水工沥青摊铺技术与设备

国家863高技术研究发展计划－2002AA2Z4131

国家十一五重点课题“灌区输水技术研究与产品开发”

渠道水工沥青混凝土防渗技术

鲁一晖中国水利水电科学研究院结构材料研究所水利部水工程建设与安全重点实验室北京中水科海利工程技术公司1.沥青的环保问题石油沥青对水质无污染。国外许多灌溉、饮用水工程都采用了沥青混凝土衬砌防渗：工程名称水库名称库容坝高/面积防渗形式（年代）意大利西西里Lentini灌溉用水库127hm316.5m面板防渗（89/90)日本山口岛MiyakoIsland灌溉水库－12000m2面板防渗（1991)荷兰Biesbosch饮用水水库－8.5m面板防渗（1971/73)沙特阿拉伯麦加Sharaya和Muaisim饮用水水库600,000m3/900,000m3－面板防渗（1987/88)美国加利福尼亚Etiwanda饮用水水库550,000m3－面板防渗（1990/92)1.沥青的环保问题中国工程采用了沥青混凝土衬砌防渗：抽水蓄能电站沥青混凝土面板防渗：浙江天荒坪、河北张河湾、山西西龙池、河南宝泉等；沥青混凝土心墙：尼尔基、冶勒等；1.沥青的环保问题沥青混凝土施工中的污染问题：－－－沥青中的苯丙芘含量问题石油沥青中的苯丙芘含量远低于煤沥青中的苯丙芘含量；石油沥青中的苯丙芘含量与日常生活中常用物质的苯丙芘含量相当。不同沥青的苯丙芘（C20H12）含量种类石油沥青煤沥青ABCDEAB苯丙芘含量ppm0.51.72.527.00.1840012500石油沥青和其他物质的苯丙芘含量对比物质名称石油沥青地下水葵花子油莴笋元白菜烤牛排烤香肠苯丙芘含量ppm0.1~27＜5101312～25＜50＜85沥青拌合站空气中的苯丙芘含量（g/1000m3）发生源沥青拌合站天然气电站燃煤发电站柴油机马达垃圾燃烧场煤炉挥发物燃煤锅炉空气中苯丙芘含量13100300500011000350001000001.沥青的环保问题1987年国际癌研究机构（IARC）提出了致癌性评价标准，未将石油沥青列入人体致癌物质，而煤沥青和煤焦油则被列入致癌物质；1968年国外进行的对25个炼油厂沥青车间的462名工人与397未接触沥青人进行对比研究，证明两组人群的健康状况没有差别；国际卫生组织（WHO）的HealthCriteria系列报告认为，石油沥青与煤沥青截然不同，石油沥青对人体是没有致癌性的。2.沥青混凝土的高温流淌问题《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》中规定面板不宜陡于1:1.7是出于铺筑机械施工效果和人员安全的考虑；国外有许多工程坡度陡于1:1.7，表明沥青混凝土的斜坡流淌问题是可以解决的；国内丹河电厂灰坝坡度曾做到1:1.6，沥青含量达7.5%，至今运行完好。说明只要施工得当，依靠国内技术可以解决流淌问题。德国Alz渠道沥青混凝土施工(1:1.25)3.沥青混凝土的低温冻断问题(1)沥青混凝土防渗经验之一

只要配合比设计、施工方法得当，普通沥青混凝土可以承受相当低的温度不开裂。3.沥青混凝土的低温冻断问题(1)沥青混凝土防渗经验之一应尽量采用较高标号的沥青，如B80/100；施工现场设置拌合站，减小运距，以此控制拌合温度，防止施工中的沥青老化；在满足斜坡稳定的前提下适当采用稍高的沥青含量，工程中沥青含量曾做到8%左右；采用小孔隙率，提高防渗，工程中曾做到2%。(1)国外经验之一(实例)工程：冰岛Sigalda沥青面板坝年代：1975年建成气温：施工-5～15℃，9月份可达-5℃沥青：B80/100，针入度73～83，软化点49℃。沥青含量：防渗层7.7％，整平层5.1％,封闭层33％。骨料最大粒径：22mm施工：摊铺机预压密实95%，1.5和4.5t振动碾，孔隙率1～4%以下。红外线接缝处理。(1)国外经验之一(实例)工程：奥地利Oschenik沥青面板坝，坝高81m年代：1972～1979年施工环境：-35℃以下，海拔2391m，冰层厚度1.5m沥青：B80/100，针入度73～83，软化点49℃。沥青含量：防渗层7.7％，整平层5.1％,封闭层33％。骨料最大粒径：22mm施工：摊铺机预压密实95%，1.5和4.5t振动碾，孔隙率1～4%以下。红外线接缝处理。3.沥青混凝土的低温冻断问题(2)沥青混凝土防渗经验之二

采用改性沥青来改善沥青混凝土的抗裂性能。前苏联专家提出，应设法使沥青混凝土在运行过程中呈粘弹塑性状态。对于气温在-20℃以上的地区可以采用普通沥青混凝土，其他低温地区则应当采用改性沥青混凝土。(2)国外经验之二(实例)工程：前苏联米努辛热电厂灰渣池年代：1979年施工，防渗面积30万m2气温：最低气温-52℃，最高39℃。沥青：B90/130，SBS掺量8%。沥青含量：防渗层10％。(2)国外经验之二(实例)工程：前苏联巴拉克夫化工厂废渣池面板工程气温：最低气温-44℃，最高40℃。沥青：B60/90，改性乳胶含量10%。沥青含量：防渗层10.5％。4.国内沥青混凝土机械化施工实例工程地点：河南省林州市浊漳河支流露水河

大坝坝型：土质斜墙堆石坝（后加沥青混凝土面板）最大坝高：78.5m工程内容：（1）对面板流淌、开裂严重部位进行拆除，并用新沥青混凝土回填（3000m2）;（2）在497高程以上铺设10cm沥青防渗层（12000m2）;（3）在防渗层表面涂封闭层（12000m2）;（4）部分岸边接头重新修筑。摊铺机摊铺防渗层沥青混凝土

沥青混凝土坝顶卸料喂料车坝面卸料振动碾碾压沥青混凝土反光保护层涂料涂刷竣工后的南谷洞大坝5.渠道改性沥青预制板衬砌技术衬砌板预制场：配筋改性沥青混凝土，振动碾压实，并贮存预制板运输：特制吊装架吊装，汽车运输预制板安装：现场吊装，对接预制板接缝处理：嵌缝材料接缝密封处理：：：：垫层石5cm沥青混凝土图2沥青混凝土衬砌渠道横断面示意图单位：cm图1

某工程渠道梯形断面图

板材制备-------（制板槽施工）板材制备-------（制板槽施工）板材制备----第一层沥青混凝土摊铺板材制备----铺设聚脂网格板材制备----第二层沥青混凝土摊铺板材制备----第二层沥青混凝土摊铺板材制备----冷却后拆除两侧角钢运输--滚筒卷起板材运往堆料场运输--滚筒卷起板材运往堆料场运输--成型渠道型板运输--型板吊装在运输车上运输--运往现场施工--从运输车移至起吊行车施工--起吊行车铺装型板施工--起吊行车铺装型板推广示范工程简介2009年3月~4月间，在河北省邢台地区世界灌区灌溉农渠上选取了约150m长的农渠，进行沥青混凝土预制板铺装施工，取得了满意效果。试验段工程位于河北省宁晋县南梁庄。属于宁晋灌溉渠系西干渠闫庄支渠辖控。试验段全长150m，U型断面，渠口宽120cm，渠深63cm，坡比1:1500。采用柔性沥青混凝土预制板衬砌。试验工程所用沥青为中水科海利工程技术有限公司研制生产的SK-1型SBS改性沥青。沥青混凝土预制板板材尺寸根据渠道全断面长度及施工能力确定：长181cm，宽135cm，厚3cm。单块重量180kg。板材运输板材铺装板间缝板材自行沉降变形接头处理铺装就位的预制板板间缝灌注板间缝取水口取水口取水口做防水渠道顶部散水施工放水预沉降缝腔清理灌注缝腔竣工放水试运行测试水流6沥青混凝土机械化施工技术

沥青混凝土衬砌方案的优点：工程背景尼勒克一级水电站发电引水渠要求全年运行。由于该工程地处严寒地区，为保证渠道冬季运行安全，需进行沥青混凝土衬砌摊铺试验研究。6.1沥青混凝土衬砌方案的优点抗冻性较优，可缓解冰层堆积孔隙率：＜3％渗透性：＜1×10-8cm/s，远小于混凝土，导致外水很难进入保温性：沥青导热系数为混凝土的1/13沥青呈黑色，吸收热辐射能力较大冰冻剥蚀：柔性封闭层表面基本无孔隙，且比较光滑，且沥青憎水，可缓解或抵抗冰冻剥蚀6.1沥青混凝土衬砌方案的优点专业设备机械化施工，施工质量易于保证：拌和站：沥青混合料配料精度高摊铺机：自身具有预压实功能，预压实度90％振动碾：采用振动压实，静碾收光防渗层厚度：5cm，已在南谷洞成功实施国内天荒坪已成功运行10年，目前滴水不漏。其他如张河湾、西龙池上库也无渗漏。6.1沥青混凝土衬砌方案的优点适应基础变形能力优于混凝土：渠道的基础变形：由于渠线长，沿线地质变动较大，发生基础不均匀变形的可能性较大沥青混凝土：25℃时可承受0.08的弯拉应变不漏水，2℃时可承受0.02的弯拉应变不漏水。其适应基础不均匀沉陷变形能力远高于水泥混凝土。6.1沥青混凝土衬砌方案的优点沥青混凝土衬砌糙率较小，可减小渠道开挖断面和水力坡降：混凝土：0.012~0.018沥青混凝土：0.012~0.0146.1沥青混凝土衬砌方案的优点沥青混凝土抗侵蚀性和耐久性较好：尼勒克：砂砾石骨料存在碱活性，黄土地段存在硫酸盐侵蚀沥青混凝土：抗化学侵蚀能力强，国外有很多用于垃圾场、工业和生活污水池衬砌的成功实例。尼勒克沥青混凝土抗冲磨试验结果：

在7％含沙率、20m/s流速的含沙水流中，沥青混凝土衬砌的抗冲磨性能优于C40水泥混凝土，其磨损率仅为水泥混凝土磨损率的1/5.7。6.1沥青混凝土衬砌方案的优点沥青混凝土优点：沥青混凝土可减少砂砾石用量，减小征地：尼勒克23.5km衬砌，如果采用沥青混凝土，可减小砂砾石骨料用量29万m3，利于工程移民、征地和环保。6.1沥青混凝土衬砌方案的优点6.2沥青混凝土衬砌现场试验试验目的：研究沥青混凝土衬砌方案的施工技术可行性；研究沥青混凝土衬砌方案对现场渠基的适应性；研究试验沥青混凝土衬砌方案的跨冬季运行性能；提出沥青混凝土衬砌方案机械化施工的可行性论证;总结形成沥青混凝土衬砌机械化施工技术要求和质量控制标准；6.2沥青混凝土衬砌现场试验试验地点及施工JK1：尼勒克一级电站10+583.8m～10+656.8m引水渠段，长73m，面积2500m2试验段属于黄土渠段试验段紧邻315省道，交通便利现场有高压线路，供电容易解决现场有一条引水农渠横穿试验渠段，可提供渠段蓄水施工时间：2008.10.23～2008.11.07，日平均气温：6.0～4.5℃本试验中的LB-1300型沥青混凝土拌和站

渠道开挖人工修坡、整平贴坡碾压贴坡碾压喷洒乳化沥青埋设变形观测点整平胶结层摊铺整平胶结层人工平整整平胶结层摊铺伸缩缝预留伸缩缝预留伸缩缝观测点预留伸缩缝预留防渗层摊铺JK1试验段完工面貌

JK2试验段完工面貌

尼勒克现场渗漏观测结果：

渗漏量小于0.012m3/(m2.d)，远低于规范要求的0.04~0.14m3/(m2.d)尼勒克沥青混凝土衬砌2009年1~2月份的冰冻情况：

冰层厚：20~50cm，随着水位降低，形成的一条整齐的脱开分离线。张河湾蓄水后结冰情况（-20℃）6.3摊铺机实例及桥式摊铺机的设计宝泉工程中的斜坡摊铺机和喂料车（斜坡1:1.7）6.3摊铺机实例及桥式摊铺机的设计宝泉工程中的牵引台车和汽车卸料6.3摊铺机实例