沥青混凝土面板垫层料施工质量分析及解决措施

李平

浙江华东工程咨询有限公司 浙江杭州 311122

1 概述

山东沂蒙抽水蓄能电站主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。上水库坝型为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶宽10m，长608.23m，坝轴线处最大坝高117.4m，上游坝坡1：1.7，下游坝坡1：1.5。上水库库盆采用沥青混凝土全库盆防渗，总防渗面积约为32.1万m2，垫层区位于沥青混凝土面板下部，坝坡部位水平宽度为300cm，库坡及库底开挖范围垂直厚度为60cm，库底填筑区厚100cm，采用库盆开挖的微风化片麻岩闪长岩、花岗闪长岩料经人工破碎加工而成。垫层料填筑质量直接关系到后续沥青混凝土面板摊铺质量，因此，对垫层料填筑质量整体要求较高。根据设计要求，为保证垫层区排水能力，最大粒径为80mm，粒径小于5mm的含量坝坡区及库底回填区为25%-35%，岩坡区及库底开挖区为不大于20%，粒径小于0.075mm的含量应小于5%，曲率系数为1-3，不均匀系数宜大于15，垫层料的超径颗粒含量不应大于3%，逊径颗粒含量不应大于5%。填筑压实后垫层料坝坡及库底范围孔隙率不大于18%，相应的干密度为2.24g/cm3，库盆岩坡区孔斜率不大于19%，相应的干密度为2.21g/cm3，渗透系统不小于10-2cm/s，变形模量库底部分应不小于60Mpa，斜坡部分应不小于40MPa。

2 施工工艺简述

垫层料填筑包括三个部位，大坝坝坡区、库盆库底区及库盆岩石边坡区。垫层料在填筑前，均进行工艺试验确定了碾压方法、虚铺厚度、碾压遍数、加水量等填筑参数。

垫层料采用自卸车由垫层料加工系统运至填筑面，采取后退法或进占法卸料。坝坡及岩坡垫层料碾压采用水平填筑、碾压和斜坡削坡、碾压相结合的方式，即按照一定宽度（岩坡垫层料需满足运输车辆通行）水平填筑，采用22t自行式振动碾碾压，平板夯机作为辅助碾压设备，待填筑到顶统一将多于的垫层料采用反铲削坡至库底运至其他工作面填筑，再牵引10t振动碾斜坡碾压。库底垫层料填筑直接采用水平填筑与碾压的方式，水平碾压采用22t自行式振动碾，平板夯机作为辅助碾压设备。经工艺试验确定，水平填筑虚铺厚度45cm、压实厚度40cm，22t振动碾8遍动碾；斜坡削坡预留4cm余量碾压至设计边线，10t振动碾压2遍静碾、4遍动碾。

3 问题及原因分析

3.1 问题描述

垫层料填筑试验检测主要指标包括＞8mm含量、＜5mm含量、＜0.075mm含量、不均匀系数、曲率系数、湿密度、含水率、干密度、孔隙率、渗透系数等。垫层料在实际填筑过程中，根据其试验检测结果，发现垫层料孔隙率、干密度、变形模量等指标均能满足设计要求，但垫层料级配检测结果不符合设计情况较多，曲率系数检测结果大于设计要求现象较为普遍。

3.2 原因分析

从垫层料料源选材、加工生产、储存、运输、摊铺、填筑等全过程进行跟踪检查，查找并分析问题存在的原因。经查找并分析导致垫层料级配检测、曲率系数检测不符合设计要求主要有如下原因。

（1）垫层料采用库盆开挖的微风化片麻岩闪长岩、花岗闪长岩料经人工破碎加工而成。库盆开挖时，优先已完成库盆内土方开挖及不合格夹层或比较集中的软弱颗粒的剔除，料源较干净、均一，在填筑时未发现含泥情况及被振动碾碾碎导致级配不合格情况。但检测料源强度时，发现料源强度较高，垫层料加工系统难以达到破碎效果，破碎后小于5mm的颗粒明显偏少，经检测级配不满足设计要求。

（2）垫层料加工系统由1个料仓、1台喂料机，1台颚式破碎机、1台圆锥破碎机（为防止铁件进入破碎加工设备，在A1胶带机上配置电磁除铁器(含金属探测仪)1套），1台振动筛、以及6组胶带机组成。开采料装车前剔除粒径大于600mm的石料，振动筛第一层筛孔尺寸为80mm，筛分后大于80mm的石料由胶带机运输回圆锥破二次破碎，如此循环往复。系统各类设备参数调设稳定后不会变化，正常运转后出料比例及粒径基本相同。但经在下料口取样检测，60mm～80mm含量明显偏高，小于60mm的细颗粒明显偏少，检测结果存在级配不满足设计要求的情况。

（3）上水库海拔相对较高，常年盛行大风天气，从加工系统到上坝填筑再到检测，经多次倒运、翻搅，细料有损失情况；遇降雨天气，雨水进入堆存的垫层料和已填筑的垫层料内，会带走部分细颗粒；垫层料加工系统距离填筑面约1.5km，运输路线较长，且局部段路况较差，运输车辆存在颠簸情况，易导致骨料离析情况。

（4）垫层料从取料、生产、装料、运输、卸料、摊铺、碾压到试验检测，虽然多采用机械设备操作，但人员操作、指挥不当等仍是主要因素。如垫层料检测主要采用挖坑取样检测，试验检测人员不具有足够的专业技能，未按照试验规程开展现场试验检测工作，易导致试验数据失真；料源处挖机司机取不合格料用于垫层料生产，比如强风化岩石，易被振动碾碾碎导致检测结果不满足设计要求；以及存料处挖机司机或装载机司机取料装车时，因堆料时存在底部粗骨料偏多、顶部细骨料偏多的一般情况，取料方式不当易导致级配检测不合格；运至工作面的垫层料，有时难免出现离析情况，现场指挥人员或反铲司机等发现离析而未采取掺拌或挖除等措施，易导致级配检测不符合设计要求。

（5）垫层料堆料易出现离析现象，主要表现为堆料体上部为多为细料子、底部多为粗料子，当堆料高度较高时表现更为明显，且反铲或转载机取料时难以做好全断面取料。如加工系统出料口未及时将生产出来的垫层料进行转移，堆料过高再取料时明显料子偏粗或偏细；临时堆存场堆存时，堆放过高同样会出现以上问题；以及拉运在现场的垫层料，集中卸车或未及时摊铺，堆积过高也会导致离析现象。

4 解决措施

为解决垫层料填筑过程中出现的级配与曲率系数检测不符合设计要求的问题，结合以上查找到的原因，从强化人员管控、优化设备性能、调整施工方法等措施上予以解决。具体如下：

（1）在进行库盆开挖时，应优先完成库盆内土方开挖及不合格夹层或比较集中的软弱颗粒的剔除，避免在料源取料时出现含泥、软弱颗粒的情况。鉴于库盆内均为微风化片麻岩闪长岩、花岗闪长岩料，强度普遍较高，为满足垫层料生产需要，在选定料源开采区的情况下，将原先的爆破参数进行优化，采取减少爆破孔间距及增加装药量等措施，爆破后的料源出现较多的细料子，在取料装车时做好反铲司机的交底工作，细料子和粗料子一并装车用于垫层料加工系统生产，生产出来的料子级配较均匀，符合设计要求[1]。

（2）对垫层料加工系统局部进行改装，将筛孔尺寸为80mm的第一层振动筛更换为更小筛孔尺寸的振动筛，如更换筛孔尺寸为70mm的振动筛。变换第一层振动筛后，60mm-80mm含量明显降低，检测结果符合设计要求。

（3）对垫层料出厂质量进行有效控制。垫层料在运至工作面前需进行出厂检测，合格后方可运至工作面进行填筑。为做好垫层料出厂质量控制，在垫层料加工系统场地设置三个区，即出机口区、待检测区、已检测区。出机口生产出来的垫层料应及时转运至待检测区，避免出机口堆积过高离析，同时转运至待检区的垫层料也应控制堆料高度，设置待检测区标识牌。当转运达到一定方量后（一般按照5000m3控制），进行试验检测，合格后转为已检测区，将待检测区标识牌更换为已检测区标识牌，不合格应采用挖机等设备进行翻拌直至合格为止。随后在另外一区域重复以上操作。已检测区检测完成后不得继续存料，直至拉运完成为止。必须在已检测区取料运输至工作面，不得在出机口区、待检测区取料。

（4）应尽量避免在大风天气、降雨天气生产与填筑垫层料，若因特殊情况需要填筑的，需要采取必要的防风、防雨措施。如预大风天气，在垫层料加工系统出机口处设置必要的挡风措施，防止出料过程中细料子损失；如遇降雨天气，在取料部位、运输车辆及现场填筑区采用防雨布覆盖保护，对已摊铺的垫层料，应在降雨前及时碾压到位。应尽可能使垫层料运输道路平坦，无法消除颠簸带来的影响时，应由挖机或装载机配合卸料和摊铺[2]。

（5）强化流程管理，从垫层料开采、生产、储存、取料运输、摊铺到碾压全过程安排专人进行指挥、旁站，对每道工序把好关，并做好试验人员及现场操作、指挥人员的培训、技术交底工作，减少因人员指挥、操作不当等因素带来的不合格风险[3]。

5 结语

垫层区位于沥青混凝土面板下部，作为沥青混凝土面板支撑层，垫层料填筑质量直接关系到后续沥青混凝土面板质量，因此，做好垫层料填筑质量控制较为关键。通过查找、分析垫层料填筑过程中存在的主要问题，再到采取强化人员管控、优化设备性能、调整施工方法等一系列针对措施，解决了填筑过程中存在的问题，保证了各种试验检测参数符合设计要求，也为后续沥青混凝土面板摊铺质量奠定了基础。