扎渃玛五一大坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术

胡鸿煌，龚佳健

（1.南昌大学，江西 南昌，330031；2.江西省水利水电建设有限公司，江西 南昌，330200）

0 引言

土石坝沥青混凝土心墙由于防渗性能好、适应变形能力强、结构简单、工程量小、施工速度快、安全可靠、不破坏环境资源、抗震性能高，并有独特的裂缝自愈能力，而具有较高推广价值[1-3]。随着沥青混凝土施工摊铺技术的逐步完善，采用沥青混凝土心墙防渗的高土石坝越来越多，国内已建的最高沥青混凝土心墙堆石坝是去学水电站，最大坝高173.2m，心墙最大墙高为132m；国外已建成的最高沥青混凝土心墙坝是奥地利的Finsterntal坝，最大坝高149m，心墙最大墙高为96m；挪威的Storglomvatn坝，最大坝高125m，心墙最大墙高123m[4，5]。扎渃玛五一大坝最大坝高150m，心墙最大墙高134.75m。扎渃玛五一大坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术的实施，可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

扎渃玛五一大坝位于埃塞俄比亚的西北部地区，坝址位于埃塞俄比亚特克泽河的一条支流——萨利玛河上，大坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，最大坝高150m，坝顶长度710m，设计断面为梯型断面。沥青混凝土心墙最大墙高134.75m，墙底宽度2.0m，且不同高程其沥青混凝土心墙宽度不同，高程804.25m～850.00m的心墙宽度为1.2m；高程850.00m～900.00m的心墙宽度为1.0m；高程900.00m～顶部高程939.00m的心墙宽度为0.8m。坝址区域内海拔较高，地处热带，年平均气温26.2℃，极端最高气温34.4℃，极端最低气温16.8℃；每年6～9月为大雨季，且年平均降水总量为952mm。

2 施工条件

由于沥青混凝土施工过程中对温度控制要求较高，施工条件主要是受气候条件影响。根据水工碾压式沥青混凝土正常施工的气象条件[6]可知，在无特殊保护措施情况下，当施工时气温低于0℃、浓雾、风速大于四级或降水时段时，沥青混凝土不得施工，因此，本工程的施工难点主要受当地高温条件以及雨季降水量制约。

3 施工方案设计

3.1 施工平面布置

根据现场实际施工情况，施工道路为一条6m宽双向车道，直通大坝，雨季时对施工道路加强维修保养；沥青混凝土拌合站和过渡料距离坝址约5km。工地实验室选取在SUR公司办公营地内，与SUR公司混凝土工程实验室相邻，且实验环境较好，以确保沥青混凝土混合料的质量；利用现场SUR公司向大坝区域内提供施工电源、供风系统以及供水系统以保证工程的正常运行。

3.2 沥青混凝土心墙施工工艺

沥青混凝土心墙施工工艺的主要流程见图1。

图1 施工工艺流程图

3.2.1 原材料及技术要求

沥青混凝土由沥青、砂石骨料、填料等组成，参照沥青混凝土施工规范[7]中原材料及技术要求进行相关试验，从而得出各项技术指标要求。

（1）沥青。沥青混凝土使用的沥青是B60-70，其主要性能技术要求见表1。

表1 沥青主要性能指标要求

（2）砂石骨料。沥青混凝土使用的砂石骨料选用附近SUR石料场生产的人工骨料，包含0～3mm的细骨料和 3～6mm、6～12mm、12～19mm 级配的粗骨料，且质地坚硬、新鲜、饱和抗压强，不因加热导致性质变化，具体各项技术指标要求见表2。

表2 砂石骨料各项技术指标

（3）填料。沥青混凝土使用的填料为水泥及矿粉，粒径小于0.074mm，不含有机质、泥土等杂质，无结块团粒，具体各项技术指标要求见表3。

表3 填料各项技术指标

3.2.2 配合比的确定

沥青混凝土铺筑试验主要通过沥青混凝土的配料、拌和、运输、铺筑及碾压等工艺流程，最终确定各种沥青混凝土的配合比参数。

根据配合比试验结果，从沥青混凝土的变形、强度、施工等性能考虑，并结合本工程实际情况，参考沥青混凝土配合比见表4。

表4 沥青混凝土参考配合比

3.2.3 沥青混合料的的制备与运输

根据沥青混凝土室内配合比试验成果，选用两种沥青混凝土配合比，每种配合比的拌合量为搅拌罐的额定容量；配合比的拌和时间总共为60s，其中干拌15s，湿拌45s；投料顺序依次为粗骨料、细骨料、填料、沥青以及沥青混合料。

骨料采用加热桶进行加热，温度控制在175℃～190℃；沥青采用导热油进行加热，温度控制在150℃～165℃，且及时进行脱水。拌合出的沥青混凝土符合设计要求并无异常现象。

沥青混凝土采用25t保温自卸车运输至现场，考虑到拌合站搅拌、运输、转料、卸料等因素，合理安排自卸车的运输强度，同时满足摊铺机的摊铺强度。沥青混凝土采用专业设备（由装载机改造铲斗而成）通过自卸车转运至摊铺机中。现场修筑转料平台，平台高度满足装载机料斗卸料，且平台的布置尽量不影响过渡料的运输，在运输过程中，避免出现急刹车等有损沥青混凝土质量的操作。

3.2.4 玛蹄脂的铺筑

玛蹄脂是由20%的沥青加热到160℃～180℃、65%的滑石粉加热到110℃～130℃、以及15%的填充物组成，同时人工加入3%的硬脂酸。玛蹄脂运输采用铲斗容量为3m3的装载机运输，按装载机铲斗容量的1/3装载玛蹄脂。用长铁瓢或铁镐将玛蹄脂铺筑，用自制的扒子沿坝轴线坡面方向刮平。在玛蹄脂铺筑结构线可采用直径10mm的钢筋做样架，以便玛蹄脂铺平。

3.2.5 沥青混凝土的人工摊铺

人工摊铺的施工工艺流程：施工准备→测量放样→支立钢模板→过滤料摊铺→过滤料初碾→层面处理→沥青混凝土入仓→人工摊铺均匀→抽出钢模板→过渡料和沥青混合料同步碾压→终碾→质量检测。

人工摊铺时，采用尺寸200cm×25cm（长×宽）的钢模板（采用8mm厚钢板加工而成），便于拆装，测量放样后进行钢模板定位。通过转运料斗进行过滤料的人工摊铺，待沥青混合料进仓后，人工采用铁锹均匀摊铺，抽出钢模板后，按要求碾压过渡料和沥青混合料。

人工摊铺施工工艺中需注意：沥青混凝土表面的残渣需清理干净；立模中心线的允许偏差控制在5mm内；立模后的心墙部位采用防水帆布覆盖，防止泥渣掉入；心墙部位表面采用红外线加热器进行加热；控制沥青混合料的碾压方式及碾压速率；沥青混合料碾压时，初次碾压温度不低于130℃，最终碾压温度不低于110℃。

3.2.6 沥青混凝土的机械摊铺

机械摊铺的施工工艺流程：施工准备→基础面清理→测量放线→钢模板定位→沥青混合料和过渡料摊铺→过渡料静碾→沥青混合料与过渡料同步碾压密实。

沥青混凝土心墙采用专用摊铺机进行机械摊铺。专用摊铺机主要由沥青混合料料斗、红外线加热器装置、过渡料料斗、过渡料Ⅰ区、振动碾及机械驱动系统等组成，专用摊铺机可同时摊铺沥青混凝土心墙和心墙两侧过渡料Ⅰ区，沥青混合料通过3m3改制装载机装入沥青混合料料斗，过渡料Ⅰ区采用1.2m3反铲装入过渡料Ⅰ区料斗。沥青混凝土心墙碾压时，心墙部位采用1台1.5t振动碾进行碾压；心墙两侧过渡料Ⅰ区采用2台2.5t振动碾进行碾压[8]。沥青混凝土机械摊铺示意如图2所示。

图2 沥青混凝土机械摊铺示意图

机械摊铺施工工艺中需注意：沥青混凝土表面的残渣清理干净；采用红外线加热器装置对沥青混合料进行加热，采用振动装置对过滤料和沥青混合料进行振平；专用摊铺机的摊铺厚度控制在25cm左右、摊铺宽度控制在0.8m～1.2m，同时控制其摊铺速度及入仓温度；当碾压宽度小于混凝土心墙宽时，采用贴缝碾压的方式进行碾压。

4 施工质量控制措施

4.1 沥青混凝土拌制

（1）严格按照试验控制好沥青混凝土的拌合量，允许误差为±0.3%。

（2）沥青、骨料及填料的质量控制，严格按照相关技术要求，并控制温度在160℃～170℃。

（3）拌制出的沥青混合料随时观察，确保外观合格并无其它异常情况。

（4）专用摊铺机出机口处的沥青混凝土温度控制在155℃～170℃。

（5）沥青混凝土加热拌制过程中，应严格控制好拌制的温度及加热时间，避免沥青混凝土老化。

（6）当有大雨、短时雷阵雨预报或有征兆时，做好停工准备，并停止沥青混合料的制备。

4.2 沥青混凝土摊铺

沥青混凝土在摊铺过程中要对厚度、温度、外表及宽度进行控制。

（1）厚度控制。沥青混合料匀速摊铺，确保摊铺厚度平整和均匀。

（2）温度控制。严格控制摊铺过程中的温度，续铺前，确保下层沥青混凝土面温度大于70℃。当下层沥青混凝土面温度低于该温度时，使用红外线加热器加热使之达到铺筑要求，并控制加热时间，不使沥青混凝土老化。

（3）外表检查。每层沥青混凝土心墙摊铺完后，对外表进行检查，发现蜂窝、麻面等混凝土缺陷时，及时进行沥青混凝土缺陷处理。

（4）宽度控制。准确控制每层的底宽，合理控制摊铺宽度，摊铺前，定出心墙轴线并标识；运行时，精确控制摊铺机前进，保证心墙宽度满足设计要求[9，10]。

4.3 沥青混凝土碾压

（1）振动碾在碾压前清洗干净，碾压时按照初定的成果控制好碾压的速度、间距和温度，重复碾压时保持碾压过程中的稳定，以免产生沥青混凝土缺陷等现象。

（2）碾压时面层加水不宜过多，避免沥青混凝土表面温度迅速降低，甚至部分水在碾压过程中被包裹在混合料中，从而导致沥青混凝土层面出现麻面情况。

（3）沥青混凝土碾压温度选择在130℃～150℃，终碾压温度不低于110℃。

（4）碾压过程中及时清理振动碾上的附着物，且振动碾表面禁止涂刷柴油。

（5）过渡层胶结面与碾压后的沥青混凝土接合情况，应在过渡层上进行挖坑检查，对沥青混凝土心墙不能有任何损害[11，12]。

5 结论

本文通过对扎渃玛五一大坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术的阐述，结合沥青的原材料试验和室内配合比试验，得出以下结论：

（1）沥青混凝土的原材料要求和配合比需结合现场试验成果进行确定；

（2）各环节沥青混凝土的温度控制是心墙施工质量控制的关键；

（3）扎渃玛五一大坝的建成使用，将使碾压式沥青混凝土心墙技术得到进一步发展。