水库大坝碾压式沥青混凝土心墙施工及质量控制

王瑞乐

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概况

某水库工程主要包括枢纽、引水工程、灌区工程三个部分，水库大坝坝顶高程520 m，最大坝高36.50 m。水库以1座坝顶长128.40 m、宽5.70 m的碾压式沥青混凝土心墙主坝和2座副坝为主要挡水建筑物。

碾压式沥青混凝土心墙主坝施工质量控制是该水库施工控制的重难点所在，考虑到沥青混凝土材料性能受气候条件、施工工艺限制较大，必须结合施工期间天气、环境情况以及所采用施工工艺，加强沥青混凝土配合比设计及材料质量控制。

2 场外试验

在正式施工开始前，对该水库大坝沥青混凝土心墙展开摊铺碾压试验，主要检测项目包括冷底子油涂刷、玛蹄脂敷设厚度、最佳摊铺厚度、碾压施工参数、温度控制、混凝土和基座结合强度等。根据场外试验结果，沥青和骨料温度应分别控制在150～170 ℃及170～180 ℃范围内，矿粉不加热；摊铺前铺料厚度30 cm，采用HAMM-HD130型双钢轮振动碾，以30～50 m/min的速度静压1遍、振碾8遍，最后静碾1遍收光。

3 沥青混凝土心墙施工

3.1 混凝土制备及运输

根据所用沥青混凝土种类、施工条件、运输距离等所确定的沥青加热温度为150～170 ℃，考虑到沥青材料在高温条件下容易接触空气而发生老化，为此必须将加热罐内沥青存储时间控制在6 h以内。采用内热式加热滚筒对骨料实施烘干加热，并根据场外试验确定滚筒倾斜角，结合环境温度等调节骨料加热温度，该水库大坝碾压式沥青混凝土心墙施工所用骨料加热温度应控制在170～190 ℃。

通过LB-1000型双轴强制式搅拌机进行混凝土拌制，搅拌前应先预热搅拌系统，待搅拌机内部实际温度达到100 ℃以上后连续加料搅拌。粗细骨料和矿粉应干拌和15 s，待混合均匀后加入热沥青湿拌45 s，确保沥青完全包裹骨料且色泽均匀。

根据运输距离、搅拌机生产能力和沥青混凝土心墙摊铺施工进度确定运输方式，在避免摊铺机停工待料的同时，还应防止混合料在运输过程中发生漏料、离析及热量损失。运料车数量及装载量也应根据混凝土拌和及摊铺施工能力确定。

3.2 基础面处理

采用人工方式均匀涂刷两层冷底子油，待干燥后再均匀涂抹1 层厚度为2.00 cm 的沥青玛蹄脂，涂抹宽度应超出沥青混凝土心墙宽度0.50 m。

3.3 心墙摊铺及碾压

该水库坝轴线最长仅为143.70 m，故应进行心墙分层施工，装载机运料到场后入仓，在人工辅助下全轴线一次摊铺碾压。

3.3.1 安装钢模

采用长1 500 mm、宽300 mm、高8 mm 的钢板制作钢模，并通过角钢限位卡固定模板两侧上口，确保沥青混凝土心墙达到设计宽度。安装前，必须在钢模模板表面均匀涂刷机油脱膜剂，便于后期模板脱膜拆卸。拼装好的模板必须平整严密，定位后的模板和心墙中线距离的偏差应不超出±0.50 cm，相邻模板搭接长度至少为5 cm。

搭设好的模板应覆盖毡布，避免铺筑过渡料时砂石等杂物掉落进沥青心墙仓面中。过渡料主要采用工程就近料场所加工的质量合格、粒径不超过80 mm的连续级配骨料。同时摊铺心墙两侧过渡料，每边摊铺宽度2.50 m，松浦厚度30 cm。每层沥青混凝土施工前必须彻底清理下层结合面，并在摊铺前通过红外线加热器加热，保证结合面温度不低于70 ℃。

3.3.2 混凝土入仓及碾压

沥青混凝土入仓温度应控制在150～180 ℃，按照30 cm的松铺厚度人工摊铺。入仓后的沥青混凝土抽样后进行室内击实试验。

摊铺结束后通过毡布覆盖沥青混凝土表面，在将过渡料完全覆盖后两侧还应分别留出20 cm宽度，此后通过振动碾隔着毡布进行碾压，减缓沥青混合料表面温度丧失的同时，避免污染表面材料。就碾压方式而言，应对心墙两侧过渡料同时静压2遍，再动碾6遍，碾压施工机械行进速度控制在30～40 m/min。

4 质量控制

4.1 沥青混凝土配合比

沥青材料的质量直接决定着混凝土质量和防渗效果，该水库大坝碾压式沥青混凝土心墙主要使用70#水工沥青材料，该材料性能检测结果详见表1，沥青材料性能完全符合设计要求。

表1 沥青材料性能表

此外，水库大坝碾压式沥青混凝土心墙施工还需要使用粗细集料和矿粉。粗集料实测表观密度2.80 g/cm3，吸水率0.71%，硫酸钠干湿循环5次后质量损失耐久性为1.01%，压碎值为12.30%，含泥量0.10%，针片状颗粒含量2.9%，呈碱性；细集料实测表观密度2.69 g/cm3，吸水率0.68%，硫酸钠干湿循环5次后质量损失耐久性为1.18%，水稳性为10级，含泥量0.10%。粗细集料物理力学性能均满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》要求，该水库在原材料加热过程中并未出现粗细集料开裂、分解，并且粗细集料均呈碱性，能与沥青有效黏附。

根据原材料性能、填料用量、级配指数、油石比等进行沥青混凝土配合比设计，该水库大坝施工所用矿料最大粒径为19 mm，矿料级配指数在0.36～0.42 范围内取值。粗集料通过方孔筛筛分为2.36～4.75 mm、4.75～9.50 mm、9.50～13.20 mm、13.20～16 mm、16～19 mm 五级。填料用量则控制在沥青混合料的10%～16%以内，结合该水库工程实际，按照12%、14%及16%的初选值进行配合比设计，根据试验结果所确定的填料用量最终为沥青混合料的14%。根据水库工程所在地环境温度及原材料实际性能，在6.30%、6.60%、6.90%和7.20%之间进行油石比初选，试验结果显示的最佳油石比为6.60%。

根据《水工沥青混凝土试验规程》制成标准马歇尔试件，并进行相应试验，通过比较不同试件结构强度、防渗性能及抗变形能力，最终确定出的配合比详见表2。此外，冷底子油配合比为沥青∶柴油=3∶7，沥青玛蹄脂配合比为沥青∶矿粉∶人工砂=1∶2∶2。

表2 水库大坝心墙施工沥青混凝土配合比表

4.2 施工过程控制

在施工过程中必须安排技术人员加强沥青混合料到场温度、摊铺温度、初碾及终碾温度等的检测与控制；沥青混凝土入仓后人工摊铺时应先碾压两侧过渡料，再碾压心墙，且碾压结束后的心墙高度必须比两侧过渡料高。振动碾压前应彻底清理碾压轮，严格按照监理工程师所批准的碾压遍数、碾压速度、碾压温度及方式施工。在铺筑沥青混凝土心墙的过程中，应针对每一铺筑层进行外观检查，对于发现的孔洞、麻面、蜂窝、花白料等情况，必须立即处理。

5 结论

实践结果表明，该水库大坝施工期间，包括拌和站设备选用、拌和工艺、混合料运输、摊铺碾压等的选择均较为合理，原材料质量控制、配合比设计及各关键工序质量控制措施均颇为有效；根据施工检验结果，包括现场取芯、小梁弯曲、三轴试验等在内的各项质量控制指标均满足设计要求。工程运行结果显示，沥青混凝土心墙结构简单、施工速度有保证、防渗性能良好，可在水库大坝防渗施工方面推广应用。