沥青心墙无层间加热连续快速施工问题探讨

2022-07-14李朝华

河南水利与南水北调 2022年6期

李朝华

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西太原 030000）

1 工程概况

某水利枢纽工程由大坝、发电引水系统、泄水建筑物等组成，主要承担着发电、灌溉及防洪任务。该水利工程沥青混凝土心墙土石坝施工工期紧，受寒冷气候影响明显，为此，采用沥青心墙无层间加热连续快速施工工艺，以减少因施工工艺、天气、机械故障等原因而造成的施工间断，缩短恢复施工后沥青结合面加热处理时间，保证施工进度。

2 原材料

根据设计，该土石坝沥青心墙施工采用70#道路石油沥青。

所用集料包括19～9.50 mm、9.50～4.75 mm、4.75～2.36 mm、2.36～0.07 mm 四个级配，前三种为粗集料，后一种为细集料。其中粗集料必须硬质清洁且新鲜，性能稳定，工程所使用粗集料超径率4.80%，逊径率8.50%，表观密度4.10 g/cm3，吸水率1.10%，含泥量0，针片状颗粒含量13.20%，压碎值18%，与沥青黏附等级为6 级；细集料采用由碱性岩石所加工的人工砂，其表观密度2.98 g/cm3，吸水率1.64%，含泥量0.10%，水稳等级为8 级。填料则由粒径0.07 mm 以下的白云岩峰、石灰岩等碳酸岩石加工而成，表观清洁、无泥土杂质、无团粒结块，密度2.67 g/cm3，含水率0.21%，小于0.60、小于0.15 及小于0.07 mm 粒径含量分别为100%、94%和89%。粗细集料及填料性能完全符合SL 501-2010要求。

3 室内试验

根据碾压式沥青混凝土施工规范，底层沥青表面温度达到70℃以上方可进行上层沥青摊铺施工，以保证层间有效粘结。考虑到该水利工程沥青心墙施工恰好位于冬季严寒季节，为保证施工质量，必须通过试验探讨沥青混凝土摊铺无层间加热施工质量控制措施。

在试验过程中所使用沥青混凝土油石比为8%，试验温度-25℃，分上层长×宽×厚为26 cm×26 cm×10 cm、下层长×宽×厚为26 cm×26 cm×6 cm 分别制备三组沥青混凝土试件，并按要求养生。此后，对下层混凝土试件展开击实试验，击实次数主要根据等击实功换算，通过模拟沥青心墙现场振动碾压法进行击实；结束后将下层厚度为6 cm 的试件放入温箱内降温至-25℃，恒温5-10 min后将上层温度较高试块放置在下层试块上，并上覆帆布。待上层混凝土试块表面下2 cm 处温度降至140℃时以同样方法击实。

通过以上试验步骤模拟该水利工程土石坝沥青心墙低温施工过程，试验结束后切割混凝土试件，观察上下层沥青混凝土层间结合情况，并进行相关参数测定。根据观测及测定结果（表1），模拟沥青心墙无层间加热连续施工工艺的混凝土试件层间结合面防渗性能良好，能满足施工质量要求。

表1 混凝土试件室内试验参数测定结果表

4 沥青心墙快速施工工艺

4.1 技术要点

通过铣刨机将该水利工程土石坝基床表面凿毛，再由人工采用钢刷、高压水枪和吹风机彻底清除表面浮渣，待基床表面清洁干燥后均匀涂刷2层冷底子油，并待冷底子油充分干涸后再在其上均匀摊铺一层厚度为1～2 cm的沥青砂浆。

碾压沥青混凝土施工过程中对温度有较高要求，该水利工程土石坝沥青心墙施工所用混合料出机口温度应保持在150～170℃范围内，初碾及终碾温度分别控制在140～150℃和130～140℃以内。如果施工期间气温较低，应将混合料出机口温度提高5～10℃。考虑到拌和站与该水利工程土石坝沥青心墙施工现场有一定距离，沥青混合料在运输途中必定存在温度散失的可能，为此必须在装卸车箱斗和箱底加垫保温材料，装料后还应严密覆盖，通过修建专用、平整的施工道路控制转角，缩短运输距离，避免混合料运输期间发生离析。

该土石坝沥青心墙施工采用挪威产DF-130C 型心墙摊铺机，该机械摊铺宽度可达3.50 m，摊铺厚度则根据施工需要进行调整。在沥青混合料摊铺的同时摊铺过渡料。常规施工方式下，集料区域通常安排在过渡Ⅰ区边线以外，通过挖掘机将过渡料装运至摊铺机集料斗，沥青心墙施工过程中，通常会因过渡Ⅰ区占地面积大，挖掘机在上料过程中很难将底部约20 cm 厚的过渡Ⅰ区料归堆。每层沥青心墙施工时所浪费的过渡Ⅰ区料约占30%，过渡Ⅰ区料备料时间约为1/2 d，在浪费材料的同时，也造成备料时间的无谓消耗。为此，该工程土石坝沥青心墙施工摒弃了挖掘机上料的工法，通过改装的装载机上料。先依据摊铺机过渡料集料斗宽度确定装载机料斗尺寸，保证摊铺机集料斗比装载机料斗宽20 cm，以防止上料时过渡料倾撒出摊铺机料斗。此外，改装后的装载机料斗所用钢材材质必须和原装载机一致，改装技术人员应严格按照尺寸和料斗容量改装，料斗安装好后还应进行各项性能的调试和校核，确保装载机液压系统正常运行。实践证明，通过改装后的装载机上料，能有效避免挖掘机装料所存在的过渡Ⅰ区料浪费现象，可根据摊铺施工进度随时上料，备料更加灵活，施工周期大大缩短。

该水利工程土石坝沥青心墙混凝土和过渡料摊铺厚度均为30 cm，碾压遍数为静压2遍+振压8遍+静压2遍，碾压施工应先静碾过渡料，再采用BW-80AD型振动压路机碾压沥青混合料，同时采用YZC-3型振动压路机对称动压过渡料，最后一遍则贴缝碾压。

4.2 温度控制

施工温度对土石坝沥青心墙施工质量影响较大，为防止施工过程中因前后工序衔接中断而造成温度散失，保证质量，必须连续作业。在施作下一层沥青混凝土时必须保证上层混凝土表面清理已经完成，且上层混凝土表面温度不得低于70℃。如果因特殊原因造成施工过程中断，必须对已完工部分覆盖保温，对接头按照缓于1∶3的坡度放坡处理；若上层混凝土表面温度达不到70℃，则应通过红外加热器加热，并严格控制加热温度和时间，避免因温度过高而造成沥青混凝土材料老化。

4.3 施工检测

按照设计要求的每层沥青混凝土碾压遍数碾压后，由试验人员通过无核密度仪展开压实度无损检测，并通过渗气仪进行渗透系数无损检测。此外，待混凝土心墙高度达到一定值后，还应进行配合比、水稳系数、渗透系数、孔隙率等项目的检测，心墙高度每升高3～4 m取一组芯样，每升高10～12 m取四组芯样。经取样检测，沥青混凝土心墙质量完全符合设计要求。