高寒地区土石坝沥青混凝土心墙冬季施工技术

何鹏飞

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 712000）

1 工程概况

新疆库什塔依水电站沥青心墙坝工程为二等大（2）型工程。工程所处地区为山区，冬天寒冷，夏季凉爽。库克苏河年平均气温7.3℃，极端最高气温37.5℃，极端最低气温-29.0℃。大坝为2级建筑物，最大坝高91.1 m，为碾压式沥青混凝土心墙坝，碾压沥青混凝土量约19 677.4 m3。

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 冬季沥青混凝土配合比设计及设备选型

2.1 冬季施工配合比

委托西安理工大学进行冬季沥青混凝土配合比试验。在室内模拟-25℃极端气温条件，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，检测结果均符合规范要求；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，还进行了小梁弯曲、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、2。

2.2 施工设备及其保温措施

2.2.1 施工设备

（1）沥青混凝土拌和系统。根据施工强度选择YQLB1000型 （60-75 t/h）沥青混凝土搅拌设备。该设备将强制间歇式设备的计量精确、性能稳定与移动式搅拌设备的机动灵活相结合，特别是在沥青加热和保温方面，采用了独特的高效节能罐中罐技术，完全取掉了导热油炉，大大降低了设备的运行成本。

表1 冬季碾压沥青混凝土材料和配合比

表2 冬季配合比的矿料级配

（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5 t自卸车卸入5 t装载机，由装载机直接倒入仓面或摊铺机。由于拌和站距施工现场较近，经过现场试验，在-15℃的外界气温条件下，运输历时15 min，损失温度10～15℃之间，完全可以满足冬季施工沥青混凝土现场施工温度控制要求。

（3）沥青混凝土摊铺设备。选用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0.6～1.2 m，该机采用了经过优化的专利技术，以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，完全满足工程施工的进度和质量要求。

（4）沥青混凝土碾压设备。沥青心墙施工中配置了2台BWI20AD-3型 （2.7 t）双轮振动碾，固定用于心墙两侧过渡料的碾压。沥青混凝土心墙采用1台BW80AD双轮振动碾进行碾压。

2.2.2 保温措施

为减少沥青混凝土在拌和、运输过程中的温度损失，确保沥青混凝土摊铺后满足初碾和终碾的温度要求，保证沥青混凝土的碾压质量，根据施工设备的各自性能及特点，通过对沥青拌和系统的各种管路、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。

3 冬季沥青混凝土施工工艺方法

3.1 原材料

（1）沥青。采用克拉玛依石油公司生产的 “昆仑牌”90号道路石油沥青。

（2）矿粉。采用南岗水泥厂生产碱性矿粉。

（3）粗、细骨料。采用库什塔依水电站P2料场人工破碎料。

3.2 施工工艺

3.2.1 沥青混凝土料拌和

（1）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170～190℃，实际低温施工过程中沥青加热温度控制在160～168℃，骨料加热温度稍高，在190～205℃之间。

（2）拌和质量控制。拌制混合料投料顺序为先投骨料和矿粉干拌15 s，再喷洒沥青湿拌45 s,拌和标准为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，卸料时不产生离析。

3.2.2 现场摊铺、碾压

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。

3.2.2.1 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）在刷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，配制质量比沥青∶汽油=3∶7。

（4）待冷底子油干涸后，涂抹1～2 cm厚沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂按沥青∶矿粉∶人工砂=1∶2∶2的比例在拌和站拌和，将拌和温度保持在170±5℃。沥青玛蹄脂边摊铺边刮平，刮平后要求表面平整、光洁。

3.2.2.2 测量放线及摊铺

（1）测量放线。为了严格控制心墙轴线，在摊铺前进行中线放样，每隔10 m设一个放样点，然后用墨斗配白色涂料将中线弹在心墙上。

（2）摊铺。过渡料运输至心墙上下游后，卸在距心墙轴线2.0 m外的区域。摊铺时沥青混合料与相邻1.25 m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30 cm，边摊铺边用帆布覆盖心墙。

3.2.2.3 沥青混合料及过渡料碾压

心墙混合料采用1.5 t振动碾碾压。心墙宽度小于90 cm时，采用骑缝碾压。振动碾按静碾2遍+振动碾6遍+静碾2遍在覆盖的帆布上进行碾压，沥青混凝土初碾温度范围为125～155℃。

过渡料碾压采用2台2.7 t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20～40 cm。顺碾压方向搭接重叠碾压。

3.2.2.4 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30 min后，可将下层沥青混凝土融化50 mm深，结合面温度可达到约70℃。施工中为了验证此工艺的可行性，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50 mm以下，第二层热料摊铺半小时后进行温度监测，2012年12月16日监测结果见表3。

表3 沥青混凝土层间热料加热温度记录

3.3 沥青混凝土质量检测

上游围堰沥青心墙共检测沥青混凝土试样68组，沥青混凝土芯样28组，芯样三轴试验1组，检测频次及检测结果均符合规范及设计要求，检测结果见表 4～6。

4 结语

库什塔依水电站上游围堰沥青心墙在2011年1月～4月低温条件下连续铺筑，钻芯取样结果表明，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，上游围堰沥青混凝土心墙工程完成单元工程总个数109个，合格109个，优良109个，合格率100%，优良率100%。

表4 沥青混凝土试样检测结果

表5 沥青混凝土芯样检测统计

表6 芯样修正后E-μ模型静三轴试验参数

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，保证了工期，为整个大坝工程按期完工奠定了基础，对类似气候条件地区碾压式沥青混凝土坝的施工具有参考价值。