浅谈碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工质量检测

姜国新,易 蓉

(四川省水利科学研究院,成都 610072)

碾压式沥青混凝土心墙土石坝是近年来应用较多的筑坝坝型,尤其在西南三省的推广应用较密集。与粘土心墙土石坝成熟稳定的筑坝技术相比,碾压式沥青混凝土心墙土石坝的施工质量检测比较特殊。本文结合多年工程检测经验,浅谈对碾压式沥青混凝土心墙土石坝的施工质量检测经验。

1 检测方案的制定

制定检测方案前应详细了解工程的基本信息,包括:设计文件、技术标准、合同文件和产品说明书等。

1.1 检测内容

检测内容要全面反映工程质量的技术参数,主要包括沥青混凝土心墙、反滤(过渡)料、坝壳料等。

沥青混凝土心墙重点检测心墙中心线、几何尺寸、碾压层厚、铺筑面平整度、沥青混凝土气密性、层面外观检查及钻取芯样进行沥青混凝土密度、孔隙率、沥青含量、矿料级配、渗透系数、小梁弯曲、三轴等物理力学性能检验;与刚性混凝土基座的连接重点检测基面处理和止水施工质量等,同时,钻取芯样查看沥青混凝土与刚性混凝土的连接质量。

反滤(过渡)料和坝壳料重点检测颗粒级配、相对密度、孔隙率、铺料厚度、结合部铺填、填筑断面几何尺寸和压实质量等。

1.2 检测频次

碾压式沥青混凝土心墙土石坝主要按照验收单元和填筑方量来确定检测频次。通常,心墙和反滤(过渡)料每验收单元要进行实体质量的检测,心墙每升高2～4 m取一组芯样进行密度、孔隙率、沥青含量、矿料级配等验证性检验,心墙每升高10～12 m取芯样进行三轴、小梁弯曲等力学性能检验[1];反滤(过渡)料每200～400 m3检测1次压实质量,每个取样断面每层所取的样品不应少于1组[2]。

坝壳料按照验收单元和填筑方量来确定检测频次,每填筑层单元要进行铺料厚度等检测,每5 000～50 000 m3进行一次压实质量检测[2]。

1.3 检测对象

碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工质量检测包括原材料和实体质量检测。原材料检测主要采用取样室内检测;实体质量检测采用现场检测为主、室内检测为辅,尽可能采用无损检测或微破损检测,且微破损检测的部位要能够及时修复和处理。

1.4 检测的时间节点

原材料检测选在的材料进场时或填筑工序之前,检测合格的原材料才能用于工程。实体质量的检测应按照检测频次确定的检测单元来布置,当检测工作影响到施工进度时,可以适当合理调整检测的高程和位置。总体的检测数量和频次不能少于制定的应检计划。

2 现场实体质量检测

现场实体质量检测包括沥青混凝土心墙、反滤(过渡)料、坝壳料等,每个区域的检测分为工序检测和实体质量检测。

2.1 沥青混凝土心墙

2.1.1 工序检测

基座结合面处理及沥青混凝土结合层面处理的检测,包括:所用原材料符合国家相应标准;基座结合面是否干净、干燥、平整,有无乳皮、浮渣和积水等;沥青混凝土结合层面是否干净、平整,有无杂物、水珠,泛油是否均匀等。

模板制作及安装质量的检测,包括:模板的稳定性、刚度和强度符合设计要求;模板安装牢固、不变形、拼接严密,结构物变形与设计边线符合设计要求等。

沥青混凝土铺筑质量的检测,包括:铺筑宽度符合设计要求,表面光洁、无污物;压实系数符合碾压试验和设计确认后的标准要求;表面平整度在2 m范围内起伏高差小于10 mm等。

2.1.2 实体质量检测

通常,沥青混凝土心墙和两侧的反滤(过渡)料是同时铺料和碾压的,未冷却的沥青混凝土形变较大,心墙中心线和上下游的厚度容易产生偏移。

检测心墙中心线的偏移,判断沥青混凝土心墙的竖向投影是否重合,减小心墙偏心给沥青混凝土带来的拉应力。

检测心墙上下游的厚度,特别是每层竖向中部位置的厚度,可以得到心墙每层的最小有效厚度,判断沥青混凝土心墙水平渗径是否符合设计要求,防止施工过程中两侧的反滤(过渡)料过分挤压心墙,使沥青混凝土心墙产生“瘦腰”的现象。

2.2 反滤(过渡)料

反滤(过渡)料可以很好过渡心墙和坝壳区两种不同刚度结构间的应力与变形。

2.2.1 工序检测

铺料工序的检测,包括:铺料层厚度均匀,不超厚,表面平整,边线整齐;铺填位置准确,摊铺边线整齐;纵横向符合设计要求,岸坡接合处的填筑料无分离、架空等。

压实工序的检测,包括:碾压参数符合碾压试验确定的值;相对密实度不小于设计要求等。

2.2.2 实体检测

有渗透系数要求的反滤(过渡)料要检测渗透系数,不得低于设计要求。反滤(过渡)层断面尺寸检测上下游厚度,其厚度可以大于设计值,但不大于设计厚度的10%。

2.3 坝壳料

坝壳料是坝体填筑重要的部分,坝壳料的压实性与母岩性能和级配有关系,且坝壳料具有一定的渗透性,水平渗透系数和垂直渗透系数有一定的差异。

2.3.1 工序检测

铺料工序的检测,包括:铺料厚度应符合设计确定的碾压参数厚度,且只能为负偏差;纵横向接合部收坡采用的台阶宽度应符合设计要求,接合部位的填筑料无分离、架空等。

压实工序的检测,包括:碾压参数符合碾压试验确定的值等。

2.3.2 实体检测

坝壳料实体压实质量检测根据土石料的性质而定,砂砾料压实质量标准是相对密度且不低于设计要求,堆石料压实质量标准是孔隙率且不大于设计要求。渗透系数不得低于设计要求。水平断面尺寸要注意两个位置应符合设计要求,第一是下游坡铺填边线与坝轴线的距离,第二是反滤料和坝壳料分界线与坝轴线的距离。

3 原材料及芯样室内检测

3.1 原材料检测

原材料检测主要有:沥青、细骨料、粗骨料、填料、反滤(过渡)料、坝壳料。

沥青重点检测针入度、软化点和延度等。

细骨料重点检测级配、含泥量、超径率和水稳定等级,同时检测表观密度、吸水率、坚固性、有机质含量等。

粗骨料重点检测级配、超逊径、针片状颗粒含量、含泥量、与沥青的黏附性,同时检测表观密度、吸水率、压碎率、坚固性等。

填料重点检测细度和亲水系数,同时检测密度、含水率等。

反滤(过渡)料重点检测级配、相对密度和渗透系数等。

坝壳料重点检测级配、相对密度、含水率和渗透系数等。

3.2 芯样检测

在心墙两层施工的间歇期按照验收单元高程的要求对心墙进行必要的钻芯取样检测,取芯位置最好均匀布置在心墙中心线下游一方。

先对芯样先进行外观描述,确定心墙的压实层厚、密实程度、骨料的分布和气孔的分布。再对芯样进行其它检测试验,包括密度、孔隙率、渗透系数、单轴压缩、水稳定系数、拉伸、小梁弯曲、静三轴、抽提、马歇尔稳定度及流值等试验,根据检测结果判定心墙施工质量。

3.3 特殊检测

对钻取芯样的孔洞可进行两种直观性检测,一种是在孔洞内注入清水,观察清水液面的变化,简单快速判断心墙的渗透性;另一种是在孔洞上采用密闭性检测仪对其进行密闭性检测,精准地判断心墙层内和层间结合部位的渗透性。

4 常见问题与处理建议

4.1 沥青混凝土心墙

4.1.1 沥青混凝土混合料

沥青混凝土混合料常见问题有:油石比超出允许范围,沥青混合料的温度受热不均。要做好拌和楼的计量和温控工作,加强设备操作人员的培训,及时完成抽提检验和性能指标的判定。

4.1.2 沥青混凝土心墙实体

沥青混凝土心墙常见问题主要有:心墙中心线和几何尺寸偏差超出规范要求,叠加层的层间结合不好,沥青混凝土与刚性建筑物的结合不好,铜止水出现变形和破损。心墙厚度局部不足、轴线轻微的偏差和孔隙率略大(渗透系数合格)等问题,可以通过去除反滤(过渡)料后在心墙一侧贴补沥青玛蹄脂处理。心墙渗透系数不合格、叠加层的层间结合不好、与刚性建筑物的结合不好等问题,应及时采用小型设备对其进行凿除,重新铺设沥青混凝土。铜止水出现变形和破损要及时调整和修复。

4.2 反滤(过渡)料

反滤(过渡)料的颗粒级配、相对密度和渗透系数容易出现波动偏差,渗透系数与颗粒级配不均匀系数存在正相关性[3],相对密度与颗粒级配及碾压施工有密切关系。反滤(过渡)料出现颗粒级配、相对密度和渗透系数波动,要系统分析,综合处理,必要时采取换填。

4.3 坝壳料

坝壳料检测中常见问题有:铺料层厚度偏大、粗骨料集中和含泥量重,以及与反滤(过渡)料边界不明确。铺料层厚度偏大,碾压机具对底层填筑料做功不足,底层压实度受到影响;粗骨料集中,容易产生架空现象;含泥量重,容易填充粗细骨料间的间隙,影响坝壳料的渗透系数。坝壳料出现上述问题要及时削减铺料层厚度,调整填筑料的颗粒级配,调整铺料边线,必要时采取换填。

5 结语

碾压式沥青混凝土心墙土石坝实体质量的好坏与诸多因素密不可分,通过对碾压式沥青混凝土心墙土石坝施工质量进行检测,可以发现原材料、工序和实体中不合格的项目,从而启动相关的处理程序,对不合格项目进行整改,保证工程施工质量。