zhǎng)150m，U型斷面，渠口寬120cm，渠深63cm，坡比1:1500。采用柔性瀝青混凝土預(yù)制板襯砌。試驗(yàn)工程所用瀝青為中水科海利工程技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的SK-1型SBS改性瀝青。瀝青混凝土預(yù)制板板材尺寸根據(jù)渠道全斷面長(zhǎng)度及施工能力確定：長(zhǎng)181cm，寬135cm，厚3cm。單塊重量180kg。板材運(yùn)輸板材鋪裝板間縫板材自行沉降變形接頭處理鋪裝就位的預(yù)制板板間縫灌注板間縫取水口取水口取水口做防水渠道頂部散水施工放水預(yù)沉降縫腔清理灌注縫腔竣工放水試運(yùn)行測(cè)試水流6瀝青混凝土機(jī)械化施工技術(shù)

瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)：工程背景尼勒克一級(jí)水電站發(fā)電引水渠要求全年運(yùn)行。由于該工程地處嚴(yán)寒地區(qū)，為保證渠道冬季運(yùn)行安全，需進(jìn)行瀝青混凝土襯砌攤鋪試驗(yàn)研究。6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)抗凍性較優(yōu)，可緩解冰層堆積孔隙率：＜3％滲透性：＜1×10-8cm/s，遠(yuǎn)小于混凝土，導(dǎo)致外水很難進(jìn)入保溫性：瀝青導(dǎo)熱系數(shù)為混凝土的1/13瀝青呈黑色，吸收熱輻射能力較大冰凍剝蝕：柔性封閉層表面基本無(wú)孔隙，且比較光滑，且瀝青憎水，可緩解或抵抗冰凍剝蝕6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)專業(yè)設(shè)備機(jī)械化施工，施工質(zhì)量易于保證：拌和站：瀝青混合料配料精度高攤鋪機(jī)：自身具有預(yù)壓實(shí)功能，預(yù)壓實(shí)度90％振動(dòng)碾：采用振動(dòng)壓實(shí)，靜碾收光防滲層厚度：5cm，已在南谷洞成功實(shí)施國(guó)內(nèi)天荒坪已成功運(yùn)行10年，目前滴水不漏。其他如張河灣、西龍池上庫(kù)也無(wú)滲漏。6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力優(yōu)于混凝土：渠道的基礎(chǔ)變形：由于渠線長(zhǎng)，沿線地質(zhì)變動(dòng)較大，發(fā)生基礎(chǔ)不均勻變形的可能性較大瀝青混凝土：25℃時(shí)可承受0.08的彎拉應(yīng)變不漏水，2℃時(shí)可承受0.02的彎拉應(yīng)變不漏水。其適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷變形能力遠(yuǎn)高于水泥混凝土。6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)瀝青混凝土襯砌糙率較小，可減小渠道開(kāi)挖斷面和水力坡降：混凝土：0.012~0.018瀝青混凝土：0.012~0.0146.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)瀝青混凝土抗侵蝕性和耐久性較好：尼勒克：砂礫石骨料存在堿活性，黃土地段存在硫酸鹽侵蝕瀝青混凝土：抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)，國(guó)外有很多用于垃圾場(chǎng)、工業(yè)和生活污水池襯砌的成功實(shí)例。尼勒克瀝青混凝土抗沖磨試驗(yàn)結(jié)果：

在7％含沙率、20m/s流速的含沙水流中，瀝青混凝土襯砌的抗沖磨性能優(yōu)于C40水泥混凝土，其磨損率僅為水泥混凝土磨損率的1/5.7。6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)瀝青混凝土優(yōu)點(diǎn)：瀝青混凝土可減少砂礫石用量，減小征地：尼勒克23.5km襯砌，如果采用瀝青混凝土，可減小砂礫石骨料用量29萬(wàn)m3，利于工程移民、征地和環(huán)保。6.1瀝青混凝土襯砌方案的優(yōu)點(diǎn)6.2瀝青混凝土襯砌現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模貉芯繛r青混凝土襯砌方案的施工技術(shù)可行性；研究瀝青混凝土襯砌方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)渠基的適應(yīng)性；研究試驗(yàn)瀝青混凝土襯砌方案的跨冬季運(yùn)行性能；提出瀝青混凝土襯砌方案機(jī)械化施工的可行性論證;總結(jié)形成瀝青混凝土襯砌機(jī)械化施工技術(shù)要求和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；6.2瀝青混凝土襯砌現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)地點(diǎn)及施工JK1：尼勒克一級(jí)電站10+583.8m～10+656.8m引水渠段，長(zhǎng)73m，面積2500m2試驗(yàn)段屬于黃土渠段試驗(yàn)段緊鄰315省道，交通便利現(xiàn)場(chǎng)有高壓線路，供電容易解決現(xiàn)場(chǎng)有一條引水農(nóng)渠橫穿試驗(yàn)渠段，可提供渠段蓄水施工時(shí)間：2008.10.23～2008.11.07，日平均氣溫：6.0～4.5℃本試驗(yàn)中的LB-1300型瀝青混凝土拌和站

渠道開(kāi)挖人工修坡、整平貼坡碾壓貼坡碾壓噴灑乳化瀝青埋設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)整平膠結(jié)層攤鋪整平膠結(jié)層人工平整整平膠結(jié)層攤鋪伸縮縫預(yù)留伸縮縫預(yù)留伸縮縫觀測(cè)點(diǎn)預(yù)留伸縮縫預(yù)留防滲層攤鋪JK1試驗(yàn)段完工面貌

JK2試驗(yàn)段完工面貌

尼勒克現(xiàn)場(chǎng)滲漏觀測(cè)結(jié)果：

滲漏量小于0.012m3/(m2.d)，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的0.04~0.14m3/(m2.d)尼勒克瀝青混凝土襯砌2009年1~2月份的冰凍情況：

冰層厚：20~50cm，隨著水位降低，形成的一條整齊的脫開(kāi)分離線。張河灣蓄水后結(jié)冰情況（-20℃）6.3攤鋪機(jī)實(shí)例及橋式攤鋪機(jī)的設(shè)計(jì)寶泉工程中的斜坡攤鋪機(jī)和喂料車(chē)（斜坡1:1.7）6.3攤鋪機(jī)實(shí)例及橋式攤鋪機(jī)的設(shè)計(jì)寶泉工程中的牽引臺(tái)車(chē)和汽車(chē)卸料6.3攤鋪機(jī)實(shí)例