CN107237301B - 高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法，包括：形成下层坝壳料层；将下层坝壳料层压实；以下层坝壳料层为基础，由下至上逐层铺设坝壳料、逐层碾压，形成坝体温度呈场分布的一对砂砾石坝；逐层铺设坝壳料包括：在白天日平均太阳辐射量在4.53×10¹¹‑6.43×10¹¹兆焦耳的条件下，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理；将坝壳料铺设在下层坝壳料层的已松散开的表面上，以便利用铺设的上层坝壳料层覆盖，使下层坝壳料层的温度升高。本发明的方法，利用高海拔地区特定的日照条件，在已铺设的下层坝壳料层上面直接铺设坝壳料，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实，确保施工顺利进行，提高施工效率。

Description

高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法。

背景技术

随着国内水利水电工程建设的快速发展，处理范围、深度、地层结构呈现复杂化、多元化。现有技术中，在进行沥青混凝土心墙坝施工时，常需按照水利水电施工规范进行，如规范里规定：

1、在最低气温大于0℃、风力小于4级、日降水量小于5mm时才能进行施工；

2、在铺设沥青混凝土的过程中，在先铺设的下层沥青混凝土层的表层温度需在70℃以上才可以继续在上面铺设上沥青混凝土层；

3、单层铺设的沥青混凝土层的厚度不能大于25cm；

4、在铺设沥青混凝土后，采用小于1.5t的小型振动碾进行碾压，以保证将铺设的沥青混凝土压实；

5、在进行沥青混凝土心墙坝施工时，需采用碱性骨料，油石比在6.8％-7.1％之间；

6、在进行坝壳料填筑时，当最低气温在-10℃以下时，要停止施工。

按照上述规范，在海拔3000米以上，经常出现日最低气温小于0℃、风力大于4级、日降水量大于5mm的高海拔地区则不能进行沥青混凝土心墙的施工。

但是，由于水利水电工程建设的发展，需经常在高海拔地区作业，这些地区高寒缺氧，空气稀薄，日最低气温甚至小于-20℃，常年风力大于4级，时有小雨雪(日降水量有时大于10mm)，在这些地区，沥青材料与沥青混凝土的组成物理力学性能会受到高原环境因素的影响，所以，需要针对这些地区的实际情况研发出一种既适于当地条件，又确保施工质量与安全、提高施工效率的施工方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法，利用高海拔地区特定的日照条件，在已铺设的下层坝壳料层上面直接铺设坝壳料，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实，确保施工顺利进行，提高施工效率。

为了实现本发明的上述目的，本发明的高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法包括：

通过对高海拔地区库区料场进行砂砾石料取料、沥水处理，获得含水率在4.1％-4.4％之间的用于形成砂砾石坝的坝壳料；

通过将坝壳料铺设在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧的坝址处，形成一对下层坝壳料层；

通过碾压机对一对下层坝壳料层进行碾压处理，以便将下层坝壳料层的坝壳料压实；

以被压实的一对下层坝壳料层为基础，由下至上逐层铺设坝壳料、并逐层碾压，直至形成坝体温度呈场分布的一对砂砾石坝；

其中，所述逐层铺设坝壳料包括：

在夜间温度小于0℃、白天日平均太阳辐射量在4.53×10¹¹-6.43×10¹¹兆焦耳的条件下，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理，使其已冻结的表面松散开；

将上层坝壳料铺设在下层坝壳料层的已松散开的表面上，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实；

其中，所述高海拔地区是指海拔3000米以上的地区。

其中，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理时，使距所述下层坝壳料层的表层深度为18-20cm的坝壳料松散。

其中，每层铺设的坝壳料的厚度为60-80cm。

其中，在逐层铺设坝壳料时，通过一次性同时铺设的方法，在一对坝壳料层之间逐层铺设沥青混凝土和过渡料。

其中，若风力大于4级时，形成用于降低风速的凹谷地带，以便在风力小于4级的凹谷地带内铺筑沥青混凝土和过渡料。

优选的，形成用于降低风速的凹谷地带包括：

通过在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧预铺坝壳料，形成突出于基座表面的一对坝壳料基层，以便一对坝壳料基层与基座表面之间围成用于减小风速的所述凹谷地带。

其中，所述坝壳料基层的侧壁与竖直方向具有大于0°的倾斜角。

优选的，所述坝壳料基层的侧壁与竖直方向之间的倾斜角为30°-45°。

优选的，所述坝壳料基层相对所述基座的高度为8m-10m。

其中，逐层铺设沥青混凝土，采用根据已铺设沥青混凝土层的温度进行沥青混凝土铺设的方法。

综上所述，与现有技术相比，本发明的高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法的有益效果体现在以下方面：

1、本发明的方法，可在已铺设并冻结的下层坝壳料层上继续铺设坝壳料，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实，从而形成由下至上坝体温度呈场分布的砂砾石坝，减少低温环境对施工的影响，提高施工效率，且形成的砂砾石坝密实，抗渗透性好。

2、本发明的方法，针对高海拔地区经常有风且风力较大的特点，在施工时营造出可以减小风速的凹谷地带，使沥青混凝土和过渡料可以在风速较小的环境下进行，从而利于施工的顺利进行，提高施工效率。

3、本发明的方法，对沥青混凝土和过渡料一次性同时铺筑，铺筑效率高，铺筑后采用三台碾压机同步碾压，提高碾压效率，降低摊铺后的沥青混凝土的热量散失速度，当在其上面摊铺上一层沥青混凝土时，不需将已摊铺的沥青混凝土表面加热，即可直接在其上面直接摊铺沥青混凝土，从而减少施工工序，极大提高施工效率；

4、本发明的方法，在沥青混凝土和过渡料铺筑后，采用三台重型碾压机以品字形布局的方式对铺筑后的沥青混凝土和过渡料进行同步碾压，缩短碾压时间，降低碾压后沥青混凝土的孔隙率，降低摊铺后的沥青混凝土的热量散失速度，使过渡料与沥青混凝土接合面处结合更好；

5、本发明的方法，在进行沥青混凝土铺设的过程中，既使已铺设的下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃，也可以将待铺设的沥青混凝土直接铺设在下层沥青混凝土层上面，无需对下层沥青混凝土层进行预加热，极大提高施工效率，减少施工成本，缩短施工周期。

6、本发明的方法，当已铺设的下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃时，通过已铺设的下层沥青混凝土层的温度数据，确定待铺设的沥青混凝土的出机口温度、摊铺温度等，并根据确定的温度值对沥青混凝土的拌合、摊铺等过程进行调整，从而可将待铺设的沥青混凝土直接铺设在下层沥青混凝土层上面，并通过当前铺设的沥青混凝土融掉下层沥青混凝土层的表层，使两层沥青混凝土层直接对接，两层沥青混凝土层之间无结合分层面，确保形成的沥青混凝土心墙坝的各参数及强度符合甚至超过规范要求。

7、本发明的方法，在铺设沥青混凝土的过程中，把已铺设的沥青混凝土的表层和深层的温降与外部气候条件联系起来，并根据温度数据指导上层沥青混凝土的铺设，从而避免规范中表层温度小于70℃时必须对下层沥青混凝土层进行烘烤以预加热的问题，提高施工效率。

8、本发明的方法，在沥青混凝土心墙坝施工的过程中，将已铺设的沥青混凝土在不同条件下的温度数据与待铺设沥青混凝土的出机口温度、摊铺温度、碾压前后温度等融合在一起，形成沥青混凝土心墙施工的施工数据库，从而可为将来在高海拔地区进行沥青混凝土心墙的施工提供有力指导与支持，对类似项目起到积极推动作用。

以下，结合各附图对本发明实施例进行描述。

附图说明

图1是本发明高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法的流程图；

图2是本发明的沥青混凝土心墙坝的底部局部示意图；

图3是本发明的沥青混凝土心墙的温度场效应图；

图4是本发明形成的凹谷地带的示意图；

图5是本发明在凹谷地带铺设沥青混凝土和过渡料的流程图；

图6是本发明对开采的砂砾石料进行上坝试验时的碾压前后的砂砾石坝壳料级配曲线图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法的流程图，由图可知，本发明的方法包括：

通过对高海拔地区库区料场进行砂砾石料取料、沥水处理，获得含水率在4.1％-4.4％之间的用于形成砂砾石坝的坝壳料；

通过将坝壳料铺设在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧的坝址处，形成一对下层坝壳料层；

通过碾压机对一对下层坝壳料层进行碾压处理，以便将下层坝壳料层的坝壳料压实；

以被压实的一对下层坝壳料层为基础，由下至上逐层铺设坝壳料、并逐层碾压，直至形成坝体温度呈场分布的一对砂砾石坝；

其中，所述逐层铺设坝壳料包括：

在夜间温度小于0℃、白天日平均太阳辐射量在4.53×10¹¹-6.43×10¹¹兆焦耳的条件下，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理，使其已冻结的表面松散开；

将上层坝壳料铺设在下层坝壳料层的已松散开的表面上，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实；

其中，所述高海拔地区是指海拔3000米以上的地区。

具体的，在海拔3000米以上的高海拔地区，大部分地区山高谷深、地形地貌多样、地层岩性复杂、覆盖层深厚、交通运输条件差。整体高海拔地区植被稀少、空气稀薄，气压较低、氧气较少，气温低、昼夜温差大(温差常大于20℃)，经常会出现日最低气温在0℃至-20℃之间、风力大于4级、日降水量大于5mm的情况，白天太阳辐射强烈，夜晚相对寒冷，气象条件极为复杂，水文地质环境恶劣，属于地质灾害频发和地震多发区。若完全按规范要求，则不能进行沥青混凝土心墙坝的施工，因此，为了适应这种气候条件，本发明采用如下方法进行施工。

S01、通过对高海拔地区库区料场进行砂砾石料取料、沥水处理，获得含水率在4.1％-4.4％之间的用于形成砂砾石坝的坝壳料

由于高海拔地区的库区料场主要集中在河道与道路之间，本发明采用分期剥离的方法进行，剥离料用2m3液压挖掘机，配合162kW推土机装25t自卸车运输至弃渣场和表土堆放场。表土剥离后，再分区逐层向下取料，每层取料采用台阶法进行，取料厚度不超过3m。为了多区同时取料，可在沿河道一侧布置一条宽6m的施工道路，施工道路修建前，先剥离道路区的表层土，然后在进行碾压或回填平整，以便于后期道路下部料开采上坝，道路贯穿至分部的各个区域，进行同时取料。在道路修建后，为了降低砂砾料场的地下水，则对河道进行及时疏通，并将其下降2～3m，以保证河道水位顺畅流出即可。

水上料开采后，河道内及河道底部还有大量的砂砾料。为此，在水上料开采时，根据地下水情况，尽量将河岸取料区降低，然后开挖深和宽均为3m的沟槽，在枯水期将上游河道改建与河岸取料沟槽连接，引入导流明渠内。

经河道改建后测量，新改建的河道比原河道低4m左右，而原河床下的地下水渗漏较慢，施工中根据划分的区段，开挖横向排水沟，将地下水分段截断并引流到新建河道内。另外，部分区段还根据地质情况和取料情况，设置纵向排水沟与横向排水沟连接，以便于顺畅排走地下水。当取料低于新建河道时，则在取料区深挖集水坑，将地下水进行定点集中抽排到明渠内，每个点布置不少于2台，当水量较大时，设置多点抽排。取料后主河道低于明渠高程时，则在主河道与明渠交叉部位安设4台75Kw的大量程水泵集中抽排到导流洞内。

由于水下料含水量大，含泥量较水上料大，受长期在水下浸泡的影响，砂砾石料中的含泥质颗粒与含砂质细颗粒混合与砂砾石粗颗粒料结合，较致密，渗透性差，晾晒后表面产生硬固板结，阻止了内部含水量往外的渗流，而产生表面干硬板结，内部含水率大的主要原因。为此，在库区料场取料过程中，如何解决水下料是最大的难度问题。本发明在施工中采取如下措施进行控制：

1)根据有关工程施工经验，水下料开采采用立采(也可根据现场实际情况开采)开挖的施工措施，开挖设备采用3m3大型挖掘机，配合现场装载机和运输车辆开采运输上坝。同时根据不同取料区域，分段利用大方量液压挖掘机将水下料开挖到固定区域集中晾晒。

2)根据水下砂砾石料开采的时间规划及坝料填筑进度量，将砂砾石料场按纵向平均分做几个作业区，横向方面先开挖沟槽引排，加速现场水下料排水，分层台阶立面条带开采。

3)在现场进行沥水试验，经取得试验数据后按沥水实验室数据要求进行沥水，使含水率在4.1％-4.4％之间，然后再用2m3液压挖掘机装自卸车运输上坝。

4)为确保水下砂砾石料的开采质量，有利于沥水的要求，分层台阶法立面条带开采以每层开采厚度2m，条状以20m宽控制取料。为了取得良好的循环施工，提高功效，装载运料同样从各个作业区的起点开始，以便完成第一条带，再进行第二条带的取料。

5)在大坝填筑料源降低含水率的同时，在坝面上也采取堆铺、分区翻晒和填筑碾压的措施，即将大坝填筑分为IV个区域，当一个区在堆料晾晒沥水时，一个区在翻晒摊铺，一个区在进行碾压，再一个区在进行缺陷处理。

6)取料过程中，现场技术人员及实验人员加强现场料源质量控制检查，取样试验等，发现有较差的料，严禁开采，对可开采的料，不定期划分区域取料。发现取料区域质量不符合要求，立即更换取料区域。确保上坝料的质量。

若库区料场在取料中有大部分较大的孤石群，则需要进行解爆后才能进行继续取料。为此，在施工中采用风钻钻孔，静态膨胀剂爆破法解爆，破碎锤解小的措施进行破碎到30～40cm。破碎的块石料质地坚硬，储量大，抗压强度满足设计块石料的要求，将其完整质好的料堆存，用于大坝上下游贴坡排水体的施工。而部分菱角不均匀质差的料与坝料混合填筑于大坝上。

S02、在获得天然含水率在4.1％-4.4％之间的坝壳料后，先对开采的砂砾石料进行以不同施工参数进行相应碾压试验，即铺料厚度(60cm和80cm)、碾压遍数(6遍和8遍)及加水至(4.2％、6.2％和9.5％)，其中含水率为4.2％时为天然不加水情况。现场试验前，先进行室内试验，根据室内试验成果再进行现场组合试验，经测砂砾石料最大干密度为2.36g/cm³，最小干密度为1.95g/cm³，天然含水率为4.1％～4.4％，土石料的颗粒级配符合设计要求，铺料分别选用进占法和倒退法，试验组合情况见表1。

表1碾压试验组合情况表

试验过程中主要进行了压实干密度、碾压层表面沉降、碾压后土料颗粒级配分析等试验。在试验区布置沉降量测控点测量压实沉降量值，并计算出同一试验单元的平均沉降率。碾压后灌水法取样测定压实密度，碾压后，一个试验单元挖取2个试坑内的填料作为填筑料样品，测定其含水量、干容重、填料级配，用灌水法测定其干密度，计算出相对密度。按规范要求，每个试坑直径为1.6m，深度为试坑所在试验组填料压实后的填土厚度，实测压实后填筑料含水量控制误差≤1％；一个试验单元的压实密度以2个所取样品的平均值作为最终值。坝壳料碾压试验数据结果统计见表2。

表2碾压试验数据结果统计表

从上表可以看出，随着铺料厚度的增加，压实干密度有所下降，总的趋势是铺料越薄，压实后干密度越大，对于本次试验而言，铺土厚度对压实效果的影响尚符合常理。当铺层厚度相同时，随着碾压遍数的增加，压实干密度也随之上升。不同铺厚时，填铺土厚度越大，沉降量越大；相同填铺厚度和碾压遍数时，含水率(一定范围内)越大，沉降量越小。

为对比碾压前后砂砾石坝壳料级配变化情况，试验过程中对砂砾石坝壳料进行了级配分析，从分析结果中可知，不同填厚度、不同碾压遍数时坝料的颗粒级配曲线与料场原始级配曲线都比较接近，可以判定，在碾压施工过程中，坝料未发生明显破碎。这种规律与砂卵石料颗粒圆滑、坚硬、不易破碎的特点相一致，而且各级配曲线都在技术要求坝壳料颗粒级配包线范围内，进一步核实了料场坝壳料的质量满足设计要求。颗粒级配分析曲线见图6。

通过生产性碾压试验成果分析，并综合考虑压实沉降量结果、碾压遍数与干密度的变化趋势，选择、确定坝壳料的填筑施工工艺。在满足技术标准要求的同时，综合考虑施工功效，保证施工质量，本发明采用最终的施工工艺为：松铺厚度80cm、加水0％(即天然含水率4.1％～4.4％)、碾压8遍(静压2遍+振压6遍)作为现场施工控制参数，碾压方法为进退错距法(碾轮宽/碾压遍数)。

根据试验确定坝壳料的填筑施工工艺后，通过运输车辆将天然含水率4.1％～4.4的坝壳料铺设在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧的坝址处，形成一对下层坝壳料层。铺设时，采用进占法铺料，铺料中利用挖机将含水率大的和含水率小的坝壳料进行拌合，然后再用推土机推平。

S03、通过碾压机对一对下层坝壳料层进行碾压处理，以便将下层坝壳料层的坝壳料压实；

将天然含水率4.1％～4.4％的坝壳料铺设在坝址处并整体推平形成一对下层坝壳料层后，采用22吨的碾压机进行碾压，先静压2遍，再振压(振动碾压)6遍，碾压后进行试验和缺陷处理合格，以达到下一层坝壳料填筑的要求。

S04、以被压实的一对下层坝壳料层为基础，由下至上逐层铺设坝壳料、并逐层碾压，直至形成坝体温度呈场分布的一对砂砾石坝。

在高海拔地区的夜间温度小于0℃，有时白天温度也很低，日照时间短，而由于坝壳料里含有一定的水分，在铺设完一层后，可能第二天或几天后才能再继续铺设，导致已铺设的下层坝壳料层发生冻结，或者，由于温度低，当天铺设完之后就会冻结，在这种情况下，为确保施工能顺利进行，本发明采用如下方法进行逐层铺设。

每当下层坝壳料层碾压完成后，在白天日平均太阳辐射量在4.53×10¹¹-6.43×10¹¹兆焦耳的条件下，对下层坝壳料层的已冻结表面通过碾压机碾压(可振碾2遍)的方法，使距已铺设的下层坝壳料层的表层深度为18-20cm的坝壳料松散；然后，将上层坝壳料快速铺设在下层坝壳料层的已松散开的坝壳料表面上，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，以及太阳能和已铺设的沥青混凝土向外扩散的热量的综合作用下，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实。

采用上述方法逐层铺设，始终在在前铺设的下层坝壳料层中储存的热能的热传导作用下，使下层坝壳料层及覆盖在下层坝壳料层上的上层坝壳料层之间结合密实的方法，确保坝壳料铺设可以在低温情况下持续进行，解决现有技术中已铺设的坝壳料表面冻结就只能停止施工、影响施工周期的问题。且铺筑形成的砂砾石坝的坝体内部温度呈场分布，即，坝体内部的温度，由下至上温度逐渐降低。

具体的，在采用坝壳料填筑的过程中，由于先期铺筑的坝壳料层中储存一定的热能，热能可以传导至上层坝壳料层，随着坝壳料层的逐层铺设，会将热能由下向上传导，使填筑形成的多层坝壳料层具有一定的热容量，使冻结的冰会在热能的作用下消融，从而在热传导的作用以及太阳能和已铺设的沥青混凝土向外扩散的热量的综合作用下，使多层坝壳料层结合密实，进而使得最后铺筑成的坝体的温度呈现下高上低的场分布趋势，而整个沥青混凝土心墙坝呈现以沥青混凝土为中心的中间高、两边低的趋势。

此外，由于本发明的坝壳料具有一定含水率，因此，在将坝壳料铺设在下层坝壳料层上时，无需采用现有技术中的必须在已铺设的下层坝壳料层上面洒水的步骤，因此节省工序，节省施工成本。

其中，本发明在逐层铺设坝壳料时，还通过一次性同时铺设的方法，在一对坝壳料层之间逐层铺设沥青混凝土和过渡料。

而由于高海拔地区的风力通常在4级以上，若按规范不能进行沥青混凝土心墙施工，为了避免这种情况发生，本发明在施工过程中，还采用通过坝壳料层形成可以降低风速的凹谷地带的方法保证沥青混凝土和过渡料等材料的铺设进度。

具体的，若风力大于4级时，通过坝壳料层形成用于降低风速的凹谷地带，以便在风力小于4级的凹谷地带内铺筑沥青混凝土和过渡料。优选的，形成用于降低风速的凹谷地带包括如下步骤：

A1、在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两旁较远侧先按如上所述方法预铺坝壳料，以便形成突出于基座表面的一对下层坝壳料层，使一对下层坝壳料层与基座表面之间围成用于减小风速的凹谷地带。

其中，在预铺坝壳料形成一对下层坝壳料层时，下层坝壳料层的侧壁与竖直方向应具有大于0°的倾斜角，优选的，下层坝壳料层的侧壁与竖直方向之间的倾斜角在30°-45°之间，且倾斜方向是由下至上朝着远离基座的方向，预铺下层坝壳料层时，使下层坝壳料层相对基座上表面的高度为8m-10m左右，从而可使一对下层坝壳料层与基座表面之间围成一个凹谷地带，该凹谷地带内的风速小于位于下层坝壳料层上方的谷外的风速。

A2、在形成可以减小风速的凹谷地带后，以一对下层坝壳料层及基座为基础，在一对下层坝壳料层及基座的上方逐层同步铺筑对应材料，以便在两侧坝壳料的遮挡下，凹谷地带内铺设的所有材料始终在风速较小的环境中进行，直至形成相邻层间无结合面的沥青混凝土心墙。

其中，同步铺筑对应材料包括：在一对下层坝壳料层上继续铺设坝壳料，以形成砂砾石坝的同时，在基座上一次性铺筑沥青混凝土和过渡料，以便在基座上形成沥青混凝土层和位于沥青混凝土层两侧的一对过渡料层，与此同时，在过渡料层与对应的下层坝壳料层的侧壁之间同步铺设过渡坝壳料，以便形成过渡坝壳料层。

重复上述同步铺筑对应材料的步骤，逐层向上铺设沥青混凝土、过渡料、过渡坝壳料、及坝壳料后，最终形成如图4所示的中间为沥青混凝土、沥青混凝土两侧为过渡料、过渡料外侧为过渡坝壳料、过渡坝壳料外侧为坝壳料的沥青混凝土心墙，且该沥青混凝土心墙由下至上的各相邻层间无结合面，结合密实。

下面，对在本发明营造的局部气候中进行沥青混凝土和过渡料的施工的方法进行描述，施工的流程图如图5所示。

B1、原材料的准备

制备以高海拔地区的当地砂砾石为骨料的沥青混凝土和过渡料。

现有技术中，土石坝心墙沥青混凝土通常要求碱性骨料，如石灰岩和白云岩。因沥青呈酸性，这样在沥青混凝土热拌和过程中，沥青与碱性骨料的结合不仅是表面物理结合，而且结合面会发生化学反应，可增强沥青和骨料的黏附力。然而在一些高海拔地区的坝址区，由于其地理、气候等特点，在合理的经济运输距离范围内，不能找到碱性岩石料源，当地只有天然的砂砾石料或酸性岩石，如花岗岩和石英岩。而为确保施工工程的顺利开展，需考虑采用当地砂砾石作为骨料的情况。

本发明正是基于上述原因，采用当地料场具有的砂砾石作为原料，将砂砾石进行破碎处理得到所需的沥青混凝土的骨料。其中，本发明的沥青混凝土中包括粗骨料、细骨料、填料和沥青。

在对当地砂砾石料破碎筛分后，得到19～16、16～13.2、13.2～9.5、9.5～4.75和4.75～2.36mm、2.36mm～0.075mm粒径6级矿料，其中，粗骨料选用粒径为19～16、16～13.2、13.2～9.5、9.5～4.75颗粒的五级配比，细骨料选用粒径为4.75～2.36mm的颗粒，填料采用石灰岩矿粉，沥青采用克拉玛依70号A级沥青。

通过对粗骨料进行密度及吸水率试验、与沥青的黏附性试验、坚固性试验、抗热性试验以及压碎率试验，鉴定表明，砂砾石料总体呈碱性，其质地坚硬，在加热过程中未出现开裂、分解等现象，破碎砂砾石料和天然砂砾石料总体与沥青黏附力强，坚固性好，质量基本满足SL501《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》规定的沥青混凝土粗骨料的技术要求，因此，当地砂砾石可作为沥青混凝土心墙的粗骨料。

通过对细骨料进行表观密度、吸水率、水稳定等级、坚固性、<0.075mm颗粒含量以及含泥量测定，表明细骨料各项指标均满足规范要求，可作为凝土心墙的细骨料。

而本发明的粗骨料、细骨料、填料的质量百分比范围为：53:30:17-55:32:13，油石比为6.7％-7.3％。优选的，粗骨料、细骨料、填料的质量百分比为：54.6:31.4:14，油石比为6.8％。

制备以当地砂砾石为原料的过渡料，过渡料的颗粒粒径不大于8cm。

其中，在制备沥青混凝土过程中，现有相关规范规定的沥青混凝土的拌和温度见下表3。

表3沥青混凝土的加热温度(℃)

而本发明的沥青混凝土的拌合温度需要根据当地铺筑情况进行实时调整，在拌制沥青混凝土时，先将骨料和填料干拌15s，再加入热沥青拌和。沥青混凝土的拌和时间应不少于45s。沥青混凝土应色泽均匀，不离析，无花白料。

其中，过渡坝壳料层与下层坝壳料层上面铺设的坝壳料层最终形成砂砾石坝，即，过渡坝壳料与坝壳料采用同样的材料，均是以当地砂砾石为原料，颗粒的最大粒径不超过40cm。坝壳料每次铺设厚度为60-80cm。

B2、在营造的凹谷地带中，同步铺设沥青混凝土、过渡料、过渡坝壳料，与此同时，在下层坝壳料层上同步铺设坝壳料。

其中，本发明心墙坝的底部局部示意图如图2所示，包括：位于底部的混凝土防渗墙6，设置在混凝土防渗墙6上部两侧的混凝土底板5，设置在混凝土底板5上方的沥青混凝土基座4，铺摊在沥青混凝土基座4上方的上窄下宽的沥青混凝土心墙1，其中，在沥青混凝土基座4的上表面和下表面分别摊铺有砂质沥青玛蹄脂3。

其中，在按图2所示的结构铺摊完沥青混凝土基座4后，需对沥青混凝土基座4的用于与沥青混凝土心墙1连接的连接面进行处理，具体如下：

1、对连接面进行除尘处理，使连接面干净、干燥，无灰皮。

2、在连接面上喷涂涂底材料，要求喷涂均匀，如涂刷沥青涂料，用量约0.15～0.20kg/m²。沥青涂料可以是热沥青或稀释沥青或阳离子乳化沥青；或者喷稀释沥青，稀释沥青可用汽油或煤油或柴油与沥青溶化、搅匀而成。

3、待喷涂表面干燥后，在喷涂表面摊铺2cm厚的砂质沥青玛蹄脂3。

在对沥青混凝土基座4的连接面处理完毕之后，进行量放线操作并固定定位金属丝，然后采用具有三个料斗的摊铺机进行铺筑。

本发明采用的摊铺机具有位于中间的用于摊铺沥青混凝土的混合料斗，在混合料斗的两侧分别设置一对用于铺筑过渡料的过渡料斗，在沥青混凝土制备好之后，将沥青混凝土、过渡料分别装卸在对应的料斗内后，摊铺机行走，一次性地将沥青混凝土和过渡料同时铺筑在沥青混凝土的基座上方，从而在基座上方形成沥青混凝土层和位于沥青混凝土层两侧的一对过渡料层，该层沥青混凝土层和一对过渡料层分别为沥青混凝土心墙坝的最底层。

其中，本发明在铺设沥青混凝土层和一对过渡料层时，每次铺设的厚度可大于37cm、小于或等于40cm(以便碾压后的厚度大于30cm、小于或等于34cm)，超出现有规范的最大不超过25cm的厚度，因此可以极大提高铺设速度，也利于铺设后的下沥青混凝土层的保温。

在最底层的下层沥青混凝土层和下过渡料层铺设摊平后，采用超出现有规范标准的碾重大于2吨的三台碾压机以品字形分布对沥青混凝土层和一对过渡料层进行同步碾压，以使终碾后的沥青混凝土的平均孔隙率小于2％。与此同时，采用22吨的碾压机对过渡坝壳料和坝壳料进行碾压。

其中，品字形同步碾压是通过使碾压下层沥青混凝土层的碾压机在前、用于碾压一对下过渡料层的一对碾压机在后，三台碾压机同时向前行走碾压的方法实现。

现有规范里规定沥青混凝土摊铺后只能采用1.5吨以下的轻型碾压机进行碾压，但由于本发明采用的沥青混凝土的油石比为6.8％，且采用五级连续配，因此，在沥青混凝土摊铺后，本发明可使用超过2吨以上的碾压机进行碾压，且在碾压过程中不会出现陷碾、粘碾现象，极大提高碾压速度，降低沥青混凝土铺设后热量的散失速度。

优选的，本发明可采用三台2.2吨的碾压机对下层沥青混凝土层和下过渡料层进行同时品字形碾压，也可以采用中间为2.2吨、两侧为2.6吨的三台碾压机进行品字形碾压。

在碾压过程中，沥青混凝土初碾温度控制在130℃～160℃，终碾温度不低于110℃，若摊铺温度过高，摊铺后可静止一定时间后方可进行碾压。振动碾行走速度控制在20m/min～30m/min。与岸坡结合部位及振动碾碾压不到的边角或斜坡部位，采用小型人工夯夯实。夯实标准是以沥青混凝土表面“返油”为止，同时防止因夯实方法不当导致骨料破碎。

碾压沥青混凝土时，碾压机械不得突然刹车，或横跨心墙碾压。采用错位碾压方式，每次错位半碾宽，从左到右或从右到左的顺序依次碾压。

沥青混凝土心墙的铺筑，沥青混凝土和过渡料从最低处开始向上层逐层铺筑，与此同时，过渡坝壳料填筑也与沥青混凝土和过渡料平起平压均衡施工，整体心墙全线均衡上升，使全线尽可能保持同一高程，尽量减少横向接缝。而坝壳料在下层坝壳料层的基础上同步向上铺筑，使得两侧的一对坝壳料层始终会与沥青混凝土和过渡料、过渡坝壳料的上表面之间围成凹谷地带，即，使得沥青混凝土和过渡料、过渡坝壳料的铺设一直在风速低于外界风速的环境中进行，而收尾铺平的工作可以在风力小的天气进行，或者在坝壳料铺设的高度接近心墙要求时，降低坝壳料铺设速度，以便最后沥青混凝土、过渡料、过渡坝壳料、坝壳料基本维持同一高程。

当整体心墙在铺筑过程中出现横向接缝时，接合坡度一般做成1：3的坡，上下层横缝错开2m以上。振动碾压实时，横向接缝处重叠碾压30～50cm。在心墙两侧2m范围内，不得使用10t(10吨)以上的大型机械作业，避免心墙局部受震畸变或破坏，如果不得不使用，需确定心墙铺筑后多长时间才能碾压，碾子激振力大小等，以防心墙局部受震畸变或破坏，各种机械不得直接跨越心墙。振动碾上的粘附物应及时清理。

本发明采用三台碾压机呈品字形分布的方式同时对铺设好的沥青混凝土层和过渡料层进行碾压，避免现有技术中沥青混凝土层和过渡料层非同时碾压时，出现碾压过渡料层时使沥青混凝土层发生位移或畸变的情况，使得碾压后的沥青混凝土层和过渡料层的交接处交接良好，过渡料层可以为沥青混凝土层提供支撑作用，减少沥青混凝土在碾压中的损耗。本发明对铺设好的沥青混凝土层和一对过渡料层进行品字形碾压时，可以采用振碾的方法先碾压6-8遍，再静碾2遍；也可以采用先静碾2遍，再振碾6-8遍，再静碾2遍的方法，碾压的方法与次数根据每次摊铺的沥青混凝土的摊铺温度确定，但无论采用哪种碾压方法，终碾后的沥青混凝土的平均孔隙率均可小于2％。而对过渡坝壳料和坝壳料采用振碾的方法先碾压6-8遍，再静碾2遍，确保坝面碾压到位，不漏碾。

其中，本发明逐层铺设沥青混凝土，采用根据已铺设沥青混凝土层的温度进行沥青混凝土铺设的方法，具体的，在每层的对应材料铺设完并碾压之后，还采用温度控制的方法，定时检测已铺设的下层沥青混凝土层的温度，并根据该温度指导在上面摊铺的上层沥青混凝土的摊铺过程，具体如下。

步骤1、在下层沥青混凝土层铺设完之后，检测下层沥青混凝土层的温度以获得温度数据

在将下层沥青混凝土层铺设完、每次碾压之后，定时对下层沥青混凝土层的表层和表层以下的各间隔层进行温度检测，以便获得下层沥青混凝土层的表层和各间隔层在铺设后的定时温度数据。

其中，对下层沥青混凝土层的表层和表层以下的各间隔层进行温度检测包括：

沿着下层沥青混凝土层的深度方向将下层沥青混凝土层划分为多个间隔层；

沿着每个间隔层的径向设置多排检测点，每排检测点包括沿该间隔层轴向排布的多个检测点；

在每次对下层沥青混凝土层进行碾压后，对多个检测点分别进行温度检测。

对每个间隔层的多排检测点进行温度检测之后，获得下层沥青混凝土层的表层和表层以下的各间隔层在铺设后的定时温度数据。

其中，本发明的各间隔层之间的间距可以为4-6cm，优选的，各间隔层之间的间距为5cm，即，每隔5cm设置一个间隔层，并在该间隔层上设置多个检测点。

获得下层沥青混凝土层的表层和各间隔层的定时温度数据后，对表层和各间隔层的多排检测点的温度数据分别进行先求和、再平均取值的处理，以便获得关于下层沥青混凝土层铺设后的表层和各间隔层在不同位置及不同时刻的温度数据。

在检测下层沥青混凝土层的温度并获得温度数据之后，还在对下层沥青混凝土层进行碾压的过程中，实时检测当地气温、风力及降水量，以便获得实时天气数据，并将获得的实时天气数据与下层沥青混凝土层的温度数据进行集合处理，以便获得用于指导高海拔地区沥青混凝土心墙施工的施工数据库。

步骤2、在获得下层沥青混凝土层的温度数据后，根据温度数据，若数据表明下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃，则确定将在下层沥青混凝土层上面铺设的待铺设沥青混凝土的出机口温度及摊铺温度。

在获得下层沥青混凝土层的温度数据后，若数据表明下层沥青混凝土层的表层温度大于或等于70℃，则直接按照铺设下层沥青混凝土层时的温度将待铺设的沥青混凝土铺设在下层沥青混凝土层上。

需要说明的是，由于高海拔地区的海拔高、温度低，因此，在摊铺下一层沥青混凝土层后，沥青混凝土层的温降很快，通常摊铺碾压完之后，已摊铺的下层沥青混凝土层的表层温度都会很快低于70℃，在此情况下，若按照规范规定，必须对下层沥青混凝土层进行烘烤加热处理，但由于地理、气候等条件的限制，这样会无法完成施工，因此，本申请的发明人在长期研究工作中提出本发明的如下方法，即在下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃时，采用下述方法继续摊铺沥青混凝土：

首先，根据获得的下层沥青混凝土层的表层及各间隔层的温度数据后，获取下层沥青混凝土层的表层、间隔层的温降变化；

然后，根据温降变化，确定将在下层沥青混凝土层上面铺设的待铺设沥青混凝土的出机口温度及摊铺温度。

其中，本发明的中间层是指距表层8-12cm之间的间隔层，优选的，当相邻间隔层的间距为5cm时，中间层采用距表层10cm处的间隔层。

优选的，根据温降变化，确定将在下层沥青混凝土层上面铺设的待铺设沥青混凝土的出机口温度及摊铺温度包括如下步骤：

若下层沥青混凝土层的表层温度在40℃-70℃之间、表层与中间层的温降小于或等于30℃，即，当表层温度大于或等于40℃，中间层温度大于或等于70℃时(即距表层10cm处的间隔层与表层之间的温降小于或等于30℃时)，则确定出将在下层沥青混凝土层上面铺设的待铺设沥青混凝土的出机口温度为150℃-170℃，摊铺温度为140℃-150℃；

若下层沥青混凝土层的表层温度小于40℃、表层与中间层的温降小于或等于30℃，即，当表层温度小于40℃，中间层温度小于70℃，但表层与中间层(即距表层10cm处的间隔层)的温降小于或等于30℃时，则确定出将在下层沥青混凝土层上面铺设的待铺设沥青混凝土的出机口温度为160℃-185℃，摊铺温度为150℃-165℃；

若下层沥青混凝土层的表层温度小于40℃，且其表层与距表层5cm-6cm处的间隔层(优选的，本发明采用距表层5cm处的第一个间隔层)之间的温降大于30℃，则对下层沥青混凝土层进行预加热处理，以提高下层沥青混凝土层的表面温度，然后在下层沥青混凝土层上面铺设沥青混凝土。

进一步的，在根据温降变化确定出待铺设沥青混凝土的出机口温度和摊铺温度之后，还可以根据温降变化，相应确定出在下层沥青混凝土层上面铺设的沥青混凝土层的碾压前的温度(即初碾温度，不小于130℃)，以便在沥青混凝土层温度大于碾压前温度时，对其进行碾压。

步骤3、当采用上述步骤确定出待铺设沥青混凝土的出机口温度之后，对待铺设的沥青混凝土的拌合温度进行调节，以便从拌合楼的出机口处输出的沥青混凝土的温度达到出机口温度。

步骤4、在从拌合楼的出机口处输出的沥青混凝土的温度达到出机口温度后，将从拌合楼里输出的待铺设沥青混凝土运送至下层沥青混凝土层处，并将待铺设沥青混凝土以上述步骤中确定出的摊铺温度直接铺设在下层沥青混凝土层上面，以便通过当前铺设的沥青混凝土覆盖并加热下层沥青混凝土层、将下层沥青混凝土层的表层融掉，从而形成与下层沥青混凝土层对接的结合处无分层面的上沥青混凝土层(铺设沥青混凝土时，同时一次性铺设过渡料)。

采用本发明方法最终形成的由多层沥青混凝土层构成的、每相邻两层之间无结合分层面的沥青混凝土心墙，其温度由下至上呈场效应变化，温度场效应变化可结合图3所示说明。

图3中所示，为沥青混凝土心墙坝的第N层沥青混凝土和过渡料、在第N层上面摊铺的第N+1层的沥青混凝土和过渡料的纵截面示意图，其中，A1-AM分别为第N+1层沥青混凝土层的表层及各间隔层的位于轴线上的各点，B1-BM，C1-CM分别为第N+1层的沥青混凝土层与其两侧的过渡料层的交接处的各点，AN、BN、CN分别为第N层的沥青混凝土层的轴线上的点和位于沥青混凝土层两侧的过渡料层上与其交接的点。

采用本发明的方法进行沥青混凝土的施工时，施工后会发现，相邻两层沥青混凝土摊铺后形成的部分心墙的温度并非均匀变化，而是呈现出场效应：在第N+1层的沥青混凝土的中间层的轴线上的A2点的温降最高，以A2点为中心，垂直方向的温降高于沿水平方向(即宽度方向)的温降(第N+1层表层以上为空气，第N层为较冷基面)，但每层厚度有限，厚度约为30-34cm，而宽度可达0.6-2m以上。由此可以知道，在摊铺沥青混凝土过程中，已摊铺的沥青混凝土的表层温降要快于深层温降，所以可以采用本发明的方法，当已摊铺的下沥青混凝土的表层温度较低时，可在已摊铺的下层沥青混凝土层上面直接摊铺温度较高的沥青混凝土，即通过温度高的沥青混凝土直接将下层沥青混凝土层的表层融掉并与其对接即可，使先后摊铺的两层沥青混凝土层的结合面处无分层，且形成的沥青混凝土心墙的各项参数均可达到规范要求。

其中，采用本发明的方法，每次摊铺的沥青混凝土的厚度可大于37cm、小于或等于40cm(碾压后的厚度大于30cm、小于或等于34cm)，摊铺厚度超出规范，结合快速碾压，使得已摊铺的沥青混凝土的温降减慢、保温效果更好，极大提高摊铺速度，在对已摊铺的沥青混凝土表面温度掌握合理的情况下，可实现一次性摊铺，即无需对已摊铺的沥青混凝土表面进行预加热烘干处理，即可直接在其上面摊铺上一层沥青混凝土。

综上所述，与现有技术相比，本发明的高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法的有益效果体现在以下方面：

1、本发明的方法，可在已铺设并冻结的下层坝壳料层上继续铺设坝壳料，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实，从而形成由下至上坝体温度呈场分布的砂砾石坝，减少低温环境对施工的影响，提高施工效率，且形成的砂砾石坝密实，抗渗透性好。

2、本发明的方法，针对高海拔地区经常有风且风力较大的特点，在施工时营造出可以减小风速的凹谷地带，使沥青混凝土和过渡料可以在风速较小的环境下进行，从而利于施工的顺利进行，提高施工效率。

3、本发明的方法，对沥青混凝土和过渡料一次性同时铺筑，铺筑效率高，铺筑后采用三台碾压机同时碾压，提高碾压效率，降低摊铺后的沥青混凝土的热量散失速度，当在其上面摊铺上一层沥青混凝土时，不需将已摊铺的沥青混凝土表面加热，即可直接在其上面直接摊铺沥青混凝土，从而减少施工工序，极大提高施工效率；

4、本发明的方法，在沥青混凝土和过渡料铺筑后，采用三台重型碾压机以品字形布局的方式对铺筑后的沥青混凝土和过渡料进行碾压，缩短碾压时间，降低碾压后沥青混凝土的孔隙率，降低摊铺后的沥青混凝土的热量散失速度，使过渡料与沥青混凝土接合面处结合更好；

5、本发明的方法，在进行沥青混凝土铺设的过程中，既使已铺设的下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃，也可以将待铺设的沥青混凝土直接铺设在下层沥青混凝土层上面，无需对下层沥青混凝土层进行预加热，极大提高施工效率，减少施工成本，缩短施工周期。

6、本发明的方法，当已铺设的下层沥青混凝土层的表层温度小于70℃时，通过已铺设的下层沥青混凝土层的温度数据，确定待铺设的沥青混凝土的出机口温度、摊铺温度等，并根据确定的温度值对沥青混凝土的拌合、摊铺等过程进行调整，从而可将待铺设的沥青混凝土直接铺设在下层沥青混凝土层上面，并通过当前铺设的沥青混凝土融掉下层沥青混凝土层的表层，使两层沥青混凝土层直接对接，两层沥青混凝土层之间无结合分层面，确保形成的沥青混凝土心墙坝的各参数及强度符合甚至超过规范要求。

7、本发明的方法，在铺设沥青混凝土的过程中，把已铺设的沥青混凝土的表层和深层的温降与外部气候条件联系起来，并根据温度数据指导上层沥青混凝土的铺设，从而避免规范中表层温度小于70℃时必须对下层沥青混凝土层进行烘烤以预加热的问题，提高施工效率。

8、本发明的方法，在沥青混凝土心墙坝施工的过程中，将已铺设的沥青混凝土在不同条件下的温度数据与待铺设沥青混凝土的出机口温度、摊铺温度、碾压前后温度等融合在一起，形成沥青混凝土心墙施工的施工数据库，从而可为将来在高海拔地区进行沥青混凝土心墙的施工提供有力指导与支持，对类似项目起到积极推动作用。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高海拔地区砂砾石坝连续铺设的施工方法，其特征在于，包括：

通过对高海拔地区库区料场进行砂砾石料取料、沥水处理，获得含水率在4.1％-4.4％之间的用于形成砂砾石坝的坝壳料；

通过将坝壳料铺设在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧的坝址处，形成一对下层坝壳料层；

通过碾压机对一对下层坝壳料层进行碾压处理，以便将下层坝壳料层的坝壳料压实；

以被压实的一对下层坝壳料层为基础，由下至上逐层铺设坝壳料、并逐层碾压，直至形成坝体温度呈场分布的一对砂砾石坝；

其中，所述逐层铺设坝壳料包括：

在夜间温度小于0℃、白天日平均太阳辐射量在4.53×10¹¹-6.43×10¹¹兆焦耳的条件下，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理，使其已冻结的表面松散开；

将上层坝壳料铺设在下层坝壳料层的已松散开的表面上，以便利用在前铺设的下层坝壳料层中热能的热传导作用，使上层坝壳料层与下层坝壳料层结合密实；

其中，所述高海拔地区是指海拔3000米以上的地区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对下层坝壳料层的已冻结表面进行松散处理时，使距所述下层坝壳料层的表层深度为18-20cm的坝壳料松散。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每层铺设的坝壳料的厚度为60-80cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在逐层铺设坝壳料时，通过一次性同时铺设的方法，在一对坝壳料层之间逐层铺设沥青混凝土和过渡料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，若风力大于4级时，形成用于降低风速的凹谷地带，以便在风力小于4级的凹谷地带内铺筑沥青混凝土和过渡料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成用于降低风速的凹谷地带包括：

通过在待铺筑沥青混凝土心墙的基座两侧预铺坝壳料，形成突出于基座表面的一对坝壳料基层，以便一对坝壳料基层与基座表面之间围成用于减小风速的所述凹谷地带。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述坝壳料基层的侧壁与竖直方向具有大于0°的倾斜角。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述坝壳料基层的侧壁与竖直方向之间的倾斜角为30°-45°。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述坝壳料基层相对所述基座的高度为8m-10m。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，逐层铺设沥青混凝土，采用根据已铺设沥青混凝土层的温度进行沥青混凝土铺设的方法。