专题论述

高寒地区土石坝碾压式沥青混凝土防渗心墙冬季施工技术

张景瑞

（中电投新疆能源化工集团公司，新疆乌鲁木齐，830092）

【摘要】碾压式沥青混凝土防渗心墙作为防渗结构，具有结构简单、工程量小、防渗性能安全可靠等优点。常温条件下碾压式沥青混凝土防渗心墙的施工技术已趋于成熟，但在高寒地区，土石坝碾压式沥青混凝土防渗心墙冬季施工技术方面在本领域内仍属于探索阶段。通过对库什塔依水电站上游围堰沥青混凝土心墙施工，对-15℃低温条件下的沥青混凝土施工工艺进行了全面的总结，对类似气候条件地区的碾压式沥青混凝土坝施工，具有推广应用和参考价值。

【关键词】碾压式 沥青混凝土 冬季施工技术

1 概况

库什塔依水电站沥青心墙坝工程等别为Ⅱ等大（2）型工程，大坝为2级建筑物，采用碾压式沥青心墙坝防渗，坝顶长439m，最大坝高91.1m，碾压沥青混凝土约19677.4m3。工程处于山区，冬天寒冷，夏季凉爽。坝址区平均气温7.3℃，极端最高气温37.5℃，极端最低气温-29.0℃。上游围堰最大高度46.5m，防渗形式为碾压式沥青混凝土心墙。

库什塔依水电站施工工期比较紧张，为了满足上游围堰2011年4月30日具备度汛条件，上游围堰沥青混凝土心墙必须在冬季低温条件下连续施工。

2 配合比设计及设备选型

2.1 冬季施工配合比

冬季沥青混凝土配合比委托西安理工大学进行试验，在室内模拟-25℃极端气温条件下进行了沥青混凝土室内试验，对取样的马歇尔试件的密度、孔隙率、稳定度、流值及渗透性、结合面、非结合面力学指标进行了检测，均符合规范要求。并且对马歇尔试件进行了检测，均满足规范要求。为了进一步验证选用的沥青混凝土配合比在大坝运行期的适应性，分别对所选的冬季沥青混凝土配合比进行了小梁弯曲、拉伸、抗压以及水稳定等性能试验。最终结论为：在低温-25℃条件下进行碾压式沥青混凝土心墙施工是可行的。具体配合比见表1、表2所示。

2.2 施工设备的保温措施

根据施工设备的各自性能及特点，通过对沥青系统的各种管路、阀件、集尘装置等易结冰部件采取保温或加温措施；在沥青混合料保温筒出料口加设帆布筒，使热沥青混合料直接溜入运输车；对沥青混合料运输车底板、侧板加装保温隔热层，加装车厢保温隔热盖板。达到减少沥青混凝土在拌和、运输过程中的温度损失，确保沥青混凝土在摊铺后可满足沥青混凝土初碾和终碾的温度要求，从而保证沥青混凝土的碾压质量。

2.2.1 沥青混凝土拌合系统

库什塔依水电站沥青拌合系统根据施工强度选择为YQLB1000型（60～75t/h）沥青混凝土搅拌设备。本设备的特点是在沥青加热和保温方面，采用了独特的高效节能罐中罐专利技术，完全去掉了导热油炉，使设备的运行成本大大降低。

2.2.2 沥青混凝土运输设备

沥青混合料运输设备是根据工程摊铺的生产强度、设备运输能力及运输距离进行合理配置的。库什塔依项目沥青混合料运输使用3台5t自卸车，并由沥青混合料自卸车卸入5t装载机，由装载机直接倒入仓面或摊铺机。由于拌合站距施工现场较近，经过现场试验，在-15℃的外界气温条件下，运输历时15min，损失温度10～15℃之间，完全可满足冬季施工沥青混凝土现场施工温度控制要求。

2.2.3 沥青混凝土摊铺设备

库什塔依水电站沥青摊铺设备选用了西安理工大学自行开发研制的XT120沥青混凝土心墙联合摊铺机，摊铺宽度0.6～1.2m。本机采用经过优化的专利技术及液压控制的无级调宽机构、变频调速行走传动机构、自控过渡料铺层平整度等先进技术，完全满足本工程施工的进度和质量要求。

2.2.4 沥青混凝土碾压设备

库什塔依水电站沥青心墙施工中，配置了2台BWI20AD-3型（2.7t）双轮振动碾，固定用于心墙两侧过渡料的碾压。沥青混凝土心墙沥青混凝土混合料碾压采用1台BW80AD双轮振动碾进行碾压。

2.3 施工工艺方法

2.3.1 负温条件下沥青混凝土施工原材料检验

碾压试验所用沥青为克拉玛依石油公司生产的“昆仑牌”90号道路石油沥青，检测结果见表3。

矿粉：采用南岗水泥厂生产碱性矿粉，检测结果见表4。

粗、细骨料：采用库什塔依水电站p2料场人工破碎料，检测结果见表5。

2.3.2 负温条件下沥青混凝土碾压试验

2.3.2.1 现场施工模拟试验条件

碾压式沥青混凝土负温施工研究试验共分2层进行。试验段长60m，每层4段，均为机械摊铺施工，油石比采用8.0%。第一层进行过渡料不同碾压遍数及沥青混凝土相同温度下不同碾压遍数的试验，选取过渡料及沥青混合料最佳碾压遍数。第二层过渡料采用第一层试验选定的碾压参数进行，沥青混合料采用第一层试验选定的最佳碾压参数进行不同混合料温度的碾压试验，测定沥青混合料适宜的碾压温度，试验时段内气温范围为-16～-5℃，风力3级。

2.3.2.2 试验用的施工配合比

沥青混凝土在负温下开展的模拟试验，配合比仍选用试验室模拟结果的冬季配合比，油石比选用8.0%。通过现场试验以检验试验室冬季配合比在现场的适用性。

2.3.2.3 碾压试验参数

借鉴以往沥青混凝土防渗心墙低温模拟实验成果，初步选取沥青混凝土及过渡料的碾压参数，试验参数布置见表6。

2.3.2.4 沥青混凝料拌和

沥青混合料原材料加热温度控制，根据规范要求，沥青加热温度为150～170℃，骨料加热温度为170～190℃，实际试验过程中沥青加热温度控制在160～168℃之间，骨料加热温度稍高，在190～205℃之间。

拌制混合料投料顺序为先投骨料和矿粉干拌15s，再喷洒沥青湿拌45s，拌出的沥青混合料色泽均匀、稀稠一致，无花白料、黄烟及其他异常现象，卸料时均未产生离析。

沥青混合料温度控制采用混合料在出机口卸入运输车辆时检测一次温度，运至现场摊铺完成后再检测一次，检测情况见表7，可以看出出机口温度偏高，同时在目前-16～-5℃环境中及车顶覆盖情况下，运距约300m，运输过程温度损失约为15℃，现场摊铺后立即采用帆布进行覆盖，可满足沥青混凝土规范要求的碾压温度。

2.3.2.5 现场摊铺、碾压

试验现场布置在右岸围堰心墙位置，试验段长60m，分2层，每层4段，均为机械摊铺施工，试验参数布置见表6。

机械摊铺工艺流程：混凝土表面清理→测量放线→过渡料、沥青混合料分别装入摊铺机→摊铺机摊铺→沥青混合料碾压→过渡料碾压。

（1）基座混凝土面处理。

1）标出基座混凝土与沥青混凝土结合范围，对混凝土面进行凿毛并用高压风吹干净，潮湿部位用汽油喷灯烘干，保持混凝土表面干燥。

2）在进行冷底子油和沥青砂浆马蹄脂前，对铜止水进行检查，有破损的地方应进行补焊，铜止水面应用钢丝刷清理洁净。

3）在干燥的混凝土毛面上人工涂刷2遍冷底子油，涂刷要均匀，无遗漏。冷底子油用沥青和汽油掺配而成，配制重量比为：沥青∶汽油=3∶7。

4）待冷底子油干涸后，涂抹1～2cm厚沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂按沥青∶矿粉∶人工砂=1∶2∶2比例进行拌制，在拌合站拌和。将拌合温度保持在170±5℃，装载机运输，人工用铁桶提至仓面。沥青玛蹄脂边摊铺边刮平，刮平后要求表面平整、光洁。

（2）摊铺中线控制。

为了严格控制心墙轴线，在摊铺前进行中线放样，10m一个放样点，然后用墨斗配白色涂料将中线弹在心墙上。供摊铺机在摊铺混合料时使用。

过渡料运输至心墙上下游后，卸在距心墙轴线2.0m外的区域。在摊铺过程中用挖掘机给摊铺机喂料。

摊铺时沥青混合料与相邻1.25m宽的过渡料同时摊铺，沥青混合料用装载机卸入摊铺机料仓内，过渡料由挖掘机上料，摊铺厚度30cm，边摊铺边用帆布覆盖心墙。

（3）沥青混合料及过渡料碾压。

心墙碾压时，采用1.5t振动碾进行碾压。心墙宽度小于90cm时，采用骑缝碾压。振动碾按2遍（静碾）+6遍（振动碾）+2遍（静碾）在覆盖的帆布上进行碾压。

过渡料碾压采用2台2.5t自行式振动碾同时静压心墙两侧，静碾2遍+动碾压8遍+静碾2遍，碾压时离心墙20～40cm。顺碾压方向搭接重叠碾压。

（4）层间处理及第二层热料摊铺。

在已压实的心墙上继续铺筑时，结合面必须清理干净，灰尘等污染面采用空气压缩机清除，对于潮湿部位先将表水清除，再采用红外线加热器烘干。第二层施工时，沥青表面不进行加热，利用上层新铺沥青混合料（160℃）的热量，停滞约30min后，可将下层沥青混凝土融化50mm深，结合面温度可达到约70℃。施工中第二层沥青混凝土铺设前在底层沥青混凝土表面埋入传感式温度计，埋设深度为表层50mm以下，第二层热料摊铺后半小时后进行温度监测，具体数据见表8。

（5）沥青混凝土摊铺碾压试验结果。

首先在拌合站生产前进行了热料仓级配筛分，根据筛分情况进行配料单调整，摊铺试验期间，在两层均取样进行沥青混合料抽提试验、最大密度试验并成型马歇尔试件进行密度、稳定度、流值检测，检测结果见表9、表10。

对碾压完成后的沥青混凝土，我们采用表面渗气仪分段进行渗透试验，试验结果均小于5.0×10-9cm/s，随后采用钻孔取芯法在各段均取芯样一组，检测层间结合情况、芯样的密度、孔隙率、马歇尔指标及渗透试验。

肉眼观察两层所取芯样，芯样根部大部分为沥青混凝土扯、拔断后的毛面，第一层若干芯样根部粘带有破坏的水泥混凝土部分，第二层与第一层的结合面在芯样上肉眼观察均无法识别出来，说明沥青混凝土与混凝土基座及沥青混凝土上下层间结合良好。

芯样的各项试验结果见表11、表12。

对现场情况及试验数据综合分析后，推荐沥青混凝土心墙及过渡料的施工参数为：过渡料虚铺35cm，压实厚度期望值27cm左右，沥青混合料虚铺30cm，压实后期望值27cm左右；碾压顺序为过渡料静2动2→沥青混凝土心墙静2（摊铺一段长度后随即进行，以便于表面的提油）→过渡料动8→沥青混凝土心墙动6→沥青混凝土心墙动2静2收光；共计过渡料静2动10遍，沥青混凝土心墙静2动8遍。沥青混凝土初碾温度范围为125～155℃。

3 结论

库什塔依水电站上游围堰沥青心墙采取以上试验工艺，在2011年1～4月低温条件下连续铺筑，经过钻芯取样，孔隙率、渗透系数、容重检测及三轴C、φ值的检测均满足设计及规范要求，库什塔依水电站上游围堰沥青心墙冬季低温施工工艺的成功应用，为库什塔依项目节约了成本及工期，对整个大坝工程按期完工奠定了基础，也为类似气候条件地区碾压式沥青混凝土坝的施工具有推广应用和参考价值。

【作者简介】

张景瑞，男，陕西人，工程师，主要从事工程建设管理工作。