高海拔地區碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術
——以旁多水利樞紐大壩為例

向尚君，石 林，廖 佼

(中國人民武裝警察部隊水電第十支隊，四川成都 611130)

自葡萄牙1949年建成最早瀝青混凝土心墻壩Vale de Caio壩以來，瀝青混凝土防滲心墻以其結構簡單、工程量小、施工速度快、防滲性能可靠、適應變形性能良好和具有一定的裂縫自愈能力等優點，已在土石壩工程中得到越來越多的應用［1-3］。隨著三峽茅坪溪碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩的成功修建，我國碾壓式瀝青混凝土心墻筑壩技術日趨成熟，瀝青混凝土心墻土石壩逐漸向百米級的高壩發展，應用地區也由普通內陸地區向高寒和高海拔地區發展。近年來，在新疆、西藏等海拔相對較高的地區，瀝青混凝土心墻壩也逐漸得到應用，如2005年開工建設的新疆下坂地水利樞紐大壩，碾壓式瀝青混凝土心墻高78 m，壩頂高程2966 m;2011年開工建設的西藏旁多水利樞紐大壩，碾壓式瀝青混凝土心墻高71 m，壩頂高程 4100 m，為國內在建的海拔最高的碾壓式瀝青混凝土心墻壩。

新疆、西藏高海拔地區海拔 2500～ 5000 m，為我國最大的地震區，也是地震活動最強烈、大地震頻繁發生的地區，在這一地區建造水工建筑物要求設防地震烈度高，一般達8度。喜馬拉雅地質構造運動造成的海洋不斷抬升造就了青藏高原境內大多數河流河床的覆蓋層較厚，一般在100～200m，最厚達400 m。一般高原的空氣比較干燥、稀薄，太陽輻射比較強，紫外線照射強度大，易引起瀝青及瀝青混合料老化;同時，高海拔地區冬季低溫季節較長，一般為11月至次年的3月，而6—9月為主要的雨季，對瀝青混凝土心墻施工影響較大，造成年有效施工天數較少。高地震烈度、強紫外線輻射、深覆蓋層、高寒等地質和氣候特點是制約高海拔地區碾壓式瀝青混凝土心墻施工的主要問題，亟待研究和解決。本文以旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻的施工為例，對解決影響高海拔地區碾壓式瀝青混凝土心墻施工問題的方法進行總結，以供類似工程參考。

1 工程概況

旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻是該類心墻第一次在西藏高海拔地區應用，樞紐地處西藏自治區拉薩河的中游，位于林周縣旁多鄉下游1.5 km，距下游拉薩市直線距離約63 km，是以灌溉、發電為主，兼顧防洪和供水的綜合利用工程。樞紐庫容12.3億m3，最大壩高71 m，壩頂寬12 m，大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，瀝青混凝土心墻頂高程4098.70 m，底高程4035.90 m，底部3 m高的瀝青混凝土心墻厚度由2.2m漸變到1.0 m，其余心墻厚度從1.0m變到0.7m，瀝青混凝土共計54865m3，心墻兩側設置4 m寬的砂礫石過渡料。圖1為旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻典型斷面。

圖1 旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻典型斷面 (單位:m)

樞紐大壩壩址河床主要為沖積卵石混合土，厚度一般為50～200m，最厚達400m，為深厚覆蓋層河床。壩址地處青藏高原地震區，也是地震活動最強烈、大地震頻繁發生的地區，地震基本烈度為8度。壩址區每年雨季為6—9月，多年平均氣溫3.9℃，極端最高氣溫為27.4℃，極端最低氣溫為－29.3℃，多年平均降水量為533.2 mm，多年平均風速為2.5 m/s，最大風速為24 m/s，相應風向為SW，多年平均相對濕度為47%，最大凍土深為1.3 m，紫外線輻射強度達8000 J/m2，是內地的1.5～2.5倍。

2 施工原材料及設備

2．1 原材料

a．堿骨料。堿骨料原材料采用石灰巖，在西藏地區因受構造運動的影響，一般料場巖體結構破碎，風化強烈，整體質量差，在進行料場選擇和勘探時要多選幾處作為備選。堿骨料破碎加工采用“兩段破碎、一級制砂”工藝，礦粉采用磨粉機進行加工，成品骨料一般包括粗骨料、細骨料和填料，其中大石(10～20 mm)、中石(5～10 mm)、小石(2.5～5 mm)為粗骨料，砂(0.075～2.5 mm)為細骨料，礦粉(＜0.075 mm)為填料。人工骨料加工系統生產的成品骨料質量要求穩定，尤其骨料級配要穩定，以利于瀝青混合料拌和質量控制。

b．瀝青。瀝青是瀝青混凝土的有機膠結材料，碾壓式瀝青混凝土瀝青品種應根據工程的類型、等級，以及氣候條件、工作條件和材料價格等因素進行選擇，要保證瀝青混凝土有良好的防滲、耐久、抗裂、適應變形能力，以滿足水利工程的實際需要。瀝青在強紫外線的照射下易老化，瀝青運至施工現場一般采用倉庫遮陰儲存，避免強輻射條件下瀝青老化。

2．2 瀝青混凝土施工機械設備

碾壓式瀝青混凝土心墻施工所用設備主要包括瀝青混合料拌和設備、運輸設備、攤鋪設備及碾壓設備。瀝青混凝土拌和設備采用強制間歇式拌和樓，主要由瀝青脫桶裝置、冷料倉、干燥筒和攪拌主機等設備組成，在選擇拌和能力時要充分考慮到高海拔地區對設備降效的影響;運輸設備主要有改裝裝載機和自卸車，改裝時自卸車料斗和裝載機料斗要進行保溫改裝，并與攤鋪機攤鋪能力相適應;攤鋪機由公路攤鋪機改裝，必須自帶紅外線加熱系統，國內生產的攤鋪機性能、攤鋪能力經過改裝以后能夠滿足碾壓式瀝青混凝土心墻施工的需要，旁多水利樞紐大壩瀝青混凝土心墻攤鋪機采用徐工集團工程機械股份有限公司生產的RP951A型公路攤鋪機改裝;碾壓設備主要采用1.5 t振動碾和2.5 t振動碾，選用振動碾時要考慮高原缺氧的影響，一般發動機要配備有渦輪增壓器。

3 施工參數的確定

3．1 配合比的確定

碾壓式瀝青混凝土心墻施工配合比主要通過試驗確定，先由室內配合比試驗為現場施工模擬試驗推薦瀝青混凝土的配合比，再經過現場施工模擬試驗確定施工配合比，最終由現場生產性試驗進行驗證［4-5］。對骨料級配和含量兩個主要參數，骨料級配采用礦料級配指數法確定，瀝青含量(油石比)的確定要充分考慮深覆蓋層、高地震烈度對心墻的變形要求，一般要適當提高瀝青含量，以適應高海拔地區對心墻大變形的要求。旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻配合比采用礦粉11.8%、砂25.8%、小石25.8%、中石19.6%、大石24.6%，瀝青含量7.1%(瀝青含量采用油石比，即瀝青與礦料質量之比)，瀝青含量與國內低海拔地區同類工程相比要高0.3%～0.6%。

3．2 現場施工參數的確定

碾壓式瀝青混凝土心墻現場施工參數主要通過施工模擬試驗確定，根據不同瀝青含量、不同初碾溫度與不同碾壓遍數之間碾壓式瀝青混凝土心墻的孔隙率關系曲線，確定碾壓式瀝青混凝土心墻的初碾溫度、碾壓遍數，同時通過夜間低溫施工試驗，確定針對夜間施工和低溫季節施工采取的防護措施。施工模擬試驗在確定施工參數的同時，針對高海拔地區尚未解決的問題進行試驗和探索，同時也是一個人機磨合的過程。

4 碾壓式瀝青混凝土心墻施工

4．1 瀝青混合料的制備

瀝青混合料制備主要包括骨料初配、骨料干燥、二次篩分、瀝青混合料拌和及成品料儲存等工序。拌制瀝青混合料時，先投骨料和礦粉干拌15～25 s，再噴灑瀝青拌和45～60 s，確保拌制出的瀝青混合料色澤均勻、稀稠一致，無花白料、黃煙及其他異常現象，卸料時不產生離析。二次篩分后骨料級配的質量及瀝青稱量準確程度決定了瀝青混合料的拌和質量，瀝青混合料的拌和質量采用抽提試驗對瀝青混合料的配比進行檢測來確定。瀝青混合料拌制時配比允許偏差瀝青為±0.3%、礦粉為±2.0%、細骨料為±4.0%、粗骨料為±5.0%，瀝青混合料的配合比須根據二次篩分的骨料級配進行調整，抽提試驗根據調整的配合比確定拌和樓的瀝青混合料拌和質量［6］。為確保瀝青混合料的拌和質量穩定和二次篩分時儲料倉溢出骨料較少，節約骨料干燥燃油成本，要求一次篩分的成品骨料級配要相對穩定。

4．2 施工方法

碾壓式瀝青混凝土心墻的施工分人工攤鋪施工和機械攤鋪施工，人工攤鋪施工可分為人工立模、裝載機入倉、人工平倉等工序，施工工藝流程如圖2所示［7］;機械攤鋪采用攤鋪機同時攤鋪瀝青混合料和砂礫石過渡料、瀝青混凝土心墻一次成型的施工方法，施工工藝流程如圖3所示。瀝青混凝土心墻施工要重點控制好兩個方面，一是做好施工的溫度控制，二是要做好結合部位的處理，其余工序按照常規施工方法進行管理和控制。旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻因提高了瀝青含量，碾壓過程為防止粘碾和陷碾，采用蓋布碾壓，布料使用帆布，布的寬度要比心墻寬20 cm左右，碾壓完成后要及時撤掉帆布以利于心墻排氣。

圖2 人工攤鋪工藝流程

圖3 機械攤鋪工藝流程

4．3 溫度控制

溫度控制作為碾壓式瀝青混凝土心墻施工最重要的一環［8］，貫穿瀝青混凝土心墻施工的各個環節，從瀝青混合料的拌和、運輸到層面加熱、結合縫處理、瀝青混合攤鋪與碾壓，無不與溫度控制密切相關。在高海拔地區，晝夜溫差較大，冬季氣溫較低，溫度控制在碾壓式瀝青混凝土心墻施工中顯得更為重要。

a．瀝青混合料拌和溫度控制主要包括瀝青加熱溫度控制、骨料干燥溫度控制和出機口溫度控制，瀝青恒溫溫度控制在150～170℃，嚴格控制上限溫度，恒溫時間不超過24 h，以防瀝青老化。瀝青混合料運輸設備須經過保溫改裝，以減少瀝青混合料的溫度損失。根據瀝青混合料現場溫度損失試驗，人工攤鋪從瀝青混合料拌和到攤鋪完成溫度損失為8～16℃，機械攤鋪溫度損失低于人工攤鋪溫度損失，為確保現場初碾溫度，骨料加熱溫度為170℃左右，出機口溫度控制在160℃左右，在低溫季節，瀝青混合料出機口溫度要提高10～20℃，相應骨料加熱溫度提高至180～200℃。

b．瀝青混凝土心墻施工溫度控制主要包括層面結合溫度控制、瀝青砂漿溫度控制、初碾溫度控制和終碾溫度控制，人工攤鋪段層面結合采用紅外線加熱器加熱，攤鋪機攤鋪段采用攤鋪機自帶的紅外線加熱器加熱，加熱溫度不低于70℃，在夏季施工層面可以不加熱，瀝青砂漿施工溫度控制在160℃左右。在高海拔地區初碾溫度控制在140～150℃，終碾溫度不低于110℃，在低溫季節溫度須適當提高。接頭等結合部位處理時，結合部位使用紅外線加熱器加熱，溫度不低于70℃。

4．4 施工保證措施

a．層面及接頭處理措施。瀝青混凝土心墻層間結合采用紅外線加熱器加熱處理，軟化深度不小于5 mm，夏季心墻連續施工中，在上層施工時下層溫度還未完全損失，可以不對心墻加熱。施工過程的橫向接頭上下層錯距不小于2 m，接頭施工時將表面松散顆粒清除后進行瀝青混凝土心墻的對接，對接頭部位的碾壓要重點控制，確保接頭施工質量，必要時涂抹一層瀝青砂漿。瀝青混凝土心墻分兩期施工時，一般采用擴大接頭或刺墻接頭(圖4)，一期接頭施工完成后，瀝青在覆蓋帆布的同時，再在上面覆蓋1 m厚的砂礫石過渡料;二期心墻施工時將一期心墻清理干凈，在一期接頭上涂抹一層瀝青砂漿后進行一二期接頭處理，在一二期接頭內要在不同高程布設位移計、應變計等觀測儀器。

圖4 一二期心墻接頭類型

b．低溫季節施工防護措施。大風或低溫天氣瀝青混凝土心墻表面溫度會下降過快，在表面易形成一層冷硬層，使心墻內部氣泡不易排出，導致孔隙率超標。在大風及低溫季節，瀝青混凝土心墻攤鋪完成后用帆布覆蓋，適當提高初碾溫度和碾壓遍數，碾壓完成后要用保溫罩覆蓋，保溫罩采用鋼筋骨架和白鐵皮面板制作，保溫罩上面還需蓋棉被保溫，防止心墻表面溫度下降過快。瀝青混凝土心墻越冬采用在心墻表面覆蓋帆布，再在心墻上鋪砂礫石過渡料的方法進行防護，砂礫石過渡料的厚度不小于當地凍土層的厚度。

c．防紫外線措施。紫外線照射會引起心墻表面瀝青老化，降低層間結合力，而高海拔地區紫外線輻射更強，因此采取防紫外線措施尤為必要。日常施工時，采用帆布覆蓋瀝青混凝土心墻，防止紫外線直接照射到心墻的表面。對施工間隔期較長的瀝青混凝土心墻，在表面覆蓋帆布的同時，還要用砂礫石對其進行覆蓋，砂礫石厚度一般為50～100 cm。

d．雨季施工措施。在雨季施工時，要密切注意工區內的天氣動態，有下雨征兆時立即停止瀝青混合料的拌和，及時完成已拌和好的瀝青混合料鋪填，用帆布覆蓋已鋪好的心墻，及時碾壓，對已準備好的倉位用防雨布覆蓋。雨停后，對倉面進行清理，用紅外線加熱器烘干倉位表面積水后可繼續施工。

e．跨心墻交通保證措施。心墻兩側2 m范圍內不允許有超過10 t以上大型機械作業，更不允許有大型機械直接跨越心墻，道路需跨越心墻時應采用棧橋跨越［9］，棧橋長度不得小于3m，跨中距離心墻高度不小于10cm，棧橋不能長時間放置于同一位置。

5 結語

隨著我國水利水電工程開發的日益深入，在西藏等高海拔地區建壩將會越來越多，碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩以其自身的優點和對環境破壞較小將成為主推壩型而被廣泛應用。旁多水利樞紐大壩碾壓式瀝青混凝土心墻作為碾壓式瀝青混凝土心墻在西藏高海拔地區的首次應用，針對高海拔地區高地震烈度、深覆蓋層、強輻射和低溫條件等不利因素采取了多項施工保證措施。試驗檢測結果表明，采取的施工措施是有效的，碾壓式瀝青混凝土心墻孔隙率、抗滲、變形等各項指標滿足設計要求，但高海拔地區的特有的地質、氣候特點對心墻的影響是長期的，瀝青在強輻射條件下的老化規律等問題還需進一步深入研究，以有利于碾壓式瀝青混凝土心墻在高海拔地區的推廣應用。

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［8］DL/T 5363—2006 水工碾壓式瀝青混凝土施工規范［S］．

［9］覃新聞，黃小寧，彭立新，等．瀝青混凝土心墻設計與施工［M］．北京:中國水利水電出版社，2011．