心墻瀝青砼在冬季施工中的應用

張金山 周紅波（山東黃河工程集團有限公司，山東濟南250011）

1 工程概況

新疆五一水庫工程規(guī)模屬中型Ⅲ等工程，建筑物級別：大壩為2級建筑物，溢洪洞、泄洪洞、發(fā)電洞級電廠廠房為3級建筑物；臨時建筑物為4級。

攔河大壩設計洪水標準為100年一遇，洪峰流量Q=1610m3/s；校核洪水頻率土石壩為2000年一遇，洪峰流量Q=3200m3/s。

瀝青混凝土土壩壩頂高程1375.7m，建基面高程1272.00m，最大壩高102.5m，總庫容0.995億m3。壩頂寬度為10m，壩長384.6m。上游壩坡1：2.5，壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為：上游砂礫料區(qū)、上游過渡料區(qū)、瀝青混凝土墻、下游過渡料區(qū)、下游砂礫料區(qū)、利用料區(qū)、下游排水區(qū)。

2 心墻瀝青砼冬施工程量

為了保證新疆五一水庫大壩工程2014年的防洪度汛要求：2014年5月31日，大壩瀝青砼心墻填筑到1323m，6月30日填筑至1338m。同時計劃2013年冬休前大壩瀝青砼心墻填筑達到EL1284m高程，即瀝青砼心墻共上升9.6米，約500m3。

根據(jù)水工碾壓式瀝青砼施工規(guī)范要求：當環(huán)境溫度低于0℃時，瀝青砼不宜施工。若進行施工，必須采取必要的措施，并報監(jiān)理人批準方可實施。對現(xiàn)場實測，目前白天氣溫接近0℃，夜間溫度已達-10℃。

本次冬施的時間為12月20日開始，至大壩瀝青砼心墻填筑達到EL1284m高程時間為止。

3 瀝青砼防滲心墻設計

瀝青混凝土防滲心墻是由熱拌瀝青砂石混合料經(jīng)現(xiàn)場攤鋪、碾壓而成的，它通過設置的砼基座和地下混凝土連續(xù)墻連接，并與經(jīng)帷幕灌漿處理的壩基三者一起組成完整的土石壩的防滲體系，防止土石壩水流滲漏和保證滲流穩(wěn)定。因此瀝青混凝土防滲心墻必須具備以下技術(shù)要求：

穩(wěn)定性：包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等。由于土石壩填筑體的自然沉降和位移，瀝青混凝土防滲心墻可能隨之發(fā)生變形，因此應具有適應這種變形而減少產(chǎn)生裂縫的能力；瀝青混凝土防滲心墻為水下結(jié)構(gòu)，應具有水穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性系數(shù)應大于0.85。

撓曲性：瀝青混凝土防滲心墻是薄層傳力結(jié)構(gòu)物，在上游產(chǎn)生水側(cè)壓力、風浪側(cè)壓力、自重力、地震力等荷載的作用下，應具有不產(chǎn)生彎曲變形的撓曲性。

不透水性：瀝青砼的不透水性是瀝青混凝土防滲心墻在土石壩中得以應用的關鍵所在，一般孔隙率要求控制在2%～4%，滲透系數(shù)不大于 1×10-4cm/s。

施工和易性：是指瀝青混合料在攤鋪和碾壓工作時的難易程度。影響和易性的關鍵是混合料的級配，必須根據(jù)施工現(xiàn)場所處的地理、氣候環(huán)境，選擇瀝青混合料的組成材料，并進行合理的配合比設計。

3．1 瀝青混凝土室內(nèi)配合比試驗

（1）經(jīng)原材料（包括瀝青、粗骨料、細骨料和填料）物理性試驗、冷底子油（汽油和瀝青）的摻配噴涂效果試驗、瀝青砂漿抗剪強度試驗及碾壓式瀝青混凝土配合比試驗（試驗粗選2組礦料級配合瀝青含量為6.2%～7.2%之間的12組，進行室內(nèi)碾壓式瀝青砼成型及各項物理性能檢測試驗）。

（2）送檢的克拉瑪依70號水工瀝青和各級骨料的各項性能指標，均滿足瀝青砼原材料的技術(shù)要求。

（3）推薦冷底子油：瀝青：油=3：7。

（4）推薦瀝青砂漿配合比：瀝青：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滿足迪那河五一水庫碾壓式瀝青砼技術(shù)設計的要求。

3．2 瀝青混凝土現(xiàn)場鋪筑碾壓試驗

在瀝青混凝土心墻正式施工前，需要進行碾壓式瀝青心墻施工的現(xiàn)場模擬試驗，以確定碾壓式瀝青混凝土心墻的現(xiàn)場施工的各項參數(shù)，用以指導現(xiàn)場工程施工。迪那河五一水庫碾壓式瀝青混凝土現(xiàn)場試驗結(jié)論如下：

（1）現(xiàn)場試驗瀝青混合料抽樣及瀝青混凝土各項物理性試驗結(jié)果，表明室內(nèi)試驗所推薦的配合比具有很強的適應性，確定其為最后的施工配合比。

（2）現(xiàn)場施工中瀝青、礦料、混凝土出機口溫度宜控制在140℃～160℃，礦料：160℃～170℃，瀝青混合料：150℃～170℃。 拌合工藝：投料順序：粗骨料—細骨料—礦粉，干拌15s，注入熱瀝青濕拌45s。

（3）使用BW120-3振動碾時，最佳碾壓溫度宜控制在140℃～150℃；最佳碾壓厚度為200mm；用BW120-3振動碾碾2遍，再動碾8遍，再用LP6500振動碾2遍，靜碾2遍，可達到壓實度和平整度的要求。

（4）瀝青混凝土與水泥混凝土基座之間、瀝青混凝土上下層之間、同一層瀝青混凝土相鄰段之間的結(jié)合較好，瀝青混凝土心墻與上下游兩側(cè)過渡料之間的結(jié)合較好，瀝青混凝土滲入兩側(cè)過渡料約為設計值的15%。

（5）瀝青混凝土心墻過渡料采用BW120-3振動碾靜碾2遍，再動碾6遍，過渡料密實度達到設計要求，與瀝青心墻結(jié)合良好。

4 瀝青砼冬施措施

為了確保瀝青砼冬季施工質(zhì)量，根據(jù)其他類似工程經(jīng)驗和本工程特點，對瀝青砼施工的每個環(huán)節(jié)進行了仔細分析。其主要影響因素有：1）瀝青砼拌合樓的機電、傳動、管路部分在低溫下極易發(fā)生故障；2）瀝青混合料在接料、運輸過程中溫度損失較大，不易保證瀝青混合料的入倉溫度；3）瀝青混合料在入倉后的倉內(nèi)平整和碾壓時受環(huán)境溫度影響，不易保證理想的碾壓溫度及瀝青混合料面層溫度損失過快對碾壓質(zhì)量造成影響；4）在低溫條件下，瀝青砼施工的機械設備啟動、運行易突發(fā)故障，作業(yè)人員和設備運行降效較大。針對以上影響因素，采取以下冬施措施。

4．1 機械設備運行保障措施

4．1.1 增加保溫裝置

①拌合樓所有電機、傳動、管路系統(tǒng)增加了電熱保溫層和保溫罩，保證在低溫情況下能正常啟動和運行。瀝青混合料出料口搭設鋼管架保溫棚，減小混合料溫度損失。

②用于瀝青混合料接料和入倉的ZL50裝載機料斗加設了保溫層。

③瀝青砼水平運輸?shù)娜v自卸汽車車廂改裝成帶保溫裝置的車廂。車箱四周采用巖棉進行保溫，車頂加上保溫苫布；目的是減少運輸過程中的溫降，防止瀝青混合料溫度損失過大。

④在骨料堆場，采設備保養(yǎng)及維修。用苫布進行覆蓋防止雨雪、冰霜。

4．1．2 設備保養(yǎng)及維修

①建立瀝青砼專用設備維修班，及時處理設備故障。

②瀝青拌合樓、運輸設備、碾壓設備低溫運行時易發(fā)生故障，增大了瀝青砼施工專用設備零部件的采購庫存量，來保障瀝青砼心墻的連續(xù)施工。

③所有的施工機械都使用-35#柴油。

4．2 技術(shù)措施

（1）增加瀝青含量

增加瀝青含量（加大油石比），設計碾壓式瀝青砼中瀝青含量為6.9%。低溫施工時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況將瀝青含量適當提高0.3%，達到7.2%。

（2）提高瀝青砼入倉溫度

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，瀝青加熱溫度應控制在160℃±10℃，骨料加熱溫度應控制在180℃±10℃。施工時將瀝青的加熱溫度控制在160℃左右，骨料的加熱溫度也相應提高，礦粉不加熱。保證瀝青砼出機口溫度達到 160-170℃。

（3）瀝青混合料的入倉溫度宜控制在140-165℃。

（4）瀝青混合料碾壓時應控制碾壓溫度，初碾溫度不宜低于130℃，終碾溫度不低于110℃，最佳碾壓溫度控制在140-145℃。

（5）瀝青砼攤鋪前，下層表面應干燥，清潔，無冰、雪、霜等，施工中做好充分準備。

（6）攤鋪時選擇風力不超過4級的晴朗天氣進行，并盡量選取中午氣溫較高時段進行。攤鋪后的瀝青混凝土盡快碾壓密實，如不能及時碾壓，需用保溫篷布或保溫棚進行覆蓋。

（7）做好協(xié)調(diào)管理，及時進行澆筑施工，采取快卸、快鋪、快平、及時碾壓、及時成型的方針。

（8）已針對冬季瀝青混凝土施工的注意事項和技術(shù)交底，對項目部管理人員前后進行了兩次培訓。并決定，此次大壩心墻冬季施工，項目部所有相關管理人員全部參與到生產(chǎn)一線，加強現(xiàn)場技術(shù)、質(zhì)量、安全力量，以確保大壩心墻施工順利進行。

（9）冷底子油按照試驗要求在拌合樓配制，瀝青：汽油=3：7。配置好后，在現(xiàn)場噴涂。

（10）冷底子油噴涂24h，待汽油充分揮發(fā)后，涂刷瀝青瑪蹄脂。瀝青瑪蹄脂的配比，瀝青：礦粉：人工砂=1：2：3。瀝青瑪蹄脂在現(xiàn)場用人工拌制。

（11）施工期間加強上游積水坑的排水，確保瀝青混凝土面干燥、干凈。

5 施工成果檢驗

瀝青混合料的制備、運輸、心墻鋪筑、碾壓、施工接縫與層面處理、雨季施工措施和瀝青混凝土心墻的質(zhì)量檢驗，均符合《土石壩碾壓式瀝青砼防滲墻施工規(guī)范》和現(xiàn)場鋪筑碾壓試驗結(jié)果所確定的各項參數(shù)。瀝青砼的質(zhì)量要求見表1，質(zhì)量檢測的項目及頻度根據(jù)設計要求或監(jiān)理工程師的要求確定。具體檢測項目及要求見表2：瀝青混凝土防滲墻質(zhì)量檢測項目及要求中的相應部分。

表1 瀝青砼質(zhì)量要求

表2 瀝青混凝土防滲墻檢測項目及要求

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表3

表4

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瀝青砼每層碾壓施工完畢后，由現(xiàn)場試驗室對瀝青砼壓實質(zhì)量進行檢測。檢測采用核子密度儀無損檢測容量，滲氣儀無損檢測滲透系數(shù)。心墻每升高2～4m沿壩軸線每50～100m鉆取芯樣兩組，按要求進行容重、孔隙率、滲透系數(shù)、配合比、水穩(wěn)定系數(shù)、三軸、彎曲等項目的檢測見表5。

表5 定期檢測內(nèi)容、頻率及標準

6 結(jié)束語

通過本工程對冬季施工心墻瀝青砼的嘗試，解決了瀝青心墻受冬季低溫條件限制而保溫處理難的技術(shù)難題。總之，在冬季低溫極端天氣下進行心墻瀝青砼的施工，可根據(jù)當?shù)氐木唧w環(huán)境選用的合適保溫方法，針對各地不同的溫度狀況，對配合比，出倉溫度，外加劑，輔助材料等靈活選用，以達到規(guī)定施工要求，不影響工期。