高寒地區(qū)土石壩瀝青混凝土心墻冬季施工技術(shù)

何鵬飛

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 712000）

1 工程概況

新疆庫(kù)什塔依水電站瀝青心墻壩工程為二等大（2）型工程。工程所處地區(qū)為山區(qū)，冬天寒冷，夏季涼爽。庫(kù)克蘇河年平均氣溫7.3℃，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫-29.0℃。大壩為2級(jí)建筑物，最大壩高91.1 m，為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，碾壓瀝青混凝土量約19 677.4 m3。

庫(kù)什塔依水電站施工工期比較緊張，為了滿(mǎn)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 冬季瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

2.1 冬季施工配合比

委托西安理工大學(xué)進(jìn)行冬季瀝青混凝土配合比試驗(yàn)。在室內(nèi)模擬-25℃極端氣溫條件，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)，檢測(cè)結(jié)果均符合規(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，還進(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、2。

2.2 施工設(shè)備及其保溫措施

2.2.1 施工設(shè)備

（1）瀝青混凝土拌和系統(tǒng)。根據(jù)施工強(qiáng)度選擇YQLB1000型 （60-75 t/h）瀝青混凝土攪拌設(shè)備。該設(shè)備將強(qiáng)制間歇式設(shè)備的計(jì)量精確、性能穩(wěn)定與移動(dòng)式攪拌設(shè)備的機(jī)動(dòng)靈活相結(jié)合，特別是在瀝青加熱和保溫方面，采用了獨(dú)特的高效節(jié)能罐中罐技術(shù)，完全取掉了導(dǎo)熱油爐，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行成本。

表1 冬季碾壓瀝青混凝土材料和配合比

表2 冬季配合比的礦料級(jí)配

（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)5 t自卸車(chē)卸入5 t裝載機(jī)，由裝載機(jī)直接倒入倉(cāng)面或攤鋪機(jī)。由于拌和站距施工現(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)15 min，損失溫度10～15℃之間，完全可以滿(mǎn)足冬季施工瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工溫度控制要求。

（3）瀝青混凝土攤鋪設(shè)備。選用西安理工大學(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0.6～1.2 m，該機(jī)采用了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的專(zhuān)利技術(shù)，以及液壓控制的無(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(mǎn)足工程施工的進(jìn)度和質(zhì)量要求。

（4）瀝青混凝土碾壓設(shè)備。瀝青心墻施工中配置了2臺(tái)BWI20AD-3型 （2.7 t）雙輪振動(dòng)碾，固定用于心墻兩側(cè)過(guò)渡料的碾壓。瀝青混凝土心墻采用1臺(tái)BW80AD雙輪振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。

2.2.2 保溫措施

為減少瀝青混凝土在拌和、運(yùn)輸過(guò)程中的溫度損失，確保瀝青混凝土攤鋪后滿(mǎn)足初碾和終碾的溫度要求，保證瀝青混凝土的碾壓質(zhì)量，根據(jù)施工設(shè)備的各自性能及特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)瀝青拌和系統(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(chē)；對(duì)瀝青混合料運(yùn)輸車(chē)底板、側(cè)板加裝保溫隔熱層。

3 冬季瀝青混凝土施工工藝方法

3.1 原材料

（1）瀝青。采用克拉瑪依石油公司生產(chǎn)的 “昆侖牌”90號(hào)道路石油瀝青。

（2）礦粉。采用南崗水泥廠生產(chǎn)堿性礦粉。

（3）粗、細(xì)骨料。采用庫(kù)什塔依水電站P2料場(chǎng)人工破碎料。

3.2 施工工藝

3.2.1 瀝青混凝土料拌和

（1）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170～190℃，實(shí)際低溫施工過(guò)程中瀝青加熱溫度控制在160～168℃，骨料加熱溫度稍高，在190～205℃之間。

（2）拌和質(zhì)量控制。拌制混合料投料順序?yàn)橄韧豆橇虾偷V粉干拌15 s，再?lài)姙r青濕拌45 s,拌和標(biāo)準(zhǔn)為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)不產(chǎn)生離析。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碾壓

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。

3.2.2.1 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）在刷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，配制質(zhì)量比瀝青∶汽油=3∶7。

（4）待冷底子油干涸后，涂抹1～2 cm厚瀝青瑪蹄脂，瀝青瑪蹄脂按瀝青∶礦粉∶人工砂=1∶2∶2的比例在拌和站拌和，將拌和溫度保持在170±5℃。瀝青瑪蹄脂邊攤鋪邊刮平，刮平后要求表面平整、光潔。

3.2.2.2 測(cè)量放線及攤鋪

（1）測(cè)量放線。為了嚴(yán)格控制心墻軸線，在攤鋪前進(jìn)行中線放樣，每隔10 m設(shè)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。

（2）攤鋪。過(guò)渡料運(yùn)輸至心墻上下游后，卸在距心墻軸線2.0 m外的區(qū)域。攤鋪時(shí)瀝青混合料與相鄰1.25 m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30 cm，邊攤鋪邊用帆布覆蓋心墻。

3.2.2.3 瀝青混合料及過(guò)渡料碾壓

心墻混合料采用1.5 t振動(dòng)碾碾壓。心墻寬度小于90 cm時(shí)，采用騎縫碾壓。振動(dòng)碾按靜碾2遍+振動(dòng)碾6遍+靜碾2遍在覆蓋的帆布上進(jìn)行碾壓，瀝青混凝土初碾溫度范圍為125～155℃。

過(guò)渡料碾壓采用2臺(tái)2.7 t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20～40 cm。順碾壓方向搭接重疊碾壓。

3.2.2.4 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30 min后，可將下層瀝青混凝土融化50 mm深，結(jié)合面溫度可達(dá)到約70℃。施工中為了驗(yàn)證此工藝的可行性，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50 mm以下，第二層熱料攤鋪半小時(shí)后進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，2012年12月16日監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 瀝青混凝土層間熱料加熱溫度記錄

3.3 瀝青混凝土質(zhì)量檢測(cè)

上游圍堰瀝青心墻共檢測(cè)瀝青混凝土試樣68組，瀝青混凝土芯樣28組，芯樣三軸試驗(yàn)1組，檢測(cè)頻次及檢測(cè)結(jié)果均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 4～6。

4 結(jié)語(yǔ)

庫(kù)什塔依水電站上游圍堰瀝青心墻在2011年1月～4月低溫條件下連續(xù)鋪筑，鉆芯取樣結(jié)果表明，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(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，上游圍堰瀝青混凝土心墻工程完成單元工程總個(gè)數(shù)109個(gè)，合格109個(gè)，優(yōu)良109個(gè)，合格率100%，優(yōu)良率100%。

表4 瀝青混凝土試樣檢測(cè)結(jié)果

表5 瀝青混凝土芯樣檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

表6 芯樣修正后E-μ模型靜三軸試驗(yàn)參數(shù)

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，保證了工期，為整個(gè)大壩工程按期完工奠定了基礎(chǔ)，對(duì)類(lèi)似氣候條件地區(qū)碾壓式瀝青混凝土壩的施工具有參考價(jià)值。