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改进沥青混凝土心墙坝的施工速度提高生产率

来源：作者：发布日期：2008-9-26

摘要：本文论述的是沥青混凝土心墙坝技术，和近期在挪威已完成的大坝工程。侧重于叙述该工程在提高生产率以改进施工速度方面的经验。

关键词：沥青混凝土心墙坝施工速度生产率

沥青混凝土技术应用于水工建筑物的防渗心墙已有40余年的历史，如发电工程，饮用水供水工程、防洪等等。迄今为止，约有80座已建成的沥青混凝土心墙坝。最高的一座是Firstertal土坝（澳地利），总高度为150m，沥青心墙为98m。挪威的Storglomvatr坝，是Svartisen 系统的一部分，设计混凝土心墙最大高度为125m。在国际大坝委员会会刊（1992）专题84中阐明，“沥青心墙可以应用于具有相当高度的大坝”。沥青混凝土的生产和铺设是在严格的技术要求和规定程序中进行热拌合，要获得所需的质量要求，其合易性和韧性是达到所需防渗性能的重要参数。在现有的80个工程中，挪威水利科学院作为沥青施工技术的承包人已经涉及到其中的10个工程。

在一项研究报告中，做为合作伙伴的挪威土木技术学院和科洛维德科科学院，以及由挪威研究院主办的各种与沥青混凝土心墙坝有关的发行物已经在过去的4年时间里进行了研究。工作范围推进了研究工作，也推进了沥青混凝土做为防渗墙的特性文件的编制，可作为设计、施工和质量控制的基础。与其它坝型设计选择相比，沥青混凝土心墙坝已多次被证实是具有竞争优势的技术，并且符合建坝各种技术特性的要求。

在该研究方案中，由Kolovidekke实施了两项实验活动。一项是现场试验，以提高生产率为目的，从而满足大坝总体施工进度的需要。文中提供了数据。另一项是沥青混凝土自愈裂缝特性的试验室模拟试验。这项实验的数据将在其它文章中提供。

1由现场试验获得的结果

1.1方法
沥青混凝土防水层应用于大坝心墙，与大坝的施工同步进行，一层层铺设。有时业主往往非常关注咨询师和总承包人为沥青的施工特别规定的过程，因为这有可能使大坝的总体施工进度延迟（虽然在过去的40年中还没有沥青混凝土心墙结构可使进度延迟的记录）。然而，如果在工程的初期阶段发现这样的问题，可能会影响在大坝的设计考虑中采用沥青心墙防渗。这项研究证实了在必要的情况下，可以显著地提高施工速率，而不增加成本，并保证达到防渗心墙所应具备的质量要求。

目前在正常情况下的技术要求是以实验为基础的控制。其中有一个规定是每20层－30层有4－5天的冷却周期，计划钻取样芯做防渗性能试验。以试验室试验，或以非破坏性试验（核设备）对基本质量进行控制。在该项研究中还没有足够的数据建议可以使用核设备来节省时间。

另外一个普通的技术要求为，每2层20cm使其冷却并加固，以确保下一层的充分压实。而机械设备、生产技术和运行特性，在这几年中已经得到改善，所以这可能是一个适当的时间来考虑各种限制条件。该项研究的目的是研究增加生产率的途径。由增加每日铺设层数量或增加每层铺设厚度来达到目的。

1.2现场试验
采用Veidekke标准ACC铺料机设备，全尺寸试验来完成试验过程。应用标准设计程序。沥青混凝土心墙配比设计为沥青6.7%，贯入度级配等于180，与ASTM D5（美国材料试验学会标准）相一致。骨料是碾碎的岩石，片麻岩或闪岩，符合Fullers级配曲线。填料用量为13％，细骨料拌合是粉碎的骨料（旋流粉尘）和脱水粉碎的石灰岩。铺设和压实过程中沥青的拌合温度在145－160℃。过渡层采用粉碎的岩石，良好级配为0－60mm具有较高的稳定程度，铺设和压实同时进行。

该项研究中提倡一天铺设4层20cm厚（见图1a）。与通常规定的每天2层比较具有加倍的生产率，这样可以达到每天80cm。在仅几小时之内，实施4层的建筑量，可见施工速度提高了，这将在实际工程中加以实施。因此，在对下一层进行压实的时候，最不利的情况是遇到温热并软弱的基础。另一个试验是一天铺设3层，厚度为30cm（见图1b）。每天可铺设90cm。试验在最不利的天气条件下进行。然而，这样的条件与挪威施工季节的正常条件非常相似。在挪威，甚至在较差的天气情况下进行施工，同样可以达到质量要求。这相似于山区条件下的施工经验。第1天（试验A），地面温度为－4℃到4℃（空气温度，拌雨、雪、风）。第二天（试验B），约有相同的条件，地面（空气）温度4－5℃，不拌雨、雪、风。

1.3试验过程
试验程序计划覆盖所有的试样，并控制试验过程，包括试验后期工作，以及研究过程中有关部分的文件编制。在试验过程中对每一配比都进行温度的连续性控制。试样由拌合厂和压实后的心板获取，作为对沥青混凝土拌合物和易性的监控。钻取样芯，做密度和空气孔隙率试验。经5天的冷却周期后，沿试验段每7.5m为一段，如图1a、b所示。（以同样型式做非破坏性试验）样芯由大坝的顶部钻取，约45cm深度。试样顶部约2cm切去，剩余部分切成5cm的段，进行空气孔隙率试验。将试验块从大坝顶部开始编号。

1.4试验结果
试验结果的主要数据示于表1和表2。表1每层厚20cm，表2每层厚30cm。所有的试验结果，包括空气孔隙率含量可以由表1和表2见到（主要的质量指标），都是优秀的，符合沥青混凝土心墙坝要小于3％的质量要求。因此可以看出，在层与层接缝之间的空气孔隙率含量没有明显的偏差。顶部试验块较高的孔隙率将会降低或在下一层的铺设时正常化。没有指明“软弱的基底”对于下一层的压实是否会发生问题。在每日多层铺设情况下，为给心墙的压实提供合理的侧向压力，应用高稳定性材料支持过渡层是适宜的。

参照这些年对沥青混凝土心墙工程的记录和经验，平均孔隙率试验结果主体上较好，并且应该注意到，在实施试验过程中，天气条件并非都适宜。试验过程中全部的注意力自然要放在质量上。然而，可以注意到，试验B段孔隙率比试验A段稍高。这可以解释为铺料机是为20cm厚度而设计，所承受的压力超出了要满足每层30cm厚度的几何学要求能力。如果应用30cm厚度层，建议重新设计沥青层和过渡层，以更好地满足心墙和过渡层的几何学特性。

2结论
增加生产率的研究结果证明，在传统大坝的施工中，沥青心墙ACC大坝不应该成为工程延期的原因，即使是在工程需要加速的情况下。用同样的设备达到较高的生产率，做为可供选择的一种坝型，将使沥青心墙技术更加经济实用。采用非破坏性试验来获得空气孔隙率含量，不能够提供出满意的结果。这就是说，采用4－5天的冷却周期，获得钻取样心，将仍然是空气孔隙率现场试验最可靠的方法。

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