胡海濤，張生財(cái)

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆吐魯番838000）

碾壓式瀝青混凝土心墻壩冬季施工試驗(yàn)研究

胡海濤，張生財(cái)

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆吐魯番838000）

本文對(duì)阿拉溝水庫(kù)瀝青混凝土心墻冬季施工溫度控制進(jìn)行了研究，分析了低溫環(huán)境下瀝青心墻結(jié)合面各項(xiàng)性能隨溫度變化的情況，通過(guò)調(diào)整配合比、加強(qiáng)低溫環(huán)境保溫措施等方法，使得瀝青混凝土心墻冬季施工順利進(jìn)行，取得了良好的效果。

碾壓瀝青混凝土；心墻；冬季施工；阿拉溝

瀝青混凝土心墻壩目前在世界范圍內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，成為重要的壩型之一。它具有良好的適應(yīng)變形能力、抗沖蝕能力、抗老化能力，整個(gè)心墻無(wú)須設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，因此，其應(yīng)用范圍廣且安全性高。碾壓瀝青混凝土心墻正常施工的氣候條件是0℃以上，阿拉溝水庫(kù)是一座碾壓式瀝青混凝土心墻壩，施工過(guò)程中為加快施工進(jìn)度，需要在低溫氣候條件下進(jìn)行碾壓瀝青混凝土心墻的施工。阿拉溝水庫(kù)壩高在目前已建成同類(lèi)壩型中排名第三，瀝青心墻又是壩體的核心部分，因此，心墻的施工是質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。為此，對(duì)阿拉溝水庫(kù)瀝青心墻冬季施工涉及的配合比、結(jié)合面強(qiáng)度等要素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，保證了瀝青心墻在低溫條件下施工質(zhì)量，加快了水庫(kù)工程施工進(jìn)度，也為類(lèi)似工程的推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

1 水庫(kù)概況

阿拉溝水庫(kù)工程位于新疆維吾爾自治區(qū)托克遜縣境內(nèi)，是阿拉溝河上重要控制性水利樞紐工程，承擔(dān)流域防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水等綜合性任務(wù)。其總庫(kù)容4450萬(wàn)m3，壩高105.26m，由擋水大壩、岸邊正槽溢洪道、右岸導(dǎo)流洞及左岸放水洞組成。

阿拉溝水庫(kù)擋水大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，上游壩坡坡比為1∶2.2，下游壩坡坡比1∶2.0，壩體剖面結(jié)構(gòu)主要由上、下游壩殼料、瀝青混凝土心墻、過(guò)渡層構(gòu)成。心墻厚度由下至上從1.1m變至0.8m再變至0.6m。

2 庫(kù)區(qū)氣溫特性

阿拉溝水庫(kù)所處的托克遜縣雖然平均氣溫較高，但水庫(kù)壩址卻位于托克遜縣最西部的天山峽谷內(nèi)，冬季干冷、風(fēng)小雪稀。壩址區(qū)多年平均氣溫9.7℃，最低氣溫-23.5℃（1997年1月），每年11月中旬至次年三月中旬氣溫在0℃以下。阿拉溝水庫(kù)壩址區(qū)氣溫特性見(jiàn)表1。

3 瀝青混凝土心墻冬季施工溫控研究

3.1 原材料及配合比的選擇

瀝青為某石化公司生產(chǎn)的70號(hào)（A級(jí)）道路石油瀝青（桶裝成品）；粗骨料為當(dāng)?shù)鼗規(guī)r料，粒徑（9.5～19）mm為成品料，小于9.5mm為混合料，經(jīng)試驗(yàn)室篩分后得到粒徑（2.36～4.75）mm及（4.75～9.5）mm試料；細(xì)骨料為當(dāng)?shù)鼗規(guī)r料，粒徑為（0.075～2.36）mm；填料（礦料）為成品石灰石粉。

采用瀝青混凝土試驗(yàn)室優(yōu)選出的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，即骨料最大粒徑為19mm，礦料級(jí)配指數(shù)為0.38，填料用料為14%，瀝青用量為7.0%，試驗(yàn)室實(shí)配的質(zhì)量配合比見(jiàn)表2。

3.2 試驗(yàn)結(jié)論

本工程通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)不同結(jié)合面溫度（-25℃、-10℃、10℃、30℃、50℃、70℃、140℃）碾壓式瀝青混凝土心墻的物理力學(xué)性能，以及結(jié)合面溫度降低后對(duì)瀝青心墻上、下層結(jié)合質(zhì)量進(jìn)行了分析，主要是對(duì)原材料和冬季低溫氣候條件下配合比的選擇、不同下層料溫度結(jié)合面處的劈裂試驗(yàn)、抗剪斷試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)以及上層熱瀝青混凝土攤鋪后對(duì)下層料的加熱效應(yīng)方面進(jìn)行了分析和研究，結(jié)論如下。

表1 阿拉溝水庫(kù)壩址區(qū)氣溫特性表

表2 瀝青混凝土試驗(yàn)室實(shí)用材料基礎(chǔ)配合比

（1）冬季低溫條件下碾壓式瀝青混凝土心墻施工原材料均符合規(guī)范要求，選用冬季施工配合比參數(shù)的取值分別為：最大粒徑19mm，級(jí)配指數(shù)n為0.38、填料用量為14%、瀝青用量為7.0%。

（2）經(jīng)不同結(jié)合面溫度的劈裂試驗(yàn)后可得，劈裂抗拉強(qiáng)度隨結(jié)合面溫度的降低而降低，結(jié)合面溫度的降低對(duì)瀝青混凝土的層間結(jié)合質(zhì)量有影響，但影響不大。以結(jié)合面溫度為30℃所成型試件的劈裂抗拉強(qiáng)度與母材試件相比下降了10.6%，下降幅度較小?？辜魯鄰?qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變均隨結(jié)合面溫度降低而下降，結(jié)合面溫度為30℃時(shí)與一次成型試件相比分別下降了8.1%、4.5%、8.3%，下降幅度較小，能夠滿足規(guī)范要求。拉伸強(qiáng)度、最大抗拉強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的拉應(yīng)變隨結(jié)合面溫度的降低而有所下降，結(jié)合面溫度為30℃時(shí)與一次成型試件相比分別下降了7.5%、13.9%，均能夠滿足規(guī)范要求。

（3）結(jié)合面溫度為-25℃的直接剪切及小梁彎曲試件試驗(yàn)后的斷面較平整，試件呈脆性破壞，而結(jié)合面溫度為30℃的試驗(yàn)后試件斷面粗糙不平，層間有大顆粒骨料相互嵌入，試件呈延性破壞，層間結(jié)合情況較好。

（4）上部瀝青混凝土拌合物對(duì)下層瀝青混凝土結(jié)合面加熱效果明顯。當(dāng)160℃左右的瀝青混合料攤鋪到30℃的下層料時(shí)，通過(guò)熱傳遞層面以下10mm處可達(dá)到規(guī)范要求的70℃以上。雖然冬季環(huán)境溫度過(guò)低，但工程中熱瀝青混合料體積大、熱容量大、散熱比試驗(yàn)過(guò)程中的熱散要慢的多，上部瀝青混凝土拌合物對(duì)下層瀝青混凝土結(jié)合面加熱效果明顯，可以滿足規(guī)范要求。

（5）瀝青用量增加后的瀝青混凝土力學(xué)性能有所下降，但變化不大。冬季施工配合比瀝青用量增加后瀝青混凝土的自由瀝青增多，其密度、抗壓強(qiáng)度較基礎(chǔ)配合比有所下降，但變形能力有所增加；內(nèi)摩擦角和粘聚力較基礎(chǔ)配合比均有所下降，但變化不大，均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

經(jīng)以上分析，在環(huán)境溫度較低的情況下，瀝青混凝土結(jié)合面溫度從現(xiàn)行規(guī)范要求的70℃降低到30℃后結(jié)合面強(qiáng)度沒(méi)有明顯下降，碾壓層面結(jié)合質(zhì)量可以保證，為冬季低溫條件下碾壓瀝青混凝土心墻的施工提供了理論依據(jù)。

4 瀝青混凝土心墻冬季施工措施

4.1 瀝青混凝土心墻冬季施工措施

通過(guò)瀝青混凝土心墻冬季施工溫控研究分析了低溫條件下瀝青心墻結(jié)合面各項(xiàng)性能的變化，不僅如此，還對(duì)瀝青混凝土生產(chǎn)、拌合、運(yùn)輸、碾壓等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行溫度控制，保證了阿拉溝水庫(kù)瀝青混凝土心墻冬季施工質(zhì)量，使得該工程在極端施工氣候條件下（環(huán)境氣溫-5～-21℃，風(fēng)力3級(jí)）碾壓式瀝青混凝土防滲心墻的順利施工。

4.1.1 原材料加熱溫度控制

根據(jù)規(guī)范要求，瀝青加熱溫度為150～170℃，骨料加熱溫度170～190℃。在低溫季節(jié)施工時(shí)，對(duì)原材料加熱采取上限控制。由于瀝青混凝土拌和站距倉(cāng)面約600m，據(jù)檢測(cè)出機(jī)口到倉(cāng)面的溫度損失約2～3℃。施工過(guò)程中監(jiān)理人員主要對(duì)瀝青混凝土出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度、初碾溫度和終碾溫度進(jìn)行測(cè)量，瀝青混合料拌合站出機(jī)口溫度控制在140～170℃，碾壓溫度控制在130～150℃。

4.1.2 瀝青混合料拌和過(guò)程

拌制混合料投料順序?yàn)橄韧豆橇虾偷V粉干拌15s，再噴灑瀝青濕拌45s，拌和標(biāo)準(zhǔn)為拌出的瀝青混合料色澤均勻、稀稠一致，無(wú)花白料、黃煙及其他異?，F(xiàn)象。在瀝青混凝土拌合站搭設(shè)三防帆布暖棚，面積30m×20m，高度為10m。為對(duì)瀝青拌和系統(tǒng)的各種管路、閥件、集塵裝置等易結(jié)冰部件采取導(dǎo)熱油爐加熱，巖棉管包裹保溫；在瀝青混合料保溫筒出料口加設(shè)帆布筒，使熱瀝青混合料直接溜入運(yùn)輸車(chē)，堿性骨料采用防水帆布進(jìn)行覆蓋。

4.1.3 瀝青混合料運(yùn)輸過(guò)程

瀝青混合料采用裝載機(jī)運(yùn)輸，對(duì)車(chē)廂采取巖棉保溫，瀝青混合料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，將瀝青混合料通過(guò)卸料平臺(tái)卸入裝載機(jī)，裝載機(jī)再二次卸料至攤鋪機(jī)料斗；人工攤鋪采用ZL50裝載機(jī)直接將瀝青混合料卸入模板內(nèi)，人工攤平。

4.1.4 瀝青混合料攤鋪過(guò)程

混合料攤鋪和過(guò)渡料攤鋪同時(shí)進(jìn)行，混合料攤鋪采取裝載機(jī)上料。過(guò)渡料采取挖掘機(jī)上料，虛鋪厚度30cm，攤鋪過(guò)程中邊攤鋪邊用帆布覆蓋心墻。瀝青攤鋪機(jī)瀝青料斗采取巖棉外保溫。對(duì)結(jié)合面采取攤鋪機(jī)安裝加熱器加熱。

4.1.5 瀝青混凝土和過(guò)渡料碾壓

采用兩臺(tái)3 t振動(dòng)碾和一臺(tái)2 t振動(dòng)碾形成倒“品”字形進(jìn)行碾壓。前后兩段交界處重疊碾壓30～50cm。

4.1.6 結(jié)合面保溫

對(duì)已碾壓完成的瀝青心墻采取帆布和棉被保溫，在下層施工時(shí)邊揭開(kāi)邊攤鋪，保證結(jié)合面未攤鋪前溫度在30℃以上。

4.2 瀝青混凝土心墻越冬保護(hù)措施

4.2.1 瀝青混凝土心墻越冬保護(hù)措施

瀝青混凝土心墻冬休后的越冬保護(hù)措施十分關(guān)鍵，阿拉溝水庫(kù)瀝青心墻越冬保護(hù)與常規(guī)做法大致相同，采取棉被加砂礫石覆蓋的方法，即先用1.5m寬的帆布覆蓋瀝青混凝土心墻，再覆蓋2層1.5m寬的棉被，棉被上面覆蓋一層0.6mm厚寬2.5m三防帆布，三防帆布上再填筑1.2m厚過(guò)渡料覆蓋。另外為防止冬季瀝青心墻表面溫度偏低，在帆布與棉被之間鋪設(shè)一層電熱毯，通過(guò)設(shè)置于瀝青混凝土表層的溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化情況，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)即打開(kāi)電熱毯加熱，避免外部環(huán)境氣溫降低導(dǎo)致瀝青心墻表層溫度偏低。瀝青心墻越冬保護(hù)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 瀝青心墻越冬保護(hù)示意圖

4.2.2 瀝青混凝土心墻越冬結(jié)合面的加熱

越冬之后工程復(fù)工，需對(duì)瀝青混凝土心墻保護(hù)層進(jìn)行揭露，并對(duì)瀝青混凝土心墻表面進(jìn)行加熱升溫，提高結(jié)合面溫度，準(zhǔn)備下層瀝青混凝土的攤鋪。對(duì)瀝青混凝土心墻越冬結(jié)合面的加熱常規(guī)做法是通過(guò)攤鋪機(jī)上設(shè)置的紅外線進(jìn)行烘烤加熱，紅外線加熱具有瀝青表層升溫速度快的優(yōu)點(diǎn)，但也存在操作不當(dāng)導(dǎo)致溫度過(guò)高瀝青性狀發(fā)生變化的情況。阿拉溝水庫(kù)對(duì)越冬結(jié)合面的加熱采取覆蓋熱砂的方法加熱，將粗砂加熱至180℃后覆蓋在緊貼心墻的帆布上，覆蓋厚度0.5m，利用粗砂的熱傳遞效益均勻地將結(jié)合面溫度升高至施工溫度，不僅施工便捷，而且質(zhì)量有保證，取得了良好的效果。

4.3 瀝青混凝土心墻質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)采取一系列溫控措施，阿拉溝水庫(kù)瀝青混凝土心墻于冬季正常施工至次年1月10日，監(jiān)測(cè)最低氣溫為-21℃，保證了總體工程進(jìn)度，使得工程提前發(fā)揮效益。經(jīng)取芯檢測(cè)，瀝青混凝土心墻質(zhì)量均滿足規(guī)范要求。施工過(guò)程中瀝青心墻穩(wěn)定統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，心墻檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 施工過(guò)程溫度統(tǒng)計(jì)表

表4 瀝青混凝土心墻取芯檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

阿拉溝水庫(kù)工程通過(guò)對(duì)碾壓式瀝青混凝土心墻冬季施工溫控研究，瀝青混凝土結(jié)合面溫度為30℃時(shí)結(jié)合面強(qiáng)度等指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，在施工過(guò)程中采取了原材料加熱、帆布覆蓋等系列溫控措施后，保證了阿拉溝水庫(kù)瀝青混凝土在環(huán)境溫度最低-21℃的情況下順利施工，經(jīng)取樣檢測(cè)瀝青心墻質(zhì)量良好，取得了較好的效果，使工程提前發(fā)揮效益，并為同類(lèi)工程在低溫環(huán)境下的瀝青混凝土施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］鄧銘江，于海鳴.新疆壩工建設(shè)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

［2］林飛，等.阿拉溝水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，2009.

［3］何建新，等.阿拉溝水庫(kù)瀝青混凝土心墻冬季施工溫控試驗(yàn)研究報(bào)告低溫試驗(yàn)報(bào)告［R］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電設(shè)計(jì)研究所，2013.

［4］汪洋.寒冷地區(qū)冬季施工的碾壓式瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2012（05）.

［5］饒錫保，程展林，譚凡，等.碾壓式瀝青混凝土心墻工程特性研究現(xiàn)狀與對(duì)策［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2014，31（10）.

［6］杜振坤，賈金生，盧正超.水工瀝青混凝土防滲發(fā)展與應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007（06）.

［7］張生財(cái)，霍禮鋒，周亮.阿拉溝水庫(kù)防滲體系設(shè)計(jì)與研究［J］.水利水電技術(shù)，2016（03）.

［8］覃新聞.瀝青混凝土心墻設(shè)計(jì)與施工［M］.中國(guó)水利水電出版社，2011.

TV431+.5

A

1008-1305（2017）01-0060-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.020

2016-05-13

胡海濤（1960年—），男，高級(jí)工程師。