浅议低温条件下碾压式沥青混凝土心墙层间施工.pdf

浅议低温条件下碾压式沥青混凝土心墙层问施工 1前言 乔 勇杜立宏 ( 中国水电建设 集团十五 工程局有限公 司 陕西 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要本文依托中国水电十五局在新疆库什塔依水电站沥青心墙坝建设， 对低温条件下碾压式沥青心 墙层间施工技术进行了研究总结， 通过室内和现场试验， 取消了低温季节碾压式沥青混凝土心 墙层间加热， 优化 了碾压式沥青心墙层间施工工艺， 提高了施工效率， 对在类似气候条件下碾压 式沥青混凝土心墙的施工具有推广应用和参考价值。 关键词 低 温条件 ； 沥青混凝土 ； 碾压 ； 层 间加热 中图分类号 ： 1 、 ， 5 2 1 文献标识码 ： B 碾压式沥青混 凝土防渗心墙 作为 防渗 结 构， 具有结构简单 、 工程量小 、 防渗性能安全 可靠等优点，目前在国内外已经得到广泛的 运用和推广。我国从上世纪 7 O 年代以来， 已 建成 了东北尼尔 基 ， 三峡茅坪溪 ， 重庆黔江洞 塘 ， 四川冶勒 ， 新疆鄯善坎尔其等许多座沥青 混凝 土心墙 坝。 新疆库什塔依水电站沥青心墙坝lT程位 于特 克斯河 汇合 口 l 8 ． 3 6 k m， 丁程等别为 Ⅱ等 大 ( 2 ) 型T程 。大坝 为 2级建筑物 ， 采用碾 压 式沥青心墙坝防渗 ，坝长 4 3 9 m，最大坝高 9 1 ． 1 m，碾 压 沥 青 混 凝 土 混 凝 土T 程 量 约 1 9 6 7 7 ．4 m 。库 克苏河 年平均气温 7 ．3 ~ 12， 极端 最高气温 3 7 ．5 ℃ ，极端最低 气温 一 2 9 ．O ~ C； 库 克苏河流域历年最大冻土深度 1 3 6 c m， 最大积 雪深度 3 8 e ra。本文依托中 国水 电十五局在新 疆 库什 塔依水 电站沥青心墙坝建设 ，对低 温 条 件下碾压式 沥青心墙层 间施 T技术进行 了 研究总结 ， 通过室 内和 现场试 验 ， 优化 了碾压 式沥青心 墙层间施工 工艺 ， 提高 了施 工效率 ， 取得了良好的经济效益。 2碾压式沥青混凝土心墙低温季节 层间无加热施工研究 碾压式沥青混凝土施T规范要求 ，在上 层 沥青 摊铺 前 必 须对 底 层沥 青表 面 加 热 至 7 0 ℃ ， 方 可进行上层 沥青摊铺 ， 从 而满足沥青 混凝土层问结 合要求 。沥青混 凝土铺筑 无层 间加热施T在规范中虽有提法，但还未进行 理论 和实际验证 。库 什塔依水 电站 沥青混凝 土心墙 铺筑施T ，若在 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 水进度要求， 为保证丁程按期建成， 必须提高 库什塔依水电站沥青心墙施 效率。项 目 结 合现场实际在围堰及大坝沥青心墙施工中对 寒冷低温气候条件下沥青混凝土施_T层间无 加热施T技术进行了全面的研究。 2 ． 1沥青混凝 土冬季施 T无层 间加热施工室 内 模拟试验 室 内实验时 ，选取 油石 比为 8 ．0 ％的冬 季 沥青混凝土配合比，进行冬季低温 一 2 5 ℃条 件下T艺性模拟试验。沥青混凝土的制备分 上下两层。上层尺寸为 2 6 e ra 2 6 e ra X 1 0 e m ( 厚 ) ， 下 层尺 寸 为 2 6 c m2 6 e ra X6 e m( 厚 ) ， 先制备沥青混凝土下层。击实根据试验求得 击实次数按等击实功换算，采用模拟沥青心 墙现场震动碾压法击实 ，试块控制孔隙率 为≤3 ％。 然后将下层 6 e m厚 沥青混凝土 试块 放人大型温箱中降温到 一 2 5 ℃，并恒温一定 时间，再将同配合比的上层热沥青混合料铺 到温度 为 一 2 5 ℃的下层试 块上 ，上层 热料表 面盖帆 布。当上层热料表 面下 2 e m处温 度降 到 1 4 0 ~ C 时再对上层热料按 同样的方法击 实， 击实厚 l O o m， 控制孔隙率为≤3 ％。具体 试验步骤见 表 1 。 对所选配 合 比试块进行 了模拟低 温施工 工艺试验， 并对沥青混凝土试块进行了切割 ， 观测上层沥青混凝土及上层与下层沥青混凝 土的结合情况， 见表 2 。 表2表明，所选配合比模拟低温施丁丁 艺的沥青混凝土试块的结合面都满足防渗性 要求 。 ( 1 ) 上层 和接 缝观 测 。经过 切片 截面 观 测 ， 上层沥青混 凝土密实 ， 上层与下层沥青 混 凝 土的结合 良好 。 ( 2 ) 接缝 防渗性检测 。分别对所选配合 比切 割 块的 沥青 混 凝 土结 合 缝用 日本 专利 渗气仪进行了结合面的防渗性测定。 通过测 渗气来间接测定沥青混凝土的防水渗透性 ， 一 般 工 程 防 渗 性 的标 准 是 渗 气 速 率 小 于 0 ． O 0 5 MP a ／ m i n ， 检 测结果 见表 2 。 ( 3 ) 上下层结合面力学性能。对所选配合 比沥青混凝土 的模 拟低温施 丁丁艺 的试 块的 结合面和非结合面的芯样进行密度和孔隙率 测定 ， 并进 行间接拉伸试 验( 温度 7 ．3 12， 加荷 速度 l m m／ mi n ) ， 间接拉伸试验结果见表 3 。 表 3表 明模拟低温施 工工艺 的沥青 混凝 土试块的结合面和非结合面的芯样的孔隙率 都满足规范对沥青心墙的孔隙率要求， 即孔隙 率≤3 ％。 低温施 _TT艺 的非结 合面的 间接拉伸 强 度平均值 为 O ．4 I b t P a一0 ．4 3 MP a ，而结合面 的 间接 拉伸强 度平均 值为 0 ． 2 6 MP a～0 ． 4 2 MP a ， 两者相差很小； 低温施工工艺的非结合面的劈 裂位移平均值为 3 ． 8 m m一 4 ． 1 n l r ll ， 而结合面的 劈裂位移平均值为 2 ． 5 mm一4 ． 1 m m， 两者略有 差别。间接拉伸试验结果表明， 低温施lT丁艺 的沥青混凝土配合比试块上下层的结合良好。 在工程实践中， 热沥青混合料体积大， 宽度均 大于4 0 e ra ， 厚 2 5 e ra一 3 0 e ra ， 沿坝轴线较长， 其 热 容量更大 、 散 热 比试验 的要慢得 多 ， 只要在 施工过程中严格控制沥青混合料拌合温度， 采 取有效的保温措施和合理施丁T艺， 沥青混凝 土心墙的施工质量是可以保证的。 2 ．2沥青混凝土冬季施_T无层间加热施T现 场试 验 为了进一 步验证沥青混凝 土冬 季施 T无 层闻加热施TT艺的可行性 ． 项 目进行了现场 摊铺试 验。冬季施 T无层间加热施 lT工 艺研 表 t 碾压沥青混凝土室内模拟低温施工工艺试验步骤 试验步骤 模拟施工工艺过程 ( 配合比 DI 9 — 8 ． 0 ) 下层沥青混凝土准备 热混合料温度( ℃) 1 6 o ( 压实层厚 6 c m ) 击 实开始温度( ℃) 1 4 0 在 2 5 ~ C 下自然冷却 1 4 2 5 下层沥青混凝土经历 在大型温箱中冷却 环境温度降到 一 2 5 ℃后恒温约 6小时 一 2 5 ℃低温 热混合料温度( ℃) 1 6 O 铺筑上层沥青混凝土 然后再上铺热沥青混合料 ，表面 ( 压实层厚 1 0 e ra ) 对低温 一 2 5 ~ C 的下层不加热。 盖帆布在 一 2 5 ℃温箱中冷却到热料表 面下 2 e m降到 1 4 0 ~ C时对上层击实。 对试块切割 切割成 片( 6 ．4 c m2 6 c m1 6 c m) 。 防渗性 观查每个试块的切割面，并用渗 气仪测结合 面的防渗性。 质量检测 在 结合 面和 非结合 面钻 取芯 样 ， 密度 ( 孔 隙率 ) 测定 芯样孑 L 隙率。 测结合面和非结合面的变形性能 力学性能 和抗拉 强度。 表 2 沥青混凝土渗气试验成果 ( 防渗性要求小于 0 ． 0 0 5 MP a ／ mi n ) 编号 负压 ( MP a ) 时间 ( rai n ) 压升( MP a ) ．~( MP a ／ mi n ) l O ． O 8 4 0 ． 0 o 0 0 ． O o 0 2 0 ． O 8 4 O ． O 0 0 O ． O 0 0 3 3 0 ． 0 7 3 O ． o o 2 O ． O o 0 1 表 3 结合面与非结 合面试件 相关参数测定结果表 芯样 密度 孑 L 隙 司接拉伸强 劈裂位 芯样 密度 孔隙 间接拉伸 劈裂位 部位 部位 试件 ( g ， c m ， 率( ％) 度( M P a ) 移( m m ) 试件 ( g ， c m ) 率( ％) 强度( M P a ) 移( m m) l F 2 ． 3 6 2 2 ． 2l O-4l 4 ． 1 D一1 J 2 ． 3 6 2．28 O ． 2 6 2 ． 5 结 非 结 2 F 2 ．3 8 2 1 _ 3 9 0 ． 4 3 4． O D一 2 J 2 ． 3 7 7 1 ． 6 O 0 ． 4 2 4 ． 1 合 合面 3 F 2 ． 3 7 9 1 ． 5 l 0 ． 4 2 3 ． 8 D 一 3 J 2 ． 2 0 6 2 ．6 6 0 ． 4 1 4 ． O 面 平均值 2 ． 3 7 4 1 ． 7 0 0 ． 4 2 4 ． O 平均值 2 ． 3 1 4 2 ． 1 8 O ． 3 6 3 ． 5 表 4 沥青 混凝 土层间热料加热温度记录 摊铺前底层 表 雉铺后 3 0分钟 摊铺热料 温度 序号 外 界气 温( ℃) 日期 面温度f ℃ ) 层闯温度( o C) f ℃ ) 1 1 ．4 7 0 ． 2 1 69 —1 4 2 Ol O ． 1 2 ． 1 6 2 0． 1 6 3 ． 5 1 6 8 3 5I3 6 5 ． 4 l 6 8 表 5 沥青混凝土马歇尔土试件检测统计 矿粉含量 密度 孑 L 隙率 稳定度 流值 渗透系数 项 目 油石 比( ％) ( ％) ( g ] c m 3 ) ( ％) ( k N ) 『 0 ． 1 mm) ( c m／ s ) 规定值 8 O _ 3 1 2 ． 21 ． 0 >2 ． 3 <2 ．0 <1 X1 0 最小值 7 ． 8 l 1 ． 6 2 _ 3 9 1 ． 8 5 4 ． 7 5 7 0 ， 最大值 8 ． 2 1 3 2 ． 4 2 O ．6 2 6 ． 1 4 1 1 6 ／ 平均值 8 1 2 ． 4 2 ． 4 1 1 ． 1 4 5 ． 4 6 9 9 5 ． 0 X1 O 。 9 组数 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 加8 表 6 沥青混凝土芯样检测统计 项 目 密度 ( g ／ c m~ ) 孔隙率( ％) 稳定度( k N ) 流值( 0 ． 1 mm ) 备注 最小值 2 - 3 9 1 ． 8 5 4 ． 8 7 8 0 水浴 箱温度 4 0 ℃ 最大值 2 ． 4 2 O ． 6 2 9 ． 6 3 1 2 8 水浴 箱温度 4 0 ~ C 平均值 2 ． 4 l 0 ． 9 7 6 _ 3 8 1 0 1 水浴 箱温度 4 O ℃ 组数 2 8 2 8 2 8 2 8 ， 究试验共分两层进行 。试验 段长 6 0 m， 每层 4段 ，均 为 机 械摊 铺 施 工 ，油 石 比采 用 8 ．0 ％。 试验气温范围为 一 1 6 ℃ —． 5 ℃ 。 风力 3级 ， 满足风力小于 4级 的要求 。 在 已压 实 的底 层心 墙上继 续铺 筑时 ， 结合 面清理干净 ，灰尘等 污染 面采用空气 压缩机清除， 对于潮湿部位先将表水清除 ， 再采用 红外线 加热器烘 干。 第 二层施 工时 ， 底层 沥青表面不进行加热 ，利用 上层新铺 沥青混合料( 1 6 0 ~ C) 的热量， 停滞约 3 0 m i n 后， 可将下层沥青 昆 凝土融化 5 0 m m深， 结 合面温度可达到约 7 O ℃。施工中第二层沥 青混凝土铺设前在底层沥青混凝土表面埋 入传 感式 温度计 ，埋设深度 为表 层 5 0 mm 以下 ，第二层热料摊铺后半小时后进行温 度监测， 具体数据见表 4 。 2 ． 3沥青混凝土芯样检测结果 试验 室 对摊 铺 试验 的芯样 进 行 了容 重 、 孔隙率、 渗透系数等主要指标进行了检 测 ， 均满 足规范要求 ， 且芯样外 观与底层沥 青 表 面 加 热 施 工 工 艺 无 明 显 区 别 。 库什塔依水电站大坝沥青心墙工程冬季施 工共 检测沥青混凝马歇尔 土试 件 6 8组 ， 沥 青混凝 土芯样 2 8组 ， 检测频次及 检测结果 均符合《 水工碾压式沥青混凝土施工规范》 ( D L f F 5 3 6 2 — 2 0 0 6 ) 及设计要求， 检测情况见 表 5 、 表 6 。 3结论 该项 目通过对沥青混凝土进行的一系 列室 内室外试验 ，验证 了 一 2 O ℃以内的环 境下，沥青混凝土层间施工无需将下层沥 青混凝 土加热 到 7 0 ~ C一 9 0 ~ C，即可进 行下 层沥青混凝土摊铺施工的可行性 ， 对简化 沥青混凝土施 工 ， 减少施_T成本 ， 提 高施T 效率有着极大的促进意义，对类似气候条 件下碾压式 沥青混凝土坝 的施工将具 有一 定的参考价值 ， 也对推动我国沥青混凝土 心墙坝筑坝施 工技术的领域扩展起 到积极 作用。陕西 水 剩 ( 责任编辑： 黄灵芝) 《 = 3 @