歐　波，陳　軍，羅代明

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州　貴陽　550002)

SBR改性乳化瀝青在平寨水庫混凝土面板堆石壩中的應(yīng)用

歐波，陳軍，羅代明

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550002)

摘要：平寨水庫大壩面板混凝土澆筑前需要在擠壓邊墻表面上噴涂乳化瀝青隔離層，結(jié)合近年來類似工程對(duì)隔離材料和性能的研究及運(yùn)用，通過借鑒和分析，采用了其性能更適用于面板堆石壩工程的SBR改性乳化瀝青，減小了擠壓邊墻和壩體變形對(duì)面板的基礎(chǔ)約束。表2個(gè)。

關(guān)鍵詞：水庫；堆石壩；乳化瀝青；約束

1概述

黔中水利樞紐一期工程平寨水庫壩址位于烏江上游三岔河中游六枝與織金交界的平寨河段，總庫容10.89億m3，屬大⑴型水庫。擋水建筑物大壩壩型為混凝土面板堆石壩，壩高157.5 m。由于壩址兩岸呈現(xiàn)左緩右陡的不對(duì)稱“V”形河谷，寬高比約為2.2，屬于峽谷區(qū)不對(duì)稱地形修建的高面板壩，因此壩體不均勻變形與面板裂縫控制是設(shè)計(jì)、施工中重視和解決的主要問題。實(shí)施過程中從基礎(chǔ)處理、壩料、級(jí)配、填筑工藝、混凝土材料、面板施工等各道工序和措施上綜合加以控制；其中，為減小擠壓邊墻對(duì)面板混凝土的約束，防止面板過多產(chǎn)生裂縫，在面板混凝土澆筑前的擠壓邊墻表面上采用噴涂SBR改性乳化瀝青措施就是其中之一。

平寨水庫大壩混凝土面板厚度T=0.4～0.832 m，平均厚度為0.616 m，兩岸受拉區(qū)面板每塊寬8 m，共35塊，壩體中部受壓區(qū)每塊寬12 m，共6塊，合計(jì)41塊。上游壩面面積約5.2萬m2，壩面度汛及固坡方式選用了擠壓邊墻措施，擠壓邊墻為一級(jí)配干硬性混凝土，雖強(qiáng)度較低，但畢竟屬于混凝土剛性結(jié)構(gòu)，與其上的混凝土面板易聯(lián)為一體。壩體沉降變形期間擠壓邊墻帶動(dòng)面板隨之變形，造成面板開裂，因此在面板與擠壓墻之間采用噴涂乳化瀝青形成半剛性隔離層，以達(dá)到減小擠壓邊墻對(duì)面板約束的目的。乳化瀝青膠砂結(jié)構(gòu)是一種新型的隔離層結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于面板堆石壩工程，如巴貢、水布埡、洪家渡等工程。

2材料與設(shè)備

乳化瀝青分為帶負(fù)電荷的陰離子和帶正電荷的陽離子兩種類型。當(dāng)陰離子型乳化瀝青與石灰石、白云石等堿性石料接觸時(shí)，干燥石料的表面帶有正電荷，因而陰離子乳化瀝青與石料有一定吸附性；但當(dāng)石料是花崗巖、硅質(zhì)巖等酸性石料時(shí)，由于石料表面帶有負(fù)電荷，故粘結(jié)不好。同時(shí)，當(dāng)堿性石料表面潮濕時(shí)，帶有負(fù)電荷，此時(shí)與陰離子乳化瀝青的粘結(jié)性也不好。而陽離子乳化瀝青中瀝青微粒帶有正電荷，無論與酸性石料和堿性石料均能很好粘附，即使是堿性石料表面是干燥的；由于乳化瀝青中的水份，也會(huì)使石料電離出負(fù)電荷，兩者仍可很好吸附結(jié)合，形成牢固的瀝青膜。在實(shí)際施工中，由于壩坡灑水、碾壓和遇下雨等情況，坡面常處于潮濕狀態(tài)；另一方面，目前陰離子型的乳化瀝青也基本沒有生產(chǎn)，因此在面板壩實(shí)踐中，坡面保護(hù)隔離層所使用的乳化瀝青均為陽離子型。

為了提高普通陽離子型乳化瀝青的粘附性以及彈韌性等工程性能，常在生產(chǎn)乳化瀝青過程中加入高分子聚合物以對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)。高分子聚合物品種很多，將其加入到乳化瀝青中進(jìn)行改性是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其品種、性能、摻配工藝以及其與乳化劑、基質(zhì)瀝青的偶合匹配均會(huì)對(duì)改性乳化瀝青最終性能帶來影響。目前，乳化瀝青改性多用SBS和SBR兩種橡膠材料，SBS雖然工程性能優(yōu)良，特別是高溫穩(wěn)定性好，但乳化工藝復(fù)雜，影響改性乳化瀝青產(chǎn)品質(zhì)量的因素較多，近幾年已鮮有生產(chǎn)。而SBR除高溫穩(wěn)定性能比SBS稍差外，其余工程性能均很優(yōu)良，尤其是低溫性能比SBS更優(yōu)，特別是水利工程，面板混凝土澆筑時(shí)段多為氣溫較低季節(jié)，對(duì)低溫穩(wěn)定性能更加關(guān)注；加上SBR乳化工藝易于掌握，總體改性效果有保障，近年水利工程上多采用SBR改性乳化瀝青。

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)和大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用乳狀SBR橡膠作為主改性劑匹配G3復(fù)合乳化劑，用內(nèi)摻法生產(chǎn)的改性乳化瀝青能夠滿足隔離保護(hù)層技術(shù)要求，并得到推廣應(yīng)用。

2.1G3復(fù)合改性乳化瀝青的制備工藝和技術(shù)性能

將橡膠摻入乳化瀝青中的方法和次序?qū)ζ湫阅芏紩?huì)產(chǎn)生重大影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先采用液態(tài)膠乳與乳化劑在合適溫度下充分?jǐn)嚢?，然后?nèi)摻加熱的瀝青和多種添加劑，用多級(jí)管線均化機(jī)剪切研磨，可以制備出合適的改性乳化瀝青。改性乳化瀝青是一種新型材料，它與普通乳化瀝青具有相同的外觀和工程性質(zhì)，但又有區(qū)別。G3復(fù)合改性乳化瀝青在粘結(jié)力、彈韌性、高低溫穩(wěn)定性、抗裂性等工程性能方面較普通乳化瀝青均有較大改進(jìn)，可以滿足工程需要(見表1)。

表1　普通乳化瀝青與G3改性乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

2.2砂料技術(shù)性能指標(biāo)

由于乳化瀝青是液狀材料，瀝青顆粒d≤5 μm，在壩體上游面僅噴涂乳化瀝青成膜很薄，強(qiáng)度不夠。所以在乳化瀝青噴涂后，必須撒1層砂料，經(jīng)瀝青固化膠結(jié)，形成1層柔性結(jié)構(gòu)薄層，以期達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。所用砂料一般取自當(dāng)?shù)亓蠄?chǎng)符合要求的水工中粗砂，不符合要求需經(jīng)篩分獲得，砂料的細(xì)度模數(shù)約2.8～3.0(見表2)。

表2　主要施工機(jī)械設(shè)備配置

3工藝原理

乳化瀝青是一種常溫下可冷態(tài)施工的乳狀建筑材料，當(dāng)噴涂在基面后，隨著所含水份的離失，其中極細(xì)微的瀝青顆粒相互聚集還原成原狀瀝青，又重新具備瀝青的工程性能。

瀝青砂結(jié)構(gòu)由固體砂顆粒與液相的薄層瀝青粘結(jié)而成，既有一定的強(qiáng)度又有一定的柔性。在面板堆石壩填筑體上游坡面交替噴灑乳化瀝青和砂料，然后進(jìn)行碾壓，形成了以砂粒為骨架、瀝青為膠接料的具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)薄層；乳化瀝青膠砂充填了上游坡面(擠壓邊墻表面)表面孔洞和一些施工結(jié)構(gòu)缺陷，使得擠壓邊墻表面相對(duì)光滑，并在面板和堆石體間形成了柔性隔離層，減小了填筑體和混凝土面板的相互約束。當(dāng)然，對(duì)于在墊層料坡面上的應(yīng)用時(shí)，該結(jié)構(gòu)還同時(shí)具有護(hù)坡作用。

4工藝流程與操作要點(diǎn)

4.1工藝設(shè)計(jì)

擠壓邊墻由貧混凝土構(gòu)成，由于級(jí)配不連續(xù)，膠凝材料較少，表面布滿孔洞；邊墻與后期澆筑的面板混凝土同質(zhì)，兩者粘結(jié)緊密，層間摩阻約束較大；面板在水壓、自重、溫變等因素作用下發(fā)生變形或壩體沉降變形時(shí)，較易引發(fā)面板開裂等結(jié)構(gòu)性缺陷。因此，為減少擠壓邊墻與混凝土面板之間的約束，減少面板裂縫發(fā)生幾率和程度，仍需在兩者間噴涂乳化瀝青及撒砂，充填擠壓邊墻表面孔洞，形成表面相對(duì)光滑、致密，與混凝土面板異質(zhì)的柔性隔離層。本工程施工工藝采用了“三油二砂二碾”，即首先在坡面上噴射一遍乳化瀝青，待干后再噴射第二遍乳化瀝青，并用小車在其后人工均勻拋灑砂子，隨后用滾輪碾碾壓一遍，然后噴射第三遍乳化瀝青，在其面上再灑一層砂子，用滾輪碾再碾壓一遍，形成平均厚度為5 mm的乳化瀝青膠砂混合料隔離層，噴灑SBR改性乳化瀝青用量每遍控制在1.5 kg/m2;撒布砂料用量每遍控制在0.003 m3/m2。

4.2操作要點(diǎn)

4.2.1工作面準(zhǔn)備

(1)將壩體上游坡面清掃一遍，要求無浮渣和掉塊，表面無缺陷性孔洞。虧盈坡要修整，坡面線符合設(shè)計(jì)要求。

(2)將壩(坡)頂面整平壓實(shí)，拆除壩坡頂緣3 m內(nèi)欄桿、管線等障礙，利于施工車輛沿壩軸線方向行走，便于噴涂連續(xù)施工。

(3)輸送乳化瀝青的管道順坡布置安裝，頂端固定，通過沿壩軸線方向拖拽管道，可實(shí)現(xiàn)工作面的轉(zhuǎn)換。

(4)撒砂機(jī)采用汽車吊吊裝放置在壩坡上，利用安裝在汽車吊上的卷揚(yáng)機(jī)牽引可上下移動(dòng)工作；汽車吊須加配重以抗側(cè)翻。

(5)將砂分堆在壩頂上，或?qū)⑸把b盛在運(yùn)砂車上，用汽車吊吊裝運(yùn)至撒砂機(jī)上。

4.2.2乳化瀝青施工

(1)噴瀝青。采用專用瀝青車自帶的瀝青泵將乳化瀝青先在循環(huán)管路和瀝青儲(chǔ)存灌中循環(huán)約20 min，將乳化瀝青中的改性劑充分分散、混合；然后加壓輸送到管道中，使乳化瀝青到達(dá)噴槍出口處；通過調(diào)節(jié)噴槍上的開關(guān)及調(diào)整噴頭錐型空隙，將乳化瀝青壓力調(diào)整到最佳，使乳化瀝青噴出后形成傘型霧流，噴射到壩坡面上。由于射流有一定壓力(1～1.2 MPa)，可將壩坡面上清理后殘留的粉塵和松散塊粒沖開、擊打、翻轉(zhuǎn)，使得瀝青可充分涂覆在堅(jiān)實(shí)的基面上。噴灑手有2名，在安全繩的牽拉保護(hù)下，一人持噴槍，另一人配合隨動(dòng)牽拉軟管，在坡面上左右上下移動(dòng)，將霧化后的乳化瀝青均勻噴涂在坡面劃定的條塊上。用單眼旋流式噴頭比縫隙式噴頭可使噴出的乳化瀝青霧化更好，瀝青能更充分地裹覆在砂粒的各個(gè)表面，粘聚效果更好。

(2)撒砂。專用斜坡面撒砂機(jī)用吊機(jī)吊裝在坡頂上，用雙鋼絲繩與工作車上的卷揚(yáng)機(jī)連接，收放鋼絲繩，撒砂機(jī)可順坡上下滾動(dòng)。將砂料用吊斗裝在砂機(jī)料斗中，乳化瀝青噴灑在坡面后，撒砂手開動(dòng)撒砂機(jī)，在甩盤轉(zhuǎn)速達(dá)到270～480 r/min時(shí),啟動(dòng)輸送裝置，將料斗中的砂料送到甩盤上，通過甩盤將砂料呈扇型拋出，均勻鋪撒到已噴涂瀝青的坡面上。對(duì)撒砂機(jī)拋砂不能覆蓋的局部邊緣地帶，人工用鏟輔助鋪撒。

(3)碾壓。砂料撒布后，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，通過鋼絲繩帶動(dòng)撒砂機(jī)上下滾動(dòng)，砂機(jī)自帶的滾輪在工作面上下滾動(dòng)，將砂料與未固化的乳化瀝青碾壓緊密；滾輪工作寬度只有1.5～1.8 m，撒砂機(jī)要在汽車吊輔助下利用本身的轉(zhuǎn)向裝置，在上下滾動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)位置平移，將整個(gè)工作面都無縫碾壓1遍。

5質(zhì)量控制

由于在面板堆石壩上游坡面噴涂乳化瀝青屬新技術(shù)、新工藝，沒有行業(yè)規(guī)范可循，根據(jù)工程的實(shí)際情況，在現(xiàn)有施工條件下，提出了如下質(zhì)量控制措施：

(1)乳化瀝青隔離層施工前，坡面必須清掃干凈，不得有浮渣、掉塊，否則將影響乳化瀝青與坡面的結(jié)合。

(2)施工分條帶進(jìn)行，每一條帶“三油二砂二

碾”施工結(jié)束后，再進(jìn)行下一條帶施工，條帶間施工搭接寬度0.15 m；條帶劃分同面板混凝土澆筑條帶。

(3)乳化瀝青以臨界流淌控制噴涂量，砂料撒布要求均勻覆蓋瀝青表面；乳化瀝青完全破乳前，應(yīng)完成撒砂，而在乳化瀝青徹底固化前必須完成碾壓。

(4)施工結(jié)束后，乳化瀝青膠砂混合料隔離層應(yīng)具有良好溫度穩(wěn)定性，在高溫季節(jié)不軟化、不流淌；低溫季節(jié)不脆裂。乳化瀝青膠砂混合料隔離層應(yīng)與擠壓邊墻坡面結(jié)合良好，無鼓包、起皮、脫空等現(xiàn)象，若存在，應(yīng)進(jìn)行局部修補(bǔ)處理。

6結(jié)語

考慮到平寨水庫大壩屬狹窄河谷不對(duì)稱高面板壩，在設(shè)計(jì)和施工中借鑒了同類工程經(jīng)驗(yàn)和措施，采用了SBR改性乳化瀝青隔離層將上游壩面擠壓邊墻與后期澆筑的面板混凝土隔離，減少擠壓邊墻及壩體變形給面板帶來的約束。施工中嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)及施工工藝流程進(jìn)行，降低了面板混凝土因基礎(chǔ)變形約束帶來面板過多產(chǎn)生裂縫的幾率。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-12

基金項(xiàng)目：貴州省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(20126013-2)

作者簡介：歐波(1978- )，男，高級(jí)工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì)工作。