中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西西安 710000
摘要：奴尔水利枢纽工程地处新疆和田地区昆仑山北麓，具有干旱荒漠性气候特征。常年多风沙，气候条件恶劣，附近无碱性骨料料场，施工工期紧等都给沥青混凝土心墙施工带来了很大的困难。但经过科学研究，试验出一套非碱性骨料沥青配合比，实现技术上的突破，根据气候条件通过对现场施工设备、原材料、施工工艺的论证调整，精心组织，认真实施，严格管理，总结出一套现场沥青混凝土施工质量控制的措施，确保沥青混凝土心墙工程的质量和顺利实施。
关键词：沥青混凝土心墙 非碱性 施工工艺 质量
1、工程简介
奴尔水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区和田地区策勒县境内，是奴尔河上唯一的控制性工程，主要任务是灌溉兼顾发电。碾压式沥青混凝土心墙坝坝高80m，坝顶高程2500m，坝顶长度746m，沥青心墙为垂直式，厚度由底部沥青心墙混凝土基座最大2.1m厚渐变梯形至0.9m，在2448.5m，2473.5m高程分别台阶式渐变至0.7m、0.5m厚度。总方量3.4万m³。
奴尔河流域位于新疆维吾尔自治区和田地区策勒县境内，具有干旱荒漠性气候特征，4-7月多风沙。根据奴尔水文站资料统计，历年极端最高气温36.4℃，极端最低气温-22.5℃，多年平均气温4.7℃，最冷月平均气温-5.3℃，多年平均年降水量195mm，多年平均年蒸发量1267.4mm。
奴尔水利枢纽位于策勒县奴尔乡，距离策勒县126km，距离和田县约209km，距离库尔勒约1107km，距离乌鲁木齐约1573km。策勒县至奴尔乡为四级公路，沥青混凝土路面；奴尔乡至坝址约奴尔水利枢纽工程地处新疆和田地区昆仑山北麓，具有干旱荒漠性气候特征12km，为简易道路。
2、施工设备选购及改造
奴尔水利枢纽位交通条件有限，附近无大型骨料加工场，距离最近的碱性骨料加工场98km，本工程采用非碱性骨料作为沥青混凝土骨料，加上本地区多风沙的气候条件，施工设备选购及改造势在必行，这也成为了奴尔水利枢纽工程沥青心墙能否顺利实施的关键。
工程开工后，项目部开始确定选购各种施工设备，并联合公司设备物资部对设备的制造厂家和相同型号的使用单位进行考察和调研，最后确定选用西安路泰机械有限公司的LB-2000型沥青混凝土拌合站。沥青心墙摊铺机选择购买路用沥青混凝土摊铺机，并组织西安路泰科研人员对机器进行改造。改造后沥青摊铺机可以满足沥青混凝土及过度料同时摊铺，现场经过摊铺试验后项目部对摊铺机再次改造，将过渡料摊铺宽度由0.5m改为1.0m，确保摊铺机在施工下层沥青混凝土时，保证平整度。现场摊铺过程中对摊铺机的加热系统及视频对中系统等进行实时观察，随时进行设备的调整等，确保沥青摊铺的顺利进行。
碎石筛分系统承担本工程所需砂石骨料的加工任务，包括天然骨料4种，沥青骨料5种，过渡料1种，共10种骨料。系统选择购买河南洛阳大华重型机械有限公司生产的100t/h的碎石筛分系统。碾压设备选用徐工集团生产的3t自行碾，型号XMR303。
3、沥青混凝土原材料控制
3.1沥青
通过试验，克拉玛依90号沥青及库车90号沥青的主要受检指标均满足SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》中沥青的技术要求。经过组织公开招标，聘请专家评议，最后选用中国石化塔河炼化有限责任公司的90号沥青。
3.2填料
经过试验，本工程选用洛浦县金石矿粉厂生产的填料。
3.3骨料
本地区的骨料为河床天然砂砾石料，天然砂砾石的原料岩石种类众多，形成的原因也比较复杂，经过化学成分检测，工程拟用天然骨料的碱度模数M=0.21，即为酸性骨料。
3.4外加剂
为了提高沥青与酸性骨料的粘附性，目前国内外通常采用在沥青或沥青混合料中添加抗剥落剂的方式。当前国内使用的聚合物抗剥落剂主要有胺类与非胺类抗剥离剂。以胺类居多。但是胺类物质受热易分解，稳定性相对较差。非胺基类抗剥落剂的主要成分是一种表面活性剂，其特点是热稳定性和耐久性较好，抗剥落剂分解温度高达180℃以上。本工程通过调研及试验最后选择江苏苏博特新材料股份有限公司生产的匀强
4、优选配合比，优化施工工艺
现场积极配合长江科学委员会长江科学院的实验研究，提出适用本工程的沥青混凝土配合比。组织相关专家对配合比论证，对施工设备及现场的施工工艺进行指导，为沥青心墙施工做好技术准备。
4.1沥青配合比的优选
沥青配合比直接影响大坝的施工质量，在施工的前期由长江科学委员会长江科学院进行沥青含量、填料用量、级配指数、沥青品种、天然砂砾石破碎比例等对沥青混凝土基本性能的影响试验，并组织国内专家对配合比进行论证，提出初步推荐配合比。施工配合比见表1。
表1 沥青混凝土初步推荐配合比
5、全过程跟踪，保工程质量
新疆奴尔水库工程碾压式沥青混凝土心墙坝主要特点是采用非碱性骨料作为沥青混凝土骨料应用于沥青混凝土施工，是目前国内沥青混凝土大坝的一项技术突破，质量控制更是重中之重。因此项目部在2015年8月工程开工后，从设备（沥青骨料加工系统、沥青混凝土拌合系统）、原材（沥青、矿粉）、碾压试验等全方位进行质量预控。2016年9月沥青混凝土施工中执行以“单元工程为基础、施工工序为环节、拌合站及现场旁站、全过程跟踪”的质量控制办法，严格执行三检制，对各工序采取全员、全过程、全方位的质量旁站，有效控制沥青混凝土心墙的施工质量。
5.1沥青混凝土拌合过程中质量控制
（1）原材料质量控制
沥青在进场时，厂家提供沥青出厂质量检验单，合格证，进场后试验室及时通知监理并进行沥青3大指标抽检。对于不合格沥青立即清场。不同批次的沥青在现场通过3个50t储存罐分别储存。
矿粉、抗剥落剂进场时，质量检测同沥青检测程序。
骨料采用2次筛分，初筛骨料储存于相应的骨料仓（本工程年降雨量小，未采取防雨措施），及时检测初筛的骨料级配等；骨料经过加热烘干后通过拌合站二次筛分，并储存于热料仓中，开仓时及时进行石粉含量（本工程骨料为非碱性，石粉含量≤2%）、温度、超逊径、级配检测，并及时调整配合比。
（2）拌合过程质量控制
1）配合比签发。由质检试验室开仓前根据原材的检测结果提供当日开仓配合比，且必须经现场监理签字。
2）拌合过程控制。由于沥青混凝土拌合由电脑控制，投料顺序、时间均以按照试验设置完成，不得在施工中随意更改。
3）成品料检测。沥青拌合过程中及时对每一盘的成品料进行温度检测，保证出机口温度150～175℃。成品料必须色泽均匀、稀稠一致、无花白料、黄烟等。
5.2沥青混凝土摊铺、碾压过程中质量控制
（1）前期准备及验收。基座混凝土面必须进行人工剁毛，并将表面潮湿部位采用喷灯烘干，处理清理后混凝土表面干燥、无松动石块。冷底子油根据摊铺试验比例2：8进行配制，喷涂均匀、无空白、色泽一致。沥青玛蹄脂按照1:2:2比例配制，在冷底子油完全干燥后摊铺，摊铺后无鼓泡、无流淌，表面平整光滑，与混凝土粘结牢靠。
（2）人工摊铺。摊铺前沿心墙轴线每20m放样一个控制点，然后严格按照控制线进行立模，模板安装必须牢固、不变形、无空隙。摊铺时，卸料要均匀，以减少工人劳动强度。平仓时用铁耙子将沥青混合料摊平，以避免拌和好的沥青混合料分离。
（3）机械摊铺。测量放样同人工摊铺，机械摊铺时中心线应由视频系统对照控制放样轴线。
（4）摊铺及碾压控制。摊铺前必须将基面加热到70℃，且无烤焦现象。入仓及碾压温度严格按照试验结果控制，铺筑过程中尽量减少横向接缝，必须有时，接坡处理坡比为1:3。碾压时严格按照碾压试验成果进行，振动碾无法碾压的边角部位采用手扶振动碾碾压，辅以人工夯实。
5.3冬雨季施工质量控制
（1）雨季施工
根据本工程水文气象资料，年降雨量198mm。当降雨小于5mm时立即用防雨布遮盖，并保证仓面干燥即可。当降雨量大于5mm时立即停止施工。降雨过后对有雨水污染的仓面及时进行烘干，必须保证下层铺筑时仓面干燥。
（2）冬季施工
冬季施工要求混凝土的入仓、碾压温度严格按照试验结果控制，碾压采用多段碾压。具体控制如下：
1）现场混凝土填筑采用边摊铺边碾压边覆盖的方式，覆盖采用帆布加保温棉被。
2）沥青运输车辆车体采用棉被及保温岩棉包裹。
3）沥青摊铺机周边采用悬挂保温棉被保温，每层开仓时沥青卸入摊铺机前采用人工对摊铺机沥青料仓进行烘烤加热，减少沥青入仓温度损失。
4）沥青拌合站采用搭设施工暖棚进行保温。
5）整个沥青施工过程严格按照规范进行，出机口及现场入仓温度尽量保持规范要求的上限。
6）下雪天停止施工。
6、加强质量检测，避免质量隐患
沥青混凝土心墙碾压完成后必须进行质量检测，检测主要内容为现场无损检测、现场取芯样检测和室内沥青混合料抽提、渗透系数、孔隙率、理论最大密度、马歇尔稳定度、水稳定系数等。检测指标见下表。
表 沥青混凝土设计技术要求
6.1抽提试验检测
采用离心式抽提试验仪，将沥青混合料用三氯乙烯（或四氯化碳）重新溶解，测试各成分及各级配含量，用来检验拌合站的配料精度。
6.2容重的无损检测
摊铺完成后的沥青混凝土质量的优劣不能采用层层取样的方式进行，无损检测就成为质量检测的主要手段，并要求每层都要检测。核子密度仪是利用射线散射及反射技术，能迅速测定沥青混凝土容重。
6.3钻芯取样检测
钻芯取样检测是评定沥青混凝土心墙综合质量指标的主要手段，通过钻芯不但能测试孔隙率、容重、渗透系数等指标，还可以检测弯曲、三轴等其他力学指标。正常施工条件下大坝每升高4m，取芯样3个，检测容重、孔隙率。每升高12m，取芯样12～15个，检测各项指标。
6.4孔隙率及渗透系数检测
沥青混凝土孔隙率可分为三种，即芯样孔隙率，室内马歇尔试件的孔隙率和现场无损测试沥青混凝土孔隙率。三个方面的孔隙率可直接反应沥青混凝土的压实性能。
（1）沥青混凝土芯样的孔隙率。沥青混凝土芯样来源于沥青混凝土心墙，其孔隙率能直接反映沥青混凝土的质量。
（2）马歇尔试件的孔隙率。从施工现场取沥青混合料，在室内标准条件下成型制备马歇尔试件，试件孔隙率可代表沥青混合料最佳密实状态，即沥青混凝土可达到的最小孔隙率，可直接反映现场沥青混凝合料的可压实程度。
（3）现场无损测试沥青混凝土孔隙率。现场采用核子密度计测试沥青混凝土的容重，从而计算沥青混凝土孔隙率，其特点是方便、快速，对心墙无损伤。
无损检测可以作为现场沥青混凝土孔隙率检测的主要手段。
（4）渗透系数。沥青混凝土渗透系数与沥青混凝土孔隙率存在明显的关系。可以认为，如果沥青混凝土的孔隙率满足了设计要求，则其渗透系数是完全能够满足设计要求的。
7、结束语
新疆奴尔水库工程沥青混凝土心墙施工突破了非碱性骨料在沥青混凝土中的应用，现场经过试验论证能够满足设计要求。通过设备及施工工艺改进，提高施工效率，确保了施工质量，经过1年多的施工准备及3个月的施工，目前共铺筑93层，月最高上升高度为11m，未出现施工质量问题，对类似缺乏碱性骨料的碾压式沥青混凝土心墙坝的建设中具有推广应用和参考价值，对推动我国采用天然砂砾石料在沥青混凝土心墙坝的发展起到积极作用。
参考文献：
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论文作者:赵锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/18
标签：沥青论文; 混凝土论文; 骨料论文; 孔隙论文; 现场论文; 工程论文; 碱性论文; 《防护工程》2018年第16期论文;