嚴寒地區碾壓式瀝青混凝土心墻溫度監測及質量檢測

靳久寧 孟憲偉 王穩亭

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

1 工程簡介

1.1 壩體結構

本瀝青混凝土心墻壩，大壩全長332.70m，最大壩高69.0m，壩頂寬8m，上游壩坡1∶1.8。下游坡面結合施工期施工需要，布置“之”字形上壩公路，路寬8.0m，坡度8%，道路間的壩坡為1∶1.5，綜合壩坡為1∶1.9。

瀝青混凝土心墻采用碾壓式垂直布置型式，心墻厚度采用階梯式布置，從大壩底部至壩頂，心墻寬度分別以寬度0.9m、0.7m、0.5m階梯階梯式遞減，在基座混凝土接縫處長180cm，以1∶0.2漸變至90cm，兩側設置3.0m～3.2m過渡料，瀝青心墻頂部與防浪墻連接，底部坐落在混凝土基座上。

1.2 施工現場氣溫情況

大壩瀝青心墻混凝土施工期從2021年9月底開始施工，2021年11月底施工結束，歷時61d，純施工天數共計41d。

心墻施工期內0℃以上施工天數共計26d，共計施工42層；0℃以下純施工天數共計15d，共計施工18層，最高氣溫11℃，最低氣溫-12℃。

2 低溫時段施工研究工作思路

碾壓式瀝青混凝土施工對溫度較為敏感，在低溫季節施工時瀝青混合料溫度容易損失，尤其是攤鋪層表面和心墻側面與外部低溫環境接觸后其溫度損失很快，使熱瀝青混合料不易碾壓密實，影響瀝青混凝土質量。針對碾壓式瀝青混凝土心墻壩低溫時段施工技術及質量把控，在充分聽取了專家咨詢意見，開展調研和收集相關的工程資料以外，同時依據經低溫季節室內與現場工藝試驗確定初碾、復碾、終碾的溫度作為控制條件，開展瀝青混合料出機口、運輸及攤鋪溫度的控制，保證入倉溫度等技術措施研究；增加現場層間溫度監測、氣象監測等措施；加強瀝青混凝土心墻現場檢測頻次與質量檢測控制；并開展層間結合部位力學性能的檢測。目的是檢測結合面溫度通過預熱、鋪設180℃瀝青后，再進行下一層瀝青混凝土入倉鋪設碾壓，其溫度變化規律與實體質量是否能達到設計規范要求。

3 配合比及現場工藝試驗

3.1 室內設計配合比

施工配合比設計，采用最大密度曲線理論進行礦料級配的計算，根據《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》SL 501-2010、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》DL/T 5411-2009及相關工程經驗選擇0.43、0.41、0.39三種級配指數；13%、12%、11%三種填料用量；7.4%、7.1%、6.8%三種油石比，共組成9種配合比進行試驗研究，綜合各項檢測結果，如表1所示，瀝青混凝土配合比空隙率、水穩定性、小梁彎曲、滲透系數、靜三軸試驗等性能指標均滿足設計要求。

表1 瀝青混凝土標準配合比參數

3.2 瀝青混凝土工藝試驗

在每盤瀝青混凝土開倉澆筑前，完成瀝青混凝土集料篩分，通過試驗確定實際礦料級配與理論配合比礦料合成比例在日常生產情況下的變化，改變每盤填料用量。填寫入倉前的施工配合比報驗單，嚴格按照瀝青混凝土拌和要求及各項原材料質量控制指標開始工藝試驗指導施工。施工過程中的配合比與理論配合比對比情況見表2。

通過調整后的瀝青混凝土施工配合比在各級礦料實際用料上均產生了變化，由此可見，在后期施工過程中的日常檢查、檢測的必要性，石粉含量(<0.075mm顆粒)直接影響到填料的使用比例。從而影響倉面澆筑質量。

表2 瀝青混凝土理論配合比參數與工藝試驗段施工配合比對比表

4 低溫時段施工方案

根據《水工瀝青混凝土施工規范》(SL514-2013)[1]有關規定，碾壓式瀝青混凝土施工宜在常溫氣候條件下(非降雨降雪時段或日降雨降雪量宜小于5mm、施工時風力宜小于4級、瀝青混凝土心墻施工時氣溫宜在0℃以上)進行，由于在北方寒冷地區施工存在極大局限性，因此為擺脫溫度局限，在施工現場進行了低溫季節瀝青混凝土表面溫度降至70℃以下的現場試驗，通過噴燈預熱底層結合面再熱鋪180℃瀝青方案進行了試驗，其余工藝仍沿用常溫條件下的施工工藝。

瀝青加熱采用連續輸送導熱油加熱，導熱油通過預埋管道對封閉的瀝青儲存罐進行連續加溫，使瀝青熔化，由于瀝青在封閉條件下加熱，熔化速度較快，熱量損失小。瀝青的加熱溫度宜控制在140℃～160℃之間。骨料的烘干、加熱采用內熱式加熱滾筒。冷骨料連續均勻地進入烘干加熱筒，加熱溫度宜為170℃～190℃ 。采用裝載機運送入倉，運距約為1 000m，運輸過程中用棉被覆蓋料斗進行保溫，以減小運輸過程中瀝青混合料溫度損失。根據瀝青混凝土心墻的設計寬度，采用1臺1.5t振動碾進行碾壓，邊角處采用小型振動夯板；兩側過渡料擬選用2臺3t振動碾進行碾壓。碾壓遍數宜按先靜壓2遍停10min～20min，再振動碾壓8遍，最后再靜壓2遍的方式進行。振動碾的行走速度按2m/min～3m/min控制。

5 瀝青混合料溫度損失量測

溫度損失采集了環境溫度、瀝青混合料出機口溫度、至現場的溫度、入倉溫度、初碾溫度 、終碾溫度以及連續鋪筑時的上層表面溫度及其對應的時間等數據，通過現場實測統計記錄分析，在運輸過程過采用棉被覆蓋后，當環境溫度為-12℃時，出機口-入倉溫度損失約3℃～4℃；當環境溫度為-6℃時，出機口-入倉溫度損失約2℃。從現場試驗得出，瀝青混合料最佳出機口溫度 155℃～180℃時 ，經過運輸、攤鋪等熱量損失后，入倉溫度保持在150℃～175℃能滿足碾壓要求。

6 現場試驗段結合面溫度量測

日最低氣溫為-12℃條件下，在瀝青混凝土結合層表面下1cm～2cm安裝溫度計，每一層布置有4支溫度計，監測位置根據現場情況選擇，監測瀝青混凝土表面溫度和上層瀝青混凝土澆筑時的結合面表面溫度變化情況。

6.1 表層溫度變化情況

澆筑完成后，表層溫度主要受氣溫變化、瀝青入倉溫度影響。

高程978.25澆筑時氣溫較高，白天氣溫在3℃～5℃，心墻無土工布進行保溫，表層下1cm處溫度降低略慢，降低到70℃時用時約在10h左右；降低到40℃時用時約在20h左右。

高程978.5澆筑時氣溫較低，白天氣溫在-7℃～-8℃，心墻有土工布進行保溫，表層下1cm處溫度降低略快，降低到70℃時用時約在8h左右；降低到40℃時用時約在18h左右。

高程980.25澆筑時氣溫略高，白天氣溫在0℃左右，心墻有土工布進行保溫，表層下1cm處溫度降低較慢，降低到70℃時用時約在11h左右；降低到40℃時用時約在24h左右。

6.2 試驗段結合面溫度變化情況

由于過低的環境溫度使得瀝青混凝土心墻表面的溫度散失很快，且存在各類原因引起的停工間歇期，極易造成下層溫度已遠降低于70 ℃以下才開始結合面預熱、熱鋪瀝青與上層料的攤鋪，低于施工規范中要求的 70 ℃以上。

高程978.25上層混凝土澆筑時，表層下1cm處溫度在28℃～29℃，上層澆筑后，結合面溫度迅速上升，大約在40min左右，結合面下1cm處溫度達到70℃。溫度持續上升，約在5個小時達到最高溫度，最高溫度在90℃左右，最高達92.1℃。

高程978.5上層混凝土澆筑初，表層下1cm處溫度在14℃～18℃，上層澆筑后，結合面下1cm處溫度迅速上升，約在50min左右，結合面下1cm處溫度達到70℃。而后溫度略有上升，在90min左右達到最高溫度，最高溫度在75℃～79℃之間。

高程980.25上層混凝土澆筑初，表層下1cm處溫度在14℃～18℃，上層澆筑后，結合面下1cm處溫度迅速上升，約在45min左右，結合面下1cm處溫度達到70℃。而后溫度略有上升，在150min左右達到最高溫度，最高溫度在79℃～85℃之間。

綜合分析：表層下1cm處溫度主要受外界氣溫影響和保溫措施影響，施工間隔期間表層下1cm處溫度始終在15℃以上。

結合面下1cm處溫升可通過上層高溫瀝青混凝土熱熔作業在40min～50min時達到70℃， 隨后仍有一定溫升。

7 試驗檢測

自氣溫進入0℃后，瀝青心墻施工進入低溫時段施工階段，瀝青混凝混合料與芯樣檢測統計結果見表3、表4。

表3 瀝青混合料冬季施工檢測結果統計

表4 瀝青心墻芯樣冬季施工檢測結果統計

從試驗結果來看，低溫時段瀝青混凝土采用預報結合熱鋪瀝青方法施工后的實體各項指標均滿足設計要求。

8 總 結

低溫季節碾壓式瀝青混凝土施工，雖然底層瀝青混凝土溫度在低氣溫條件下散失較快，但采取相應保溫措施，始終保持底層瀝青混凝土溫度在15℃以上，瀝青混合料入倉溫度控制在150℃～175℃之間，在日最低氣溫為-12℃條件下，采用結合面噴燈預熱、熱鋪180℃瀝青，其結合面結合程度良好，碾壓式瀝青混凝土的施工質量是有保證的。