專題論述

高寒地區(qū)土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲心墻冬季施工技術(shù)

張景瑞

（中電投新疆能源化工集團(tuán)公司，新疆烏魯木齊，830092）

【摘要】碾壓式瀝青混凝土防滲心墻作為防滲結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程量小、防滲性能安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。常溫條件下碾壓式瀝青混凝土防滲心墻的施工技術(shù)已趨于成熟，但在高寒地區(qū)，土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲心墻冬季施工技術(shù)方面在本領(lǐng)域內(nèi)仍屬于探索階段。通過(guò)對(duì)庫(kù)什塔依水電站上游圍堰瀝青混凝土心墻施工，對(duì)-15℃低溫條件下的瀝青混凝土施工工藝進(jìn)行了全面的總結(jié)，對(duì)類似氣候條件地區(qū)的碾壓式瀝青混凝土壩施工，具有推廣應(yīng)用和參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】碾壓式 瀝青混凝土 冬季施工技術(shù)

1 概況

庫(kù)什塔依水電站瀝青心墻壩工程等別為Ⅱ等大（2）型工程，大壩為2級(jí)建筑物，采用碾壓式瀝青心墻壩防滲，壩頂長(zhǎng)439m，最大壩高91.1m，碾壓瀝青混凝土約19677.4m3。工程處于山區(qū)，冬天寒冷，夏季涼爽。壩址區(qū)平均氣溫7.3℃，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫-29.0℃。上游圍堰最大高度46.5m，防滲形式為碾壓式瀝青混凝土心墻。

庫(kù)什塔依水電站施工工期比較緊張，為了滿足上游圍堰2011年4月30日具備度汛條件，上游圍堰瀝青混凝土心墻必須在冬季低溫條件下連續(xù)施工。

2 配合比設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

2.1 冬季施工配合比

冬季瀝青混凝土配合比委托西安理工大學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)，在室內(nèi)模擬-25℃極端氣溫條件下進(jìn)行了瀝青混凝土室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)取樣的馬歇爾試件的密度、孔隙率、穩(wěn)定度、流值及滲透性、結(jié)合面、非結(jié)合面力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，均符合規(guī)范要求。并且對(duì)馬歇爾試件進(jìn)行了檢測(cè)，均滿足規(guī)范要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證選用的瀝青混凝土配合比在大壩運(yùn)行期的適應(yīng)性，分別對(duì)所選的冬季瀝青混凝土配合比進(jìn)行了小梁彎曲、拉伸、抗壓以及水穩(wěn)定等性能試驗(yàn)。最終結(jié)論為：在低溫-25℃條件下進(jìn)行碾壓式瀝青混凝土心墻施工是可行的。具體配合比見(jiàn)表1、表2所示。

2.2 施工設(shè)備的保溫措施

根據(jù)施工設(shè)備的各自性能及特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)瀝青系統(tǒng)的各種管路、閥件、集塵裝置等易結(jié)冰部件采取保溫或加溫措施；在瀝青混合料保溫筒出料口加設(shè)帆布筒，使熱瀝青混合料直接溜入運(yùn)輸車；對(duì)瀝青混合料運(yùn)輸車底板、側(cè)板加裝保溫隔熱層，加裝車廂保溫隔熱蓋板。達(dá)到減少瀝青混凝土在拌和、運(yùn)輸過(guò)程中的溫度損失，確保瀝青混凝土在攤鋪后可滿足瀝青混凝土初碾和終碾的溫度要求，從而保證瀝青混凝土的碾壓質(zhì)量。

2.2.1 瀝青混凝土拌合系統(tǒng)

庫(kù)什塔依水電站瀝青拌合系統(tǒng)根據(jù)施工強(qiáng)度選擇為YQLB1000型（60～75t/h）瀝青混凝土攪拌設(shè)備。本設(shè)備的特點(diǎn)是在瀝青加熱和保溫方面，采用了獨(dú)特的高效節(jié)能罐中罐專利技術(shù)，完全去掉了導(dǎo)熱油爐，使設(shè)備的運(yùn)行成本大大降低。

2.2.2 瀝青混凝土運(yùn)輸設(shè)備

瀝青混合料運(yùn)輸設(shè)備是根據(jù)工程攤鋪的生產(chǎn)強(qiáng)度、設(shè)備運(yùn)輸能力及運(yùn)輸距離進(jìn)行合理配置的。庫(kù)什塔依項(xiàng)目瀝青混合料運(yùn)輸使用3臺(tái)5t自卸車，并由瀝青混合料自卸車卸入5t裝載機(jī)，由裝載機(jī)直接倒入倉(cāng)面或攤鋪機(jī)。由于拌合站距施工現(xiàn)場(chǎng)較近，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在-15℃的外界氣溫條件下，運(yùn)輸歷時(shí)15min，損失溫度10～15℃之間，完全可滿足冬季施工瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工溫度控制要求。

2.2.3 瀝青混凝土攤鋪設(shè)備

庫(kù)什塔依水電站瀝青攤鋪設(shè)備選用了西安理工大學(xué)自行開(kāi)發(fā)研制的XT120瀝青混凝土心墻聯(lián)合攤鋪機(jī)，攤鋪寬度0.6～1.2m。本機(jī)采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的專利技術(shù)及液壓控制的無(wú)級(jí)調(diào)寬機(jī)構(gòu)、變頻調(diào)速行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、自控過(guò)渡料鋪層平整度等先進(jìn)技術(shù)，完全滿足本工程施工的進(jìn)度和質(zhì)量要求。

2.2.4 瀝青混凝土碾壓設(shè)備

庫(kù)什塔依水電站瀝青心墻施工中，配置了2臺(tái)BWI20AD-3型（2.7t）雙輪振動(dòng)碾，固定用于心墻兩側(cè)過(guò)渡料的碾壓。瀝青混凝土心墻瀝青混凝土混合料碾壓采用1臺(tái)BW80AD雙輪振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。

2.3 施工工藝方法

2.3.1 負(fù)溫條件下瀝青混凝土施工原材料檢驗(yàn)

碾壓試驗(yàn)所用瀝青為克拉瑪依石油公司生產(chǎn)的“昆侖牌”90號(hào)道路石油瀝青，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

礦粉：采用南崗水泥廠生產(chǎn)堿性礦粉，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

粗、細(xì)骨料：采用庫(kù)什塔依水電站p2料場(chǎng)人工破碎料，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

2.3.2 負(fù)溫條件下瀝青混凝土碾壓試驗(yàn)

2.3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)施工模擬試驗(yàn)條件

碾壓式瀝青混凝土負(fù)溫施工研究試驗(yàn)共分2層進(jìn)行。試驗(yàn)段長(zhǎng)60m，每層4段，均為機(jī)械攤鋪施工，油石比采用8.0%。第一層進(jìn)行過(guò)渡料不同碾壓遍數(shù)及瀝青混凝土相同溫度下不同碾壓遍數(shù)的試驗(yàn)，選取過(guò)渡料及瀝青混合料最佳碾壓遍數(shù)。第二層過(guò)渡料采用第一層試驗(yàn)選定的碾壓參數(shù)進(jìn)行，瀝青混合料采用第一層試驗(yàn)選定的最佳碾壓參數(shù)進(jìn)行不同混合料溫度的碾壓試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料適宜的碾壓溫度，試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)氣溫范圍為-16～-5℃，風(fēng)力3級(jí)。

2.3.2.2 試驗(yàn)用的施工配合比

瀝青混凝土在負(fù)溫下開(kāi)展的模擬試驗(yàn)，配合比仍選用試驗(yàn)室模擬結(jié)果的冬季配合比，油石比選用8.0%。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以檢驗(yàn)試驗(yàn)室冬季配合比在現(xiàn)場(chǎng)的適用性。

2.3.2.3 碾壓試驗(yàn)參數(shù)

借鑒以往瀝青混凝土防滲心墻低溫模擬實(shí)驗(yàn)成果，初步選取瀝青混凝土及過(guò)渡料的碾壓參數(shù)，試驗(yàn)參數(shù)布置見(jiàn)表6。

2.3.2.4 瀝青混凝料拌和

瀝青混合料原材料加熱溫度控制，根據(jù)規(guī)范要求，瀝青加熱溫度為150～170℃，骨料加熱溫度為170～190℃，實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中瀝青加熱溫度控制在160～168℃之間，骨料加熱溫度稍高，在190～205℃之間。

拌制混合料投料順序?yàn)橄韧豆橇虾偷V粉干拌15s，再噴灑瀝青濕拌45s，拌出的瀝青混合料色澤均勻、稀稠一致，無(wú)花白料、黃煙及其他異常現(xiàn)象，卸料時(shí)均未產(chǎn)生離析。

瀝青混合料溫度控制采用混合料在出機(jī)口卸入運(yùn)輸車輛時(shí)檢測(cè)一次溫度，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)攤鋪完成后再檢測(cè)一次，檢測(cè)情況見(jiàn)表7，可以看出出機(jī)口溫度偏高，同時(shí)在目前-16～-5℃環(huán)境中及車頂覆蓋情況下，運(yùn)距約300m，運(yùn)輸過(guò)程溫度損失約為15℃，現(xiàn)場(chǎng)攤鋪后立即采用帆布進(jìn)行覆蓋，可滿足瀝青混凝土規(guī)范要求的碾壓溫度。

2.3.2.5 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碾壓

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置在右岸圍堰心墻位置，試驗(yàn)段長(zhǎng)60m，分2層，每層4段，均為機(jī)械攤鋪施工，試驗(yàn)參數(shù)布置見(jiàn)表6。

機(jī)械攤鋪工藝流程：混凝土表面清理→測(cè)量放線→過(guò)渡料、瀝青混合料分別裝入攤鋪機(jī)→攤鋪機(jī)攤鋪→瀝青混合料碾壓→過(guò)渡料碾壓。

（1）基座混凝土面處理。

1）標(biāo)出基座混凝土與瀝青混凝土結(jié)合范圍，對(duì)混凝土面進(jìn)行鑿毛并用高壓風(fēng)吹干凈，潮濕部位用汽油噴燈烘干，保持混凝土表面干燥。

2）在進(jìn)行冷底子油和瀝青砂漿馬蹄脂前，對(duì)銅止水進(jìn)行檢查，有破損的地方應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊，銅止水面應(yīng)用鋼絲刷清理潔凈。

3）在干燥的混凝土毛面上人工涂刷2遍冷底子油，涂刷要均勻，無(wú)遺漏。冷底子油用瀝青和汽油摻配而成，配制重量比為：瀝青∶汽油=3∶7。

4）待冷底子油干涸后，涂抹1～2cm厚瀝青瑪蹄脂，瀝青瑪蹄脂按瀝青∶礦粉∶人工砂=1∶2∶2比例進(jìn)行拌制，在拌合站拌和。將拌合溫度保持在170±5℃，裝載機(jī)運(yùn)輸，人工用鐵桶提至倉(cāng)面。瀝青瑪蹄脂邊攤鋪邊刮平，刮平后要求表面平整、光潔。

（2）攤鋪中線控制。

為了嚴(yán)格控制心墻軸線，在攤鋪前進(jìn)行中線放樣，10m一個(gè)放樣點(diǎn)，然后用墨斗配白色涂料將中線彈在心墻上。供攤鋪機(jī)在攤鋪混合料時(shí)使用。

過(guò)渡料運(yùn)輸至心墻上下游后，卸在距心墻軸線2.0m外的區(qū)域。在攤鋪過(guò)程中用挖掘機(jī)給攤鋪機(jī)喂料。

攤鋪時(shí)瀝青混合料與相鄰1.25m寬的過(guò)渡料同時(shí)攤鋪，瀝青混合料用裝載機(jī)卸入攤鋪機(jī)料倉(cāng)內(nèi)，過(guò)渡料由挖掘機(jī)上料，攤鋪厚度30cm，邊攤鋪邊用帆布覆蓋心墻。

（3）瀝青混合料及過(guò)渡料碾壓。

心墻碾壓時(shí)，采用1.5t振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。心墻寬度小于90cm時(shí)，采用騎縫碾壓。振動(dòng)碾按2遍（靜碾）+6遍（振動(dòng)碾）+2遍（靜碾）在覆蓋的帆布上進(jìn)行碾壓。

過(guò)渡料碾壓采用2臺(tái)2.5t自行式振動(dòng)碾同時(shí)靜壓心墻兩側(cè)，靜碾2遍+動(dòng)碾壓8遍+靜碾2遍，碾壓時(shí)離心墻20～40cm。順碾壓方向搭接重疊碾壓。

（4）層間處理及第二層熱料攤鋪。

在已壓實(shí)的心墻上繼續(xù)鋪筑時(shí)，結(jié)合面必須清理干凈，灰塵等污染面采用空氣壓縮機(jī)清除，對(duì)于潮濕部位先將表水清除，再采用紅外線加熱器烘干。第二層施工時(shí)，瀝青表面不進(jìn)行加熱，利用上層新鋪瀝青混合料（160℃）的熱量，停滯約30min后，可將下層瀝青混凝土融化50mm深，結(jié)合面溫度可達(dá)到約70℃。施工中第二層瀝青混凝土鋪設(shè)前在底層瀝青混凝土表面埋入傳感式溫度計(jì)，埋設(shè)深度為表層50mm以下，第二層熱料攤鋪后半小時(shí)后進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

（5）瀝青混凝土攤鋪碾壓試驗(yàn)結(jié)果。

首先在拌合站生產(chǎn)前進(jìn)行了熱料倉(cāng)級(jí)配篩分，根據(jù)篩分情況進(jìn)行配料單調(diào)整，攤鋪試驗(yàn)期間，在兩層均取樣進(jìn)行瀝青混合料抽提試驗(yàn)、最大密度試驗(yàn)并成型馬歇爾試件進(jìn)行密度、穩(wěn)定度、流值檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表9、表10。

對(duì)碾壓完成后的瀝青混凝土，我們采用表面滲氣儀分段進(jìn)行滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均小于5.0×10-9cm/s，隨后采用鉆孔取芯法在各段均取芯樣一組，檢測(cè)層間結(jié)合情況、芯樣的密度、孔隙率、馬歇爾指標(biāo)及滲透試驗(yàn)。

肉眼觀察兩層所取芯樣，芯樣根部大部分為瀝青混凝土扯、拔斷后的毛面，第一層若干芯樣根部粘帶有破壞的水泥混凝土部分，第二層與第一層的結(jié)合面在芯樣上肉眼觀察均無(wú)法識(shí)別出來(lái)，說(shuō)明瀝青混凝土與混凝土基座及瀝青混凝土上下層間結(jié)合良好。

芯樣的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11、表12。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析后，推薦瀝青混凝土心墻及過(guò)渡料的施工參數(shù)為：過(guò)渡料虛鋪35cm，壓實(shí)厚度期望值27cm左右，瀝青混合料虛鋪30cm，壓實(shí)后期望值27cm左右；碾壓順序?yàn)檫^(guò)渡料靜2動(dòng)2→瀝青混凝土心墻靜2（攤鋪一段長(zhǎng)度后隨即進(jìn)行，以便于表面的提油）→過(guò)渡料動(dòng)8→瀝青混凝土心墻動(dòng)6→瀝青混凝土心墻動(dòng)2靜2收光；共計(jì)過(guò)渡料靜2動(dòng)10遍，瀝青混凝土心墻靜2動(dòng)8遍。瀝青混凝土初碾溫度范圍為125～155℃。

3 結(jié)論

庫(kù)什塔依水電站上游圍堰瀝青心墻采取以上試驗(yàn)工藝，在2011年1～4月低溫條件下連續(xù)鋪筑，經(jīng)過(guò)鉆芯取樣，孔隙率、滲透系數(shù)、容重檢測(cè)及三軸C、φ值的檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，庫(kù)什塔依水電站上游圍堰瀝青心墻冬季低溫施工工藝的成功應(yīng)用，為庫(kù)什塔依項(xiàng)目節(jié)約了成本及工期，對(duì)整個(gè)大壩工程按期完工奠定了基礎(chǔ)，也為類似氣候條件地區(qū)碾壓式瀝青混凝土壩的施工具有推廣應(yīng)用和參考價(jià)值。

【作者簡(jiǎn)介】

張景瑞，男，陜西人，工程師，主要從事工程建設(shè)管理工作。