心墙沥青砼在冬季施工中的应用

2015-01-02张金山周红波山东黄河工程集团有限公司山东济南250011

科技视界 2015年1期

张金山周红波（山东黄河工程集团有限公司，山东济南250011）

1 工程概况

新疆五一水库工程规模属中型Ⅲ等工程，建筑物级别：大坝为2级建筑物，溢洪洞、泄洪洞、发电洞级电厂厂房为3级建筑物；临时建筑物为4级。

拦河大坝设计洪水标准为100年一遇，洪峰流量Q=1610m3/s；校核洪水频率土石坝为2000年一遇，洪峰流量Q=3200m3/s。

沥青混凝土土坝坝顶高程1375.7m，建基面高程1272.00m，最大坝高102.5m，总库容0.995亿m3。坝顶宽度为10m，坝长384.6m。上游坝坡1：2.5，坝体填筑分区从上游至下游分为：上游砂砾料区、上游过渡料区、沥青混凝土墙、下游过渡料区、下游砂砾料区、利用料区、下游排水区。

2 心墙沥青砼冬施工程量

为了保证新疆五一水库大坝工程2014年的防洪度汛要求：2014年5月31日，大坝沥青砼心墙填筑到1323m，6月30日填筑至1338m。同时计划2013年冬休前大坝沥青砼心墙填筑达到EL1284m高程，即沥青砼心墙共上升9.6米，约500m3。

根据水工碾压式沥青砼施工规范要求：当环境温度低于0℃时，沥青砼不宜施工。若进行施工，必须采取必要的措施，并报监理人批准方可实施。对现场实测，目前白天气温接近0℃，夜间温度已达-10℃。

本次冬施的时间为12月20日开始，至大坝沥青砼心墙填筑达到EL1284m高程时间为止。

3 沥青砼防渗心墙设计

沥青混凝土防渗心墙是由热拌沥青砂石混合料经现场摊铺、碾压而成的，它通过设置的砼基座和地下混凝土连续墙连接，并与经帷幕灌浆处理的坝基三者一起组成完整的土石坝的防渗体系，防止土石坝水流渗漏和保证渗流稳定。因此沥青混凝土防渗心墙必须具备以下技术要求：

稳定性：包括结构稳定性、热稳定性和水稳定性等。由于土石坝填筑体的自然沉降和位移，沥青混凝土防渗心墙可能随之发生变形，因此应具有适应这种变形而减少产生裂缝的能力；沥青混凝土防渗心墙为水下结构，应具有水稳定性，水稳定性系数应大于0.85。

挠曲性：沥青混凝土防渗心墙是薄层传力结构物，在上游产生水侧压力、风浪侧压力、自重力、地震力等荷载的作用下，应具有不产生弯曲变形的挠曲性。

不透水性：沥青砼的不透水性是沥青混凝土防渗心墙在土石坝中得以应用的关键所在，一般孔隙率要求控制在2%～4%，渗透系数不大于 1×10-4cm/s。

施工和易性：是指沥青混合料在摊铺和碾压工作时的难易程度。影响和易性的关键是混合料的级配，必须根据施工现场所处的地理、气候环境，选择沥青混合料的组成材料，并进行合理的配合比设计。

3．1 沥青混凝土室内配合比试验

（1）经原材料（包括沥青、粗骨料、细骨料和填料）物理性试验、冷底子油（汽油和沥青）的掺配喷涂效果试验、沥青砂浆抗剪强度试验及碾压式沥青混凝土配合比试验（试验粗选2组矿料级配合沥青含量为6.2%～7.2%之间的12组，进行室内碾压式沥青砼成型及各项物理性能检测试验）。

（2）送检的克拉玛依70号水工沥青和各级骨料的各项性能指标，均满足沥青砼原材料的技术要求。

（3）推荐冷底子油：沥青：油=3：7。

（4）推荐沥青砂浆配合比：沥青：石粉（＜0.074mm）：人工砂（2.5～0.074mm）=1：2：3。

（5）采用上述原材料可以配制出满足迪那河五一水库碾压式沥青砼技术设计的要求。

3．2 沥青混凝土现场铺筑碾压试验

在沥青混凝土心墙正式施工前，需要进行碾压式沥青心墙施工的现场模拟试验，以确定碾压式沥青混凝土心墙的现场施工的各项参数，用以指导现场工程施工。迪那河五一水库碾压式沥青混凝土现场试验结论如下：

（1）现场试验沥青混合料抽样及沥青混凝土各项物理性试验结果，表明室内试验所推荐的配合比具有很强的适应性，确定其为最后的施工配合比。

（2）现场施工中沥青、矿料、混凝土出机口温度宜控制在140℃～160℃，矿料：160℃～170℃，沥青混合料：150℃～170℃。拌合工艺：投料顺序：粗骨料—细骨料—矿粉，干拌15s，注入热沥青湿拌45s。

（3）使用BW120-3振动碾时，最佳碾压温度宜控制在140℃～150℃；最佳碾压厚度为200mm；用BW120-3振动碾碾2遍，再动碾8遍，再用LP6500振动碾2遍，静碾2遍，可达到压实度和平整度的要求。

（4）沥青混凝土与水泥混凝土基座之间、沥青混凝土上下层之间、同一层沥青混凝土相邻段之间的结合较好，沥青混凝土心墙与上下游两侧过渡料之间的结合较好，沥青混凝土渗入两侧过渡料约为设计值的15%。

（5）沥青混凝土心墙过渡料采用BW120-3振动碾静碾2遍，再动碾6遍，过渡料密实度达到设计要求，与沥青心墙结合良好。

4 沥青砼冬施措施

为了确保沥青砼冬季施工质量，根据其他类似工程经验和本工程特点，对沥青砼施工的每个环节进行了仔细分析。其主要影响因素有：1）沥青砼拌合楼的机电、传动、管路部分在低温下极易发生故障；2）沥青混合料在接料、运输过程中温度损失较大，不易保证沥青混合料的入仓温度；3）沥青混合料在入仓后的仓内平整和碾压时受环境温度影响，不易保证理想的碾压温度及沥青混合料面层温度损失过快对碾压质量造成影响；4）在低温条件下，沥青砼施工的机械设备启动、运行易突发故障，作业人员和设备运行降效较大。针对以上影响因素，采取以下冬施措施。

4．1 机械设备运行保障措施

4．1.1 增加保温装置

①拌合楼所有电机、传动、管路系统增加了电热保温层和保温罩，保证在低温情况下能正常启动和运行。沥青混合料出料口搭设钢管架保温棚，减小混合料温度损失。

②用于沥青混合料接料和入仓的ZL50装载机料斗加设了保温层。

③沥青砼水平运输的三辆自卸汽车车厢改装成带保温装置的车厢。车箱四周采用岩棉进行保温，车顶加上保温苫布；目的是减少运输过程中的温降，防止沥青混合料温度损失过大。

④在骨料堆场，采设备保养及维修。用苫布进行覆盖防止雨雪、冰霜。

4．1．2 设备保养及维修

①建立沥青砼专用设备维修班，及时处理设备故障。

②沥青拌合楼、运输设备、碾压设备低温运行时易发生故障，增大了沥青砼施工专用设备零部件的采购库存量，来保障沥青砼心墙的连续施工。

③所有的施工机械都使用-35#柴油。

4．2 技术措施

（1）增加沥青含量

增加沥青含量（加大油石比），设计碾压式沥青砼中沥青含量为6.9%。低温施工时，根据现场实际情况将沥青含量适当提高0.3%，达到7.2%。

（2）提高沥青砼入仓温度

根据规范规定，沥青加热温度应控制在160℃±10℃，骨料加热温度应控制在180℃±10℃。施工时将沥青的加热温度控制在160℃左右，骨料的加热温度也相应提高，矿粉不加热。保证沥青砼出机口温度达到 160-170℃。

（3）沥青混合料的入仓温度宜控制在140-165℃。

（4）沥青混合料碾压时应控制碾压温度，初碾温度不宜低于130℃，终碾温度不低于110℃，最佳碾压温度控制在140-145℃。

（5）沥青砼摊铺前，下层表面应干燥，清洁，无冰、雪、霜等，施工中做好充分准备。

（6）摊铺时选择风力不超过4级的晴朗天气进行，并尽量选取中午气温较高时段进行。摊铺后的沥青混凝土尽快碾压密实，如不能及时碾压，需用保温篷布或保温棚进行覆盖。

（7）做好协调管理，及时进行浇筑施工，采取快卸、快铺、快平、及时碾压、及时成型的方针。

（8）已针对冬季沥青混凝土施工的注意事项和技术交底，对项目部管理人员前后进行了两次培训。并决定，此次大坝心墙冬季施工，项目部所有相关管理人员全部参与到生产一线，加强现场技术、质量、安全力量，以确保大坝心墙施工顺利进行。

（9）冷底子油按照试验要求在拌合楼配制，沥青：汽油=3：7。配置好后，在现场喷涂。

（10）冷底子油喷涂24h，待汽油充分挥发后，涂刷沥青玛蹄脂。沥青玛蹄脂的配比，沥青：矿粉：人工砂=1：2：3。沥青玛蹄脂在现场用人工拌制。

（11）施工期间加强上游积水坑的排水，确保沥青混凝土面干燥、干净。

5 施工成果检验

沥青混合料的制备、运输、心墙铺筑、碾压、施工接缝与层面处理、雨季施工措施和沥青混凝土心墙的质量检验，均符合《土石坝碾压式沥青砼防渗墙施工规范》和现场铺筑碾压试验结果所确定的各项参数。沥青砼的质量要求见表1，质量检测的项目及频度根据设计要求或监理工程师的要求确定。具体检测项目及要求见表2：沥青混凝土防渗墙质量检测项目及要求中的相应部分。