土石坝碾压式沥青混凝土防渗心墙冬季快速施工方法

吴宪生

（中国水电建设集团 十五工程局有限公司，陕西 西安 710000）

1 概况

某水电站工程位于祖国西北边陲，大坝为2级建筑物，采用碾压式沥青心墙坝防渗，工程所在位置处于山区，冬天寒冷，夏季凉爽。当地年平均气温7.3℃，极端最高气温37.5℃，极端最低气温-29.0℃；该河流域历年最大冻土深度136cm；最大积雪深度38cm。

由于本工程于2010年11月中旬大坝截流，为了保证本工程2011年4月底具备度汛要求，大坝沥青混凝土心墙施工必须在冬季0℃～-20℃的低温条件下及当地4月份的阴雨条件下连续施工。若在规范允许的环境气候下进行，根本无法实现合同要求的度汛及下闸蓄水工期要求，为保证工程按期建成，必须加快坝沥青心墙混凝土施工效率，确保施工进度满足来年度汛要求。

2 沥青混凝土冬季快速施工方法

2.1 寒冷气温条件下碾压式沥青混凝土连续铺筑

碾压式沥青混凝土施工受外界气温影响大，根据本工程工程的气候条件，在冬季寒冷气温（一般指外界气温在-5℃～-20℃）的环境下，具体采取了如下措施在保证质量的前提下成功实现了极端低温条件下碾压式沥青混凝土的连续铺筑。

（1）选择适合的沥青混凝土配合比。冬季碾压式沥青混凝土施工，摊铺过程的温度损失尤为难以控制，所以在摊铺后尽快碾压成型是关键，通过室内和现场试验可知，油石比的增大可使沥青混凝土在压实功大大减少的情况下很容易达到密实。故在寒冷气温条件下可通过增大沥青混凝土的油石比来缩短沥青混凝土摊铺后的成型密实时段，减少碾压成型过程的温度损失，从而达到沥青混凝土的温控要求，保证沥青混凝土的质量。

（2）沥青混凝土在拌合时出机口温度采取规范要求的上限值。

（3）沥青混凝土运输及摊铺设备加设适当的保温材料，保证沥青混合料在运输过程中做到全封闭。

（4）加强组织管理，使各工序紧密衔接，做到及时拌合、运输、摊铺碾压、特别是尽量缩短碾压时间，没车沥青混合料运输、摊铺碾压全过程控制在30分钟内完成。

（5）尽量缩短每一段的碾压段，摊铺后及时碾压完，必要时可采用两台振动碾串联碾压，提高碾压效率，缩短碾压时间。

（6）当气温达到-20～-15℃时，每天选取11点到17点进行摊铺作业。

2.2 碾压式沥青心墙雨天及夜间施工

2.2.1 碾压式沥青心墙雨天施工

碾压式沥青心墙雨天施工的关键是防雨，避免各个工序雨水与沥青混合料接触，沥青虽具有憎水性，当达到一定密度的沥青混凝土却具有很好的不透水性，但在心墙施工过程中，沥青混凝土还没有达到要求的密度之前，沥青混合料不能有水混入，当沥青混合料遇水后（降雨或被雨水浸泡），沥青就不能和骨料有很好的粘结，影响骨料的粘结力；且当水分残存在层间或沥青混合料中，温度升高后将会气化膨胀，形成鼓泡和气孔，破坏沥青混凝土的防渗性和整体性，在施工中采取以下应对措施：

（1）雨天施工方法，在施工组织设计时注意考虑雨天对施工的影响，并相应的采取工程措施。沥青混凝土拌合站设置在距离大坝较近的位置，减少运距，骨料堆放处高于地面30cm，以防雨水倒灌，并搭建防雨棚，矿粉适宜选用灌存。

（2）加强与气象部门联系，做到提前做好充分的准备。

（3）采用防雨帆布覆盖已摊铺的沥青混凝土混合料，覆盖沥青混凝土运输设备，覆盖沥青混凝土摊铺机料斗，避免沥青混凝土混合料在制备和运输过程中雨水落入。

（4）采用防雨帆布覆盖下层已铺沥青心墙，新铺沥青混凝土时，随摊铺机行进速度，有专人徐徐揭开帆布，保证已铺筑心墙处于无雨水渗漏状态，避免两层沥青混凝土之间有雨水。

（5）将防雨帆布直接固定在摊铺机尾部，使其摊铺机同步前进，帆布后紧随振动碾碾压，避免雨水渗入松散沥青混合料中，当沥青混凝土达到规范的密实度时，即使表面有雨水存在，不会影响已铺筑的心墙质量。

（6）雨后复工，用红外线加热器加热已铺筑层面，加速层面干燥，保证层间没有水分，保证层间结合牢固。

2.2.2 碾压式沥青心墙夜间施工

为了加快施工速度，缩短施工工期，需夜间施工。夜间施工的关键是照明，施工中应该做到，“晚间要比白天亮，作业层面无阴影”。只要各个工序环节，各个工作面的操作人员在夜间施工没有视觉障碍，就意味夜间施工与白天施工无区别，施工中除在两坝肩安装大型镝灯，还在心墙上下游过渡料外侧每隔十米设置一组移动碘钨灯，从而保证了各个工作面层视线一目了然，从而保证施工质量。

2.3 提高碾压式沥青心墙铺筑层厚施工

沥青混凝土心墙铺筑层厚与碾压机械的压实功能有关，根据国内外实践经验统计，每层的摊铺厚度一般为200mm～300mm。若摊铺层太薄，层间处理工作量会大大增加，降低沥青混凝土心墙的施工速度；若摊铺层太厚，必须用重碾进行碾压，但重雲碾压容易发生陷碾，使重碾难以正常工作。在本工程沥青心墙坝施工中，由于沥青混凝土心墙表面平整度高差过大，为了进行找平，采用了最大铺筑厚度为350mm，施工中采取了1.5t振动碾进行碾压，在常规碾压遍数的基础上增加了两遍，钻取芯样结果满足规范要求。由此可见沥青混凝土心墙的铺筑厚度可以随着碾压机具的优化及碾压参数的改变还可以进一步增大。

对于加大层厚施工专门进行了两次现场碾压实验：实验摊铺厚度采用350±20mm，其他实验参数不变。两次实验证明：摊铺厚度提高到350±20mm，压实厚度为253-296mm，密度、孔隙率、流值、马歇尔稳定度、渗透系数均符合规范和技术要求。

在碾压实验的基础上，在心墙沥青混凝土完成一个升高前最后一层进行了摊铺350±20mm生产，并取芯实验，实验同样证明：接合严密，所有指标全部合格，孔隙率小于1.2%，相对于比摊铺厚度300±20mm的孔隙率相对偏大。

第三次摊铺生产是在心墙沥青混凝土完成一个升高前最后2层进行连续摊铺350±2mm生产，并取芯实验。实验同样证明：接合严密，芯样表观完整；所有指标全部合格；孔隙率小于1.2%，比摊铺厚度300±20mm的孔隙率相对偏大。

根据生产性实验和现场生产情况判定：摊铺350±20mm技术上是可行的，质量上是完全有保障的。在此基础上，施工全面开始采用摊铺厚度350±20mm。

2.4 碾压式沥青混凝土心墙每日多层连续铺筑施工

碾压式沥青混凝土心墙每日多层连续多层施工主要问题是：下层沥青混凝土温度较高，沥青混凝土质地较软，在上层施工中，由于基础较软，在上层施工中降低了震动碾压性能，致使上层沥青混凝土孔隙率难以满足规范要求。在施工高峰期本工程大坝沥青心墙轴线长度约400m，摊铺机理论摊铺速度为每1～2.5m/min，考虑到每层摊铺时的边角人工摊铺及拌合运输影响，每层摊铺时间一般需要4～5小时，由于沥青混凝土降温较慢，制约了沥青混凝土连续铺筑，研究每层沥青混凝土的铺筑的间隔时间是夏季每日连续多层铺筑的主要任务。

为了验证本工程是否能够实现每日多层连续铺筑，专门进行了现场试验，试验方法为：首先铺筑一层长30m、宽1m、30cm厚的沥青混凝土，待温度降至110℃、90℃、70℃进行第二层沥青混凝土摊铺。

实验结果表明：（1）沥青混凝土在环境温度为24℃时，平均每小时可降低温度10℃；（2）连续铺筑过程中，底层沥青混凝土在90℃时进行连续铺筑，沥青混凝孔隙率可控制在3%以内。每层层间间隔4小时可进行上层沥青混凝土铺筑。由此可见本工程沥青心墙每层循环时间为4～5小时，完全具备连续施工条件。

本工程沥青心墙在施工中实现了沥青混凝土心墙每日连续铺筑三层的施工强度。且经沥青混凝土芯样检测，密度、孔隙率、渗透系数等指标均满足规范要求。

3 结论

本工程沥青心墙混凝土通过以上措施，满足了冬季寒冷地区-5℃～-20℃及阴雨、夜间等特殊气候条件下的快速施工，同时掌握了单层沥青混凝土的摊铺、碾压厚度及一天多层施工的工艺，节约了施工工期及施工成本，为类似气候条件下及以后的碾压式沥青混凝土心墙施工提供了参考借鉴经验。