大型水電工程瀝青混凝土紅外加熱接縫處理車的設(shè)計(jì)與施工

大型水電工程瀝青混凝土紅外加熱接縫處理車的設(shè)計(jì)與施工

張灣引水蓄能站的庫(kù)是用挖掘和筑壩封閉的。水庫(kù)類型為堆石壩，最大水庫(kù)高度為57m。上庫(kù)采用瀝青路面混凝土板的總體布局，防洪結(jié)構(gòu)為復(fù)合斷面，即由整平膠結(jié)層、排水層、防洪層和密封層組成的瀝青路面混凝土。施工期間，從混合材料的制備、運(yùn)輸、鋪設(shè)直到完全研磨，應(yīng)嚴(yán)格的溫度要求，以確保板的滲透質(zhì)量，并在填充和卷曲過(guò)程中產(chǎn)生各種和多個(gè)接頭。合理的接頭處理是確保滲透的先決條件。根據(jù)施工要求設(shè)計(jì)符合施工要求的瀝青路面處理車，對(duì)提高施工效率、降低施工難度、確保施工質(zhì)量非常重要。1瀝青混凝土施工張河灣抽水蓄能電站上部巖體完整性差,風(fēng)化層厚度大,巖體滲透性強(qiáng),巖體中沒(méi)有明顯的相對(duì)隔水層,上水庫(kù)地基存在嚴(yán)重滲漏問(wèn)題,必須做好全面防滲處理.采用瀝青混凝土面板全庫(kù)盆防滲,防滲總面積約33.7萬(wàn)m3,瀝青混凝土總量9.31萬(wàn)m3.庫(kù)底面板厚28.2cm,庫(kù)坡面板厚26.2cm.最大斜坡面長(zhǎng)度約70m,最陡坡比是上游坡度為1∶1.75(豎直向:水平向).庫(kù)底瀝青混凝土施工由自卸汽車直接供料.2臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪?zhàn)鳂I(yè),攤鋪條帶寬6m.攤鋪條帶開(kāi)放邊呈45°角.整平膠結(jié)層、排水層和防滲層攤鋪厚度分別為86mm、120mm、111mm.施工工程量大,難度高.結(jié)合工程中土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲墻施工規(guī)范(試行)編制說(shuō)明,在此僅對(duì)防滲層進(jìn)行接縫處理.瀝青混凝土防滲層條帶間的接縫分為熱接縫和冷接縫.條帶接縫處溫度高于100℃的為熱接縫,低于100℃的為冷接縫.1)縱向熱接縫處理.當(dāng)溫度大于140℃時(shí),施工方法與一般區(qū)域相同,直接碾壓.當(dāng)溫度在100～139℃時(shí),需要進(jìn)行再加熱,同時(shí)用攤鋪機(jī)攤鋪新舊條帶之間的接縫區(qū)域.2)縱向冷接縫處理.先將接縫上存在的雜物清理干凈,然后在攤鋪新條帶前1.5h涂一層冷瀝青,再進(jìn)行加熱.加熱標(biāo)準(zhǔn)是將已攤鋪條帶邊緣深度不小于10mm范圍加熱至高于100℃,同時(shí)用攤鋪機(jī)攤鋪新舊條帶之間的接縫區(qū)域.張河灣抽水蓄能電站施工過(guò)程中整個(gè)庫(kù)盆熱縫共計(jì)2300條,冷縫共計(jì)3124條.本文從接縫加熱處理方面入手設(shè)計(jì)出瀝青混凝土接縫處理車,采用此設(shè)備可以對(duì)接縫進(jìn)行加熱和碾壓處理,從而可以實(shí)現(xiàn)快速連接接縫,此設(shè)備已生產(chǎn)并投入使用,并在張河灣抽水蓄能電站的修筑工程中發(fā)揮重要作用.2瀝青混凝土對(duì)土壓力的影響在液壓絞車的牽引下,瀝青混凝土接縫處理車在斜坡面上下移動(dòng)工作,自身具備轉(zhuǎn)向、制動(dòng)功能.工作時(shí),車上的加熱系統(tǒng)來(lái)加熱坡面上的接縫,配備瀝青混凝土振動(dòng)碾,碾壓加熱后的瀝青混凝土接縫,實(shí)現(xiàn)防滲層接縫處的連接.防滲層接縫瀝青混凝土的溫度為160～190℃,且距表面10mm處溫度達(dá)到100℃以上,需處理接縫尺寸2.96m×0.32m.3為混合處理車輛的設(shè)計(jì)3.1瀝青混凝土加熱加熱裝置是接縫處理車的核心,完成接縫的加熱,從而實(shí)現(xiàn)接縫的攤鋪和連接.瀝青混凝土施工接縫加熱的方法有多種,按照傳熱方式來(lái)分,有輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)3種,通常國(guó)內(nèi)外采用熱風(fēng)循環(huán)加熱、直接加熱等方式,其對(duì)接縫的處理原理簡(jiǎn)單,施工困難.紅外加熱目前廣泛應(yīng)用于化工涂料加熱,能達(dá)到很好的加熱效果.根據(jù)韋恩位移定律T=(α/λm)?273Τ=(α/λm)-273式中,T為輻射面溫度(℃);α為韋恩常數(shù),取值2897;λm為輻射峰值波長(zhǎng)(μm),輻射峰值波長(zhǎng)取3μm,則輻射表面溫度為700℃左右,液化氣的燃燒溫度為900℃左右,采用燃燒液化氣產(chǎn)生紅外線輻射的方法可以實(shí)現(xiàn).瀝青混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)小,比熱大,其擴(kuò)散系數(shù)小.同時(shí),熱穩(wěn)定性差,當(dāng)溫度太高時(shí),瀝青就開(kāi)始分解,因此,對(duì)于瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)熱再生,必然以輻射為主,其它加熱方式為輔.燃燒液化氣通過(guò)紅外發(fā)生器產(chǎn)生紅外線輻射熱源,對(duì)瀝青混凝土加熱,熱量傳遞不需要中間介質(zhì),直接透入到物體內(nèi)部,物體受熱比較均勻.它的穿透能力很強(qiáng),在很短的時(shí)間內(nèi)可以加熱到路面的深層,保證接縫的質(zhì)量.解決了瀝青混凝土就地加熱的施工工藝,同時(shí)簡(jiǎn)化了施工過(guò)程,提高了施工效率.為滿足接縫加熱溫度的要求,熱縫和冷縫的起始溫度不同.選用加熱功率P為11000Kcal/h的石油液化氣紅外加熱板8塊固定在加熱車底盤框架上,通過(guò)調(diào)節(jié)加熱板的位置和角度以及加熱車的前進(jìn)速度,實(shí)現(xiàn)冷、熱縫的加熱.加熱板放出的熱量被瀝青混凝土吸收,由熱量計(jì)算公式Q=cmΔT可知,在時(shí)間t內(nèi)加熱,初步計(jì)算瀝青混凝土溫度上升ΔT,則ΔT=Q吸/cm.式中,Q吸為瀝青混凝土吸收的熱量,Q吸=Q·η;Q為紅外線加熱板釋放的熱量,Q=P·t;η為加熱效率,η=70%,其余部分由加熱空氣和設(shè)備消耗;c為瀝青混凝土比熱容,值為1.7×103J(kg·℃);m為所加熱的混凝土質(zhì)量;加熱車在斜坡上運(yùn)動(dòng),所加熱的瀝青混凝土質(zhì)量為所加熱過(guò)的所有混凝土的質(zhì)量,即有m=ρV=ρB(vt)h;ρ為瀝青混凝土的密度,值為2.45×103kgm3;B為加熱的寬度,值為0.32m;v為加熱車行進(jìn)的速度,熱縫絞車牽引加熱車前進(jìn)速度為4m/min,冷縫前進(jìn)速度2m/min;h為混凝土加熱的深度,大于10mm,取值為15mm;則ΔT=Qcm=PtηcρV=PtηcρBvth=PηcρBvhΔΤ=Qcm=ΡtηcρV=ΡtηcρBvth=ΡηcρBvh將數(shù)值代入上式,可得熱縫上升的溫度為:ΔT=53℃,升溫后滿足縱向熱縫加熱處理的要求;冷縫上升的溫度為:ΔT=106℃,升溫后滿足由常溫下加熱縱向冷縫處理的要求.3.2結(jié)構(gòu)及工作原理瀝青混凝土接縫處理車的組要組成部分為:液壓絞車、底盤、發(fā)電機(jī)、變頻器、高頻外置振動(dòng)碾、液化氣罐、紅外線加熱板等,結(jié)構(gòu)如圖1所示.工作原理:紅外線加熱板安裝在處理車的底盤上,液化氣罐提供紅外加熱板加熱所需的液化氣,點(diǎn)燃后加熱接縫處的瀝青混凝土,在液壓絞車的牽引下沿著斜坡向上運(yùn)動(dòng),加熱后的接縫在高頻外置振動(dòng)器的振動(dòng)下得到壓實(shí),沿著整條斜坡運(yùn)動(dòng)后,即可完成接縫.3.3發(fā)電機(jī)和阻燃劑的選擇1)液壓牽引車牽引接縫處理車沿著坡面運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)接縫.液壓牽引車最小牽引力25kN,容繩量100m,鋼絲繩直徑16mm,本機(jī)在寧波赫格隆提供的圖號(hào)《J003194AW》基礎(chǔ)上加排繩器及盤式制動(dòng)器(鋼絲繩3層),最大速度30m/min,上行速度0～4m/min(6檔).2)底盤的寬度和長(zhǎng)度為4.9m×2.1m,采用一汽紅塔藍(lán)箭牌LJC3041D自卸汽車底盤.3)通過(guò)振動(dòng)碾碾壓壓實(shí)接縫.振動(dòng)碾一方面利用自重壓實(shí),另一方面借助振動(dòng)作用克服混凝土骨料的摩擦力,從而對(duì)混凝土進(jìn)行壓實(shí).本機(jī)選用高頻外置振動(dòng)碾AR44/6/042,激振力為0～9.49kN,振動(dòng)頻率200Hz,功率為1.4kW,額定電流18.3A.4)發(fā)電機(jī)為振動(dòng)碾提供動(dòng)力源,變頻器輸出振動(dòng)碾需要的工作頻率,滿足振動(dòng)碾輸入輸出條件.由振動(dòng)碾的要求確定發(fā)電機(jī)和變頻器的具體型號(hào)見(jiàn)表1～2.5)液化氣罐(2罐),儲(chǔ)存紅外線加熱板加熱所需的液化氣.市場(chǎng)上提供的居民使用的液化氣即可.6)燃燒液化氣通過(guò)紅外線發(fā)生器產(chǎn)生紅外線輻射熱源,對(duì)瀝青混凝土加熱.通過(guò)改變紅外線加熱板調(diào)節(jié)架的位置,可以使得本機(jī)適應(yīng)傾斜角為0～30°范圍內(nèi)的斜坡接縫處理.4”土體墻接縫層的鋪設(shè)接縫應(yīng)避開(kāi)結(jié)構(gòu)物及下面層的接縫位置,該位置應(yīng)保持碾壓不受阻擋.處理車在開(kāi)始前進(jìn)必須預(yù)熱充分,起步速度達(dá)到2～4m/min(正常攤鋪速度),不能太慢,否則會(huì)出現(xiàn)拖痕,影響結(jié)構(gòu)厚度,嚴(yán)禁停在接縫處原地不動(dòng).攤鋪前,施工人員需將接縫用的耙子、鐵鍬等工具上粘附的殘?jiān)謇砀蓛?及時(shí)整平不影響處理車的碾壓.接縫攤鋪層施工結(jié)束后再檢查平整度,當(dāng)有不符合要求的情況應(yīng)趁混合料尚未冷卻時(shí)