寒冷地区冬季施工的碾压式沥青混凝土心墙坝设计.pdf
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1、设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 2年第 5 期 寒冷地区冬季施工的碾压式沥青混凝土 心墙坝设计 汪 洋 ( 新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 【 摘 要】 详细介绍了库什塔依水电站碾压式沥青混凝土心墙坝冬季施工对工期及发电效益的影响。通 过沥青混凝土配合 比试验研 究,确定适合冬季低温施工的配合 比,并进行 了一 2 5 低温条件下的施工工艺 模拟验证试验 。沥青混凝土的分离度 、层 间结合性能、压实效果、接合面渗透性、沥青混凝土物理力学特 性和沥青混凝土施工质量等各种性能均满足设计要求 。 【 关键词 】 碾压式沥青混凝土 气温- 2 5 0 心墙施工
2、【中图分类号】T V5 2 1 【 文献标识码 】 B 【 文章编号】 1 6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 6 0 0 3 【 D 0 I编码 】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 2 0 5 0 2 0 1 问题 的提 出 库什 塔依 水 电站 工程 位于 新疆特 克 斯县 境 内,电站装机 1 0 0 M W ,多年平均 发电量 3 4 5亿 k W h ,最 大坝高 9 1 6 m ,为 I I 等大 ( 2 )型工程 。 该工程主要任务 是发 电, 工程 由拦 河坝 、 溢洪道 、 导流兼泄洪洞 、
3、 发 电引水洞 、 厂房等建筑物组成 。 拦河坝 为碾压式沥 青混凝 土心 墙坝,根据工程施 工条件及类似工程 经验 ,工程 施工关键线路为 : 导流兼泄洪洞施 工一截流 一大坝施工一尾 工 。 根 据关键线路分析 ,准备工程施工期受导流兼泄洪 洞施工进度控制 ; 主体工程施工期受坝体填筑进 度 控 制 。 1 1 新疆的气候特点 库克苏河位于新疆伊犁河谷西南部 , 冬季寒 冷积雪较深 。项 目区多年平均气温 7 2 6 ,极端 最高气温 3 7 5,极端最低气温 2 9 0。工程 区每年 l 2月至次年 2月气温在 0 以下 ,1 1月 和 3月气温也有可能在 0 以下 。最大积雪深度 3
4、8 c m,最大冻土深度 1 3 6 c m,项 目区多年平均气 温见表 1 。 表 1 库克苏水文站多年平均气温特征 单位 : 月份 I 1 l 2 l 3 1 4 I 5 l 6 I 7 l 8 l 9 l 1 0 I 1 1 l 1 2 l 全年 月平均 I 8 2 l一 5 3 l 1 6 l 1 0 1 I 1 4 7 l 1 7 7 I 1 9 8 I 1 9 4 l 1 5 4 l 7 8 l 0 2 l一 5 9 l 7 3 1 2新疆河流的水文特点 新疆地处欧亚大陆腹地 ,远离海洋,河流径 流 补给 是 以高 山区永 久积 雪和 冰川 1 消融 为主要 补给源 ,河流来水量受
5、气温影响较大 。每年 6 、 7 、8月 3个月是全年气温最高 的时期 ,故河流 全年 来水量的 6 0 以上集 中在这 3个月中, 5 9 月来水量 占全年的 7 9 4 9 ,枯水 期 ( 1 1月次 年 3月 )5个月 的来水量仅 占全年来水量 的约 1 2 l 3 。 1 3新疆水 利水 电工程施工特 点 受新 疆气候 条件 和水文特 性的制约 , 水利水 6 0 电工程工期 安排一般是 : 汛 期过 后 9月份河道 截 流 , l 1月份进 入冬季 ,第 二年 4月份可 正常施 工 ,5月份进入桃花汛 ,6月份 进入主汛期 ,河 道截流后到第二年汛前有效施工工期较短 。 1 4 水工
6、碾压式沥 青混凝 土施工规范对施工期 环 境温度的要求 D L T 5 3 6 3 2 o 0 6 水工碾压式沥青混凝土施 工规范 规定 ,碾压式沥青混凝土 防渗墙 正常施 工 的气象条件为 :气温在 0 以上 ,非 降雨 降雪 作者简介:汪洋 ( 1 9 5 9年一) ,男 ,教授级商级工程师 设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 2年第 5期 时段 ,风力 不大于 4级 。气温在一 5 0 时,属 于 低温施工 ,选 择环境温 度在 O 以上 的时段进行 施工 ,碾 压式心墙施工气温 宜不低于一 5 。由于 冬季严寒且 时间长,每年 1 1月至次年 3月有 5 个 月时 间平均气温 有可
7、能低于 0 ,每年有效施 工工期较短 。 1 5 研 究库 什塔依 水 电站工程 碾压式沥 青混凝 土 心墙坝冬季施工 的必要 性 根据工程 的具体特 点及当地气象条件 ,大坝 工期 安排考虑冬季施工 与冬季不施工 2个 方案 , 工期分 析如下 : ( 1 )碾压式沥 青混凝 土心墙坝 冬季施 工方 案 :2 0 0 9年 1 0月 1日开工 ,总工期 3 3个 月, 2 0 1 1年 1 O月 1日下 闸蓄 水 , 2 0 1 1年 l 2月中旬 机组开始 发 电,2 0 1 2年 5月初 ( 汛 前 )4台机 组 发 电,且 维持高水位运行 。 ( 2 )碾 压式沥青 混凝土 心墙坝冬
8、季不施工 方案 :2 0 0 9年 l 0月 1日开工 ,总工期 3 9个月 , 2 0 1 2年 7月 1日下 闸蓄水 ,2 0 1 2年 8月初水库 蓄水至死水位后 , 机 组开始 发 电, 由于是在汛 期, 在大 坝未全部完工 的情 况下 , 水库只 能维持低水 位运行 。 碾 压 式沥 青 混凝 土心 墙 坝冬 季施 工 方案 与 冬季不 施工方案相 比,发 电工期提前 8个半 月, 更重要 的是 2 0 1 2年汛期 ,冬季施工方案可 以在 正常蓄水位 4台机 组发 电运行 ,多发 电 2 - 3 6亿 度 ,可取得较 大的发 电效益 。 2 碾压式沥青混凝土心墙在寒冷地 区冬 季施
9、工的工程经验 沥青 混凝 土 心墙 在寒 冷 地 区冬季 施 工 主要 有浇 筑法 和碾压法 。D L fl T 5 4 1 1 2 0 0 9 土 石坝 沥 青混 凝 土面 板和 心墙 设计 规范 适 用 范 围规 定 : 对 寒冷和严寒地 区坝 高大于 3 0 m小于 5 0 m的 土石坝 ,可采用 浇筑 式沥青混凝土心墙 设计 ;当 坝高超过 5 0 m时,应 作专 门论证 。库什塔依水 电 站拦河坝最大坝 高 9 1 6 m,为碾压 式沥青混凝土 心墙坝 。 碾压式沥青心墙通常不会离析分层,施工质 量 易控制 ,工程应用 已有 5 0多年经验,研 究也比 较成 熟, 在冬季低 温条件下
10、施工 的工程实例如下: ( 1 )甘肃 党河沥青心墙坝 。党河水库 沥青心 墙砂砾 坝设计最大坝 高 7 0 m,分两期施工 ,坝址 处历年 最低温 度一 2 8 5 ,多年平 均温度约 1 O 。 一 期坝高 5 8 m,全部采用人工施工 ,为 了加快施 工进度 ,在冬季寒冷 季节 也进行 了施工, 1 9 7 3 年 l 2月下旬午夜至黎 明,最低气温 1 6 1 8 , 工作面测定最低温度 为一 1 0 一 1 3 。热沥青混合 料摊铺和整平厚度 为 l 2 1 5 c m ,先用 人工穿着 皮靴初步踩踏实 ,再用木 刮子整平,然后用 8 1 2 k g的铁杵子夯 实 。党河碾压式沥青混
11、凝土心 墙 土石坝一期工程 1 9 7 4年完建至今 3 5年 , 二期 加 高工程 1 9 9 4年 完建至今 l 5年 ,观测表 明碾压 式沥青 混凝土心墙运行 良好 。 ( 2 )四川冶勒沥 青混凝土心墙坝 。冶勒碾压 式沥青混 凝土堆石坝 ,根据工程施工进度 安排 , 沥 青混 凝土 心墙 需在 低温 、雨 季和 夜 间施 工 。 2 0 0 4年 1月 1 5日在 3 6 低温环境条件下进 行试铺 , 沥 青混凝土 的配合 比与 正常气温条件 下 的配合 比一样 ,即沥 青含量为 6 3 ( 总重 比) 。 施工时采取保温或加温 措施 , 对低温条件下 的试 铺心 墙进 行取 芯样
12、检测 ,各 种性 能满 足设 计要 求 。沥青心墙 的施工气温 限制条件下降到 5 , 冶勒沥青心墙坝 2 0 0 5年完建 ,工程运行正常 。 ( 3 )挪威 S t o r g l o mv a t n沥青混凝土心墙坝 。 主坝 S t o r g l o mv a t n ( 坝高 1 2 5 m) 和副坝 Ho l mv a t n ( 坝高 5 6 m)位 于挪威 北部北极圈 以北 2 5 k m处 。 沥青心墙 坝每年施工从 5月或 6月一直施工 到大 雪再次封 山前的 l 0月。在 l O月份气温 降低 到 一 1 0 一 1 5 时,沥青心墙施 工照常进行 ,只 不过 沥青混合
13、料在运输 中进行 了保温 , 摊铺机对下层 沥青混凝土表面用 红外线进行 了加热 。 两座大坝 1 9 9 7年竣工至今 ,观测表 明两个心墙不透 水。 从 以上几个工程 实例可 知,通过对低温沥青 混 凝土 配合 比和 施工工 艺研 究,在气温一 2 5 条 件下 实现碾压式沥青心墙施工是完全有可 能的。 3 沥青混凝土在环境气温- 2 5 C条件下 的 试验 研 究 碾压式沥青混 凝土心墙能否冬季施工 , 设计 人员 最关 心 的是沥 青混 凝土 层 间结合 的质量 是 否安全可靠 。为了使碾压 式沥青混凝土在冬季气 温 2 5 施工 时各种 性能满 足设计要 求 ,重 点通 过 配合 比
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