卡洛特水电站沥青混凝土心墙施工技术Construction Technology of Asphalt Concrete Core Wall at Karot Hydropower Project

卡洛特水电站沥青混凝土心墙施工技术Construction Technology of Asphalt Concrete Core Wall at Karot Hydropower Project

周小军  ,刘新彬

中国葛洲坝集团第三工程有限公司 陕西西安 710061

摘要：沥青混凝土心墙堆石坝为水电工程中常见坝型，在国内外均有广泛应用。沥青混凝土心墙作为大坝防渗建筑，其施工质量将直接影响到大坝坝体的防渗能力和使用寿命。然而，如何才能有效确保沥青混凝土心墙施工质量呢？本文通过巴基斯坦卡洛特水电站项目沥青混凝土心墙的实施案例，全面阐述了沥青混凝土心墙的施工过程，对类似项目在实施过程中的原料选用、工艺流程及技术参数等质量控制有较大的借鉴意义。

关键词：沥青混凝土心墙堆石坝；过渡层；排水层。

1  基本情况概述

1.1  沥青混凝土心墙概况

巴基斯坦卡洛特水电站大坝主要由沥青混凝土心墙（底部设混凝土基座）、过渡层、排水层、堆石Ⅰ区、堆石Ⅱ区、堆石Ⅲ区、排水垫层、排水体和上下游护坡等组成。沥青混凝土心墙顶部高程为468.0m，水库最高静水位为467.06m。沥青混凝土心墙为梯形结构，顶宽0.6m，向下逐渐加厚，心墙上（下）游坡度均为1∶0.004，底部最大厚度为1.30m。心墙上游过渡层Ⅰ和过渡层Ⅱ水平宽度分为1.5m和2.0m，下游过渡层Ⅰ和竖向排水层水平宽度分为1.5m和3.5m，均采用等宽布置；填筑料各项压实指标见表1所示，沥青混凝土心墙结构详见图1所示。 

表1  沥青混凝土、过渡料、排水筑料压实标准

图1  心墙结构布置图

1.2  沥青混凝土料源特性

沥青混凝土原材料，沥青采用中国新疆克拉玛依70#沥青；砂石骨料为灰岩料场成品骨料。过渡层Ⅰ、过渡层Ⅱ、排水层为砂拌系统加工砂砾料。其主要工程量见表2所示。

表2   主要工程量表

2  施工流程及工艺

2.1   施工方法及工艺要求

2.1.1  沥青混凝土施工工艺流程

2.2.2  沥青混凝土矿料储存

拌和站设置4种骨料仓，骨料储量满足现场1个月生产用量。

2.2.3  骨料初配

（1）骨料初配

堆存于净料堆场的骨料，用胶带机输送至各级配料仓备用。各级骨料分别采用电振给料器进行初配，用胶带机混合输送至干燥加热筒。

（2）骨料干燥加热

冷骨料均匀连续地进入干燥加热筒加热，加热温度控制为170～190℃。经过干燥加热的混合骨料，用热料提升机提升至拌和楼顶进行二次筛分。热料经过筛分分级，按粒径尺寸储存在热料斗内，供配料使用。

2.2.4  沥青

（1）沥青溶化、脱水、加热

沥青拆包后，通过液压自动翻转装置送进DT6型沥青熔化，脱水，加热联合装置，以导热油为介质来加热熔化，确保加热均匀，防止沥青老化。沥青脱水温度控制在110～130℃，配有打泡和脱水装置，使水分气化溢出，防止热沥青溢沸。沥青熔化、脱水一定时间后，继续加热，储存待用的沥青，加热温度控制在140～160℃以内。

（2）沥青恒温

沥青恒温温度控制在140℃以内，沥青加热至规定温度后，输送至恒温罐储存待用，恒温时间不宜超过24h，以防沥青老化。

（3）沥青输送

沥青从恒温罐至拌和楼采用外部保温的双层管道输送，内管与外管间通导热油，避免沥青在输送过程中凝固堵塞管道。

2.2.5  沥青混合料的拌制

（1）配料

沥青混合料采用重量配合比，矿料以干燥状态为标准，配料严格按照沥青混凝土配料单进行配料。沥青混合料配合比允许偏差见表3所示。

表3  沥青混合料配合比允许偏差

（2）沥青混合料拌和

拌制沥青混合料时，先将骨料与填料干拌15s～25s，再加入热沥青一起湿拌45s～60s。拌出的沥青混合料确保色泽均匀、稀稠一致、无花白料、黄烟及其他异常现象，卸料时不产生离析，温度控制在150℃～170℃之间，确保其经过运输、摊铺等热量损失后的温度能满足沥青混凝土碾压温度要求。拌和好的沥青混合料卸入受料斗。

2.2.6  沥青混合料的运输

沥青混合料使用10t保温汽车水平运输至施工部位后，通过改装配有2.5m³保温转运料斗的ZL50装载机，卸入摊铺机沥青混合料料斗。入仓温度控制在140～170℃。运输过程中，不出现骨料分离和外漏，沥青混合料连续、均匀地从拌和楼运至铺筑部位。

2.2.7  沥青混凝土心墙铺筑

沥青混凝土心墙施工分为人工摊铺和机械摊铺。

（1）机械摊铺

沥青混凝土心墙摊铺作业使用BOMAG BF600C-2 S500型摊铺机为基础改造而成的沥青混凝土心墙专用摊铺机。

沥青混凝土心墙每一层都用白石灰弹线定位中心线。机械的前部安装有燃气式红外加热器。在铺筑上面一层之前，加热器烘干和加热下面一层的表面，以保证上下层结合紧密牢固。摊铺机可根据心墙宽度在0.5～1.3m范围内调节，其摊铺厚度为28cm。摊铺机行走速度控制为1～2m/min。该设备可同时摊铺沥青混合料和沥青混凝土心墙两侧过渡料。

1）机械摊铺工艺流程

施工准备→测量放样、弹线→结合面处理→沥青混凝土、过渡料分别装入专用摊铺机→专用摊铺机摊铺→过渡料静碾→沥青混凝土与过渡料I同步碾压密实→过渡料Ⅱ、排水料人工配合机械铺筑→过渡料Ⅱ、排水料碾压→质量捡测→监测仪器安装。

2）摊铺

沥青混凝土心墙采用水平分层，全轴线不分段一次摊铺碾压的施工方法。施工严格按要求的铺筑方向、次序、铺筑层厚、摊铺温度、碾压温度及碾压遍数进行分层铺筑。

分层厚度为：摊铺厚度小于等于28cm，压实后的厚度25cm。

（2）人工摊铺

沥青心墙与水平混凝土基座连接的扩大段、两岸岸坡心墙扩大段采用人工摊铺。

1）人工摊铺工艺流程

人工摊铺施工工艺流程如下：

施工准备→测量放线→立模→过渡料摊铺→过渡料初碾→层面处理→沥青混合料的摊铺→拆模→沥青混合料和过渡料同步碾压→过渡料Ⅱ、排水料人工配合机械铺筑→过渡料Ⅱ、排水料碾压→质量捡测→监测仪器安装。

2）立模板

人工摊铺段使用的模板，采用方便拆装的沥青混凝土心墙专用活动钢模板，每块模板尺寸200cm（长）×28cm（宽），采用3mm厚钢板加工而成，按设计要求定位心墙宽度后，相对的两块模板由3～4根可以调节长度的夹具固定。

完成立模和过渡层Ⅰ的摊铺后，离钢模15～20cm与沥青混凝土同步碾压外，3T振动碾先预压过渡层Ⅰ，然后用装载机直接转料入仓，人工配合摊平，按试验参数要求，有一段沥青混合料温度达到初碾温度时，1.5T振动碾开始沥青混合料的碾压。

3）摊铺

人工摊铺心墙时，采用转运料斗直接向仓内卸沥青混合料，人工摊平，过渡料使用反铲摊铺，辅以人工整平。

             图3  心墙放大角及过渡层I铺筑示意图

沥青混合料入仓后，人工平仓采用铁锹平运的方式，保证不会造成骨料的分离。

连续摊铺施工时，立即进行下一个循环施工放样、立模、过渡层I摊铺及碾压，上层沥青混凝土表面温度降至90℃，开始摊铺沥青混合料，碾压等工序。

（3）沥青混凝土及过渡料、排水层碾压

1）碾压设备

根据心墙设计宽度，其沥青混凝土选用双光轮振动碾进行碾压；过渡料、排水料选用双光轮振动碾进行碾压；沥青心墙岸坡边角及铜止水等处采用机械冲击夯碾压。

2）碾压工艺

根据工程现场碾压试验报告，针对本工程的心墙宽度，拟采取单边骑缝及单边贴缝碾压的碾压工艺，具体表4所示。

表4沥青混凝土心墙过渡料、排水碾压参数

当振动碾碾轮宽小于心墙宽度时，将两侧过渡料摊铺略高于心墙沥青混合料2～3cm，采用贴缝碾压的施工方法进行碾压。当振动碾碾轮宽大于心墙宽度时，拟采用单边贴缝单边骑缝的碾压方式进行碾压，两侧过渡料摊铺厚度与心墙沥青混合料摊铺厚度相同。

过渡层Ⅱ、排水层与沥青混凝土、过渡层Ⅰ同步上升，在沥青混凝土与过渡层Ⅰ铺筑完的同时，按设计宽度人工配合挖掘机摊铺上游2m宽过渡层Ⅱ和下游3.5m宽排水层，然后采用3T振动碾碾压。

2.2.8  各环节温度参数

沥青混凝土在拌制、施工过程中各环节温度控制参数见表5所示。

表5沥青混凝土温控参数表

2.2  接缝及层面处理

2.2.1  沥青混凝土与混凝土基座接缝面处理

（1）与沥青混凝土相接的混凝土基座表面采人工凿毛将其表面的浮浆、乳皮、废渣及粘着污物等全部清理干净，保证混凝土表面干净和干燥；铜止水表面清理至

露出金属颜色。

（2）铺设沥青玛蹄脂前，在清理干净且干燥的混凝土表面均匀喷涂1～2遍冷底子油（沥青：汽油=3:7），待冷底子油干涸后，再按设计要求的宽度铺设1.5cm~2cm玛蹄脂。

（3）铺筑沥青混合料时，沥青玛蹄脂表面必须保持清洁，必要时应予加热。沥青玛蹄脂涂抹宽度至少比沥青混凝土心墙基底每侧宽出30cm。

（4）铺设前，止水片表面应干燥洁净，并喷涂2遍冷底子油。

2.2.2  沥青混凝土心墙横向接缝处理

沥青混凝土心墙宜全线保持同一高程施工，以避免横缝。当无法避免横缝时，结合部应做成缓于1:3的斜坡，上、下层横缝间错开2m以上。

2.2.3   层面处理

（1）层面指已铺筑的沥青混凝土与待铺筑沥青混凝土结合面。

（2）在已压实的心墙上继续铺筑前，应将结合面清理干净。当沥青混凝土心墙层面温度低于70℃时，应采用红外线加热器或其它加热设备加热至70℃～100℃，但加热时间不宜过长，以防沥青混凝土老化。

（3）沥青混凝土表面停歇时间较长时，应采取覆盖保护措施。继续铺筑时应将结合面清理干净，使其干燥并加热至70℃以上后，方可铺筑沥青混合料。必要时可在层面上均匀喷涂一层稀释沥青，待稀释沥青干涸后再铺筑上层沥青混合料。

（4）沥青混凝土心墙钻孔取芯后留下的孔洞应及时回填，回填时应先将钻孔吹洗干净，蘸干孔内积水，将沥青混凝土表面温度加热至70℃以上，再用热沥青混合料按5cm层厚回填击实。芯样孔回填高度略高于心墙1～2cm。

3   质量控制与检测

3.1   施工过程控制要点

1.沥青混凝土心墙施工前，应对底部及岸坡混凝土基座连接面的处理质量进行检查验收；

2.沥青混合料铺筑过程中应对温度、摊铺厚度和宽度、碾压及外观进行检查控制；

3.心墙沥青混凝土的厚度不得小于设计厚度。每层应进行外观检查，如发现裂纹等异常现象，应进行处理；

4.在沥青混凝土施工完成并冷却至接近环境温度后，钻孔取芯，进行物理力学性能试验；钻孔芯样的长度应根据试验项目确定，取芯应穿透2层；

5.对无损检测的不合格测点，应在该测点处钻取芯样进行复测，若复测的芯样测试值仍不合格时，应扩大钻芯检测范围，并分析施工资料，重新确定处理方案。

3.2   成果简述

按照上述的施工参数及工艺完成沥青混凝土施工后，对沥青心墙进行了无损检测及取样检测。所得结果均满足设计技术要求及相关规范要求。相关数据详见下表。

表6沥青混凝土无损检测统计结果

表7沥青混凝土芯样检测结果统计表

4结束语

本篇文章通过展示卡洛特水电站项目沥青混凝土心墙施工过程，对沥青混凝土心墙的施工工艺进行了详细阐述，对如何确保沥青混凝土心墙施工质量从多角度进行了说明。文中所展示的关于沥青混凝土、沥青玛蹄脂和冷底子油等材料的技术参数对指导类似结构的大坝沥青混凝土心墙的施工有着较大的借鉴参考作用。其展示的大量施工工艺细节，对现场的实施作业也有良好的指导价值。

参考文献：

《水工沥青混凝土》张怀生，中国水利水电出版社，2014；

《卡洛特水电站沥青混凝土心墙堆石坝设计研究》杨启贵、孔凡辉、万云辉、张超，人民长江，编号：1001-4179（2020）S2-0189-04；

《卡洛特水电站沥青混凝土心墙碾压试验研究》李文祥、张维，人民长江，编号：1001-4179（2019）I2-0118-07；

《云南省沥青混凝土心墙筑坝技术应用综述》张天明、郑  铭，人民长江，编号1001-4179（2020）S1-0180-04；

《宗格鲁水电站碾压式沥青混凝土心墙施工技术》李小明，水泥与混凝土生产，编号1007-6344（2020）11-0053-02。

【作者简介】

周小军，男，中国葛洲坝集团第三工程有限公司，助理工程师，陕西西安，710061；

刘新彬，男，中国葛洲坝集团第三工程有限公司，助理工程师，陕西西安，710061。