專題論述

高寒地區土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲心墻冬季施工技術

張景瑞

（中電投新疆能源化工集團公司，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構，具有結構簡單、工程量小、防滲性能安全可靠等優點。常溫條件下碾壓式瀝青混凝土防滲心墻的施工技術已趨于成熟，但在高寒地區，土石壩碾壓式瀝青混凝土防滲心墻冬季施工技術方面在本領域內仍屬于探索階段。通過對庫什塔依水電站上游圍堰瀝青混凝土心墻施工，對-15℃低溫條件下的瀝青混凝土施工工藝進行了全面的總結，對類似氣候條件地區的碾壓式瀝青混凝土壩施工，具有推廣應用和參考價值。

【關鍵詞】碾壓式 瀝青混凝土 冬季施工技術

1 概況

庫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級建筑物，采用碾壓式瀝青心墻壩防滲，壩頂長439m，最大壩高91.1m，碾壓瀝青混凝土約19677.4m3。工程處于山區，冬天寒冷，夏季涼爽。壩址區平均氣溫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施工。

2 配合比設計及設備選型

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進行試驗，在室內模擬-25℃極端氣溫條件下進行了瀝青混凝土室內試驗，對取樣的馬歇爾試件的密度、孔隙率、穩定度、流值及滲透性、結合面、非結合面力學指標進行了檢測，均符合規范要求。并且對馬歇爾試件進行了檢測，均滿足規范要求。為了進一步驗證選用的瀝青混凝土配合比在大壩運行期的適應性，分別對所選的冬季瀝青混凝土配合比進行了小梁彎曲、拉伸、抗壓以及水穩定等性能試驗。最終結論為：在低溫-25℃條件下進行碾壓式瀝青混凝土心墻施工是可行的。具體配合比見表1、表2所示。

2.2 施工設備的保溫措施

根據施工設備的各自性能及特點，通過對瀝青系統的各種管路、閥件、集塵裝置等易結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帆布筒，使熱瀝青混合料直接溜入運輸車；對瀝青混合料運輸車底板、側板加裝保溫隔熱層，加裝車廂保溫隔熱蓋板。達到減少瀝青混凝土在拌和、運輸過程中的溫度損失，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量。

2.2.1 瀝青混凝土拌合系統

庫什塔依水電站瀝青拌合系統根據施工強度選擇為YQLB1000型（60～75t/h）瀝青混凝土攪拌設備。本設備的特點是在瀝青加熱和保溫方面，采用了獨特的高效節能罐中罐專利技術，完全去掉了導熱油爐，使設備的運行成本大大降低。

2.2.2 瀝青混凝土運輸設備

瀝青混合料運輸設備是根據工程攤鋪的生產強度、設備運輸能力及運輸距離進行合理配置的。庫什塔依項目瀝青混合料運輸使用3臺5t自卸車，并由瀝青混合料自卸車卸入5t裝載機，由裝載機直接倒入倉面或攤鋪機。由于拌合站距施工現場較近，經過現場試驗，在-15℃的外界氣溫條件下，運輸歷時15min，損失溫度10～15℃之間，完全可滿足冬季施工瀝青混凝土現場施工溫度控制要求。

2.2.3 瀝青混凝土攤鋪設備

庫什塔依水電站瀝青攤鋪設備選用了西安理工大學自行開發研制的XT120瀝青混凝土心墻聯合攤鋪機，攤鋪寬度0.6～1.2m。本機采用經過優化的專利技術及液壓控制的無級調寬機構、變頻調速行走傳動機構、自控過渡料鋪層平整度等先進技術，完全滿足本工程施工的進度和質量要求。

2.2.4 瀝青混凝土碾壓設備

庫什塔依水電站瀝青心墻施工中，配置了2臺BWI20AD-3型（2.7t）雙輪振動碾，固定用于心墻兩側過渡料的碾壓。瀝青混凝土心墻瀝青混凝土混合料碾壓采用1臺BW80AD雙輪振動碾進行碾壓。

2.3 施工工藝方法

2.3.1 負溫條件下瀝青混凝土施工原材料檢驗

碾壓試驗所用瀝青為克拉瑪依石油公司生產的“昆侖牌”90號道路石油瀝青，檢測結果見表3。

礦粉：采用南崗水泥廠生產堿性礦粉，檢測結果見表4。

粗、細骨料：采用庫什塔依水電站p2料場人工破碎料，檢測結果見表5。

2.3.2 負溫條件下瀝青混凝土碾壓試驗

2.3.2.1 現場施工模擬試驗條件

碾壓式瀝青混凝土負溫施工研究試驗共分2層進行。試驗段長60m，每層4段，均為機械攤鋪施工，油石比采用8.0%。第一層進行過渡料不同碾壓遍數及瀝青混凝土相同溫度下不同碾壓遍數的試驗，選取過渡料及瀝青混合料最佳碾壓遍數。第二層過渡料采用第一層試驗選定的碾壓參數進行，瀝青混合料采用第一層試驗選定的最佳碾壓參數進行不同混合料溫度的碾壓試驗，測定瀝青混合料適宜的碾壓溫度，試驗時段內氣溫范圍為-16～-5℃，風力3級。

2.3.2.2 試驗用的施工配合比

瀝青混凝土在負溫下開展的模擬試驗，配合比仍選用試驗室模擬結果的冬季配合比，油石比選用8.0%。通過現場試驗以檢驗試驗室冬季配合比在現場的適用性。

2.3.2.3 碾壓試驗參數

借鑒以往瀝青混凝土防滲心墻低溫模擬實驗成果，初步選取瀝青混凝土及過渡料的碾壓參數，試驗參數布置見表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，根據規范要求，瀝青加熱溫度為150～170℃，骨料加熱溫度為170～190℃，實際試驗過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為先投骨料和礦粉干拌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，無花白料、黃煙及其他異常現象，卸料時均未產生離析。

瀝青混合料溫度控制采用混合料在出機口卸入運輸車輛時檢測一次溫度，運至現場攤鋪完成后再檢測一次，檢測情況見表7，可以看出出機口溫度偏高，同時在目前-16～-5℃環境中及車頂覆蓋情況下，運距約300m，運輸過程溫度損失約為15℃，現場攤鋪后立即采用帆布進行覆蓋，可滿足瀝青混凝土規范要求的碾壓溫度。

2.3.2.5 現場攤鋪、碾壓

試驗現場布置在右岸圍堰心墻位置，試驗段長60m，分2層，每層4段，均為機械攤鋪施工，試驗參數布置見表6。

機械攤鋪工藝流程：混凝土表面清理→測量放線→過渡料、瀝青混合料分別裝入攤鋪機→攤鋪機攤鋪→瀝青混合料碾壓→過渡料碾壓。

（1）基座混凝土面處理。

1）標出基座混凝土與瀝青混凝土結合范圍，對混凝土面進行鑿毛并用高壓風吹干凈，潮濕部位用汽油噴燈烘干，保持混凝土表面干燥。

2）在進行冷底子油和瀝青砂漿馬蹄脂前，對銅止水進行檢查，有破損的地方應進行補焊，銅止水面應用鋼絲刷清理潔凈。

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比例進行拌制，在拌合站拌和。將拌合溫度保持在170±5℃，裝載機運輸，人工用鐵桶提至倉面。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。

為了嚴格控制心墻軸線，在攤鋪前進行中線放樣，10m一個放樣點，然后用墨斗配白色涂料將中線彈在心墻上。供攤鋪機在攤鋪混合料時使用。

過渡料運輸至心墻上下游后，卸在距心墻軸線2.0m外的區域。在攤鋪過程中用挖掘機給攤鋪機喂料。

攤鋪時瀝青混合料與相鄰1.25m寬的過渡料同時攤鋪，瀝青混合料用裝載機卸入攤鋪機料倉內，過渡料由挖掘機上料，攤鋪厚度30cm，邊攤鋪邊用帆布覆蓋心墻。

（3）瀝青混合料及過渡料碾壓。

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

過渡料碾壓采用2臺2.5t自行式振動碾同時靜壓心墻兩側，靜碾2遍+動碾壓8遍+靜碾2遍，碾壓時離心墻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。

在已壓實的心墻上繼續鋪筑時，結合面必須清理干凈，灰塵等污染面采用空氣壓縮機清除，對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，瀝青表面不進行加熱，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，結合面溫度可達到約70℃。施工中第二層瀝青混凝土鋪設前在底層瀝青混凝土表面埋入傳感式溫度計，埋設深度為表層50mm以下，第二層熱料攤鋪后半小時后進行溫度監測，具體數據見表8。

（5）瀝青混凝土攤鋪碾壓試驗結果。

首先在拌合站生產前進行了熱料倉級配篩分，根據篩分情況進行配料單調整，攤鋪試驗期間，在兩層均取樣進行瀝青混合料抽提試驗、最大密度試驗并成型馬歇爾試件進行密度、穩定度、流值檢測，檢測結果見表9、表10。

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

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合面在芯樣上肉眼觀察均無法識別出來，說明瀝青混凝土與混凝土基座及瀝青混凝土上下層間結合良好。

芯樣的各項試驗結果見表11、表12。

對現場情況及試驗數據綜合分析后，推薦瀝青混凝土心墻及過渡料的施工參數為：過渡料虛鋪35cm，壓實厚度期望值27cm左右，瀝青混合料虛鋪30cm，壓實后期望值27cm左右；碾壓順序為過渡料靜2動2→瀝青混凝土心墻靜2（攤鋪一段長度后隨即進行，以便于表面的提油）→過渡料動8→瀝青混凝土心墻動6→瀝青混凝土心墻動2靜2收光；共計過渡料靜2動10遍，瀝青混凝土心墻靜2動8遍。瀝青混凝土初碾溫度范圍為125～155℃。

3 結論

庫什塔依水電站上游圍堰瀝青心墻采取以上試驗工藝，在2011年1～4月低溫條件下連續鋪筑，經過鉆芯取樣，孔隙率、滲透系數、容重檢測及三軸C、φ值的檢測均滿足設計及規范要求，庫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用，為庫什塔依項目節約了成本及工期，對整個大壩工程按期完工奠定了基礎，也為類似氣候條件地區碾壓式瀝青混凝土壩的施工具有推廣應用和參考價值。

【作者簡介】

張景瑞，男，陜西人，工程師，主要從事工程建設管理工作。