高寒干燥地區瀝青混凝土心墻現場鋪筑試驗分析

楊 波

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概 況

蘇洼龍水電站工程位于四川省巴塘縣蘇哇龍鄉，設計正常蓄水位2 475 m，總庫容6.74億m3，裝機1 200 MW，為一等大(Ⅰ)型工程。

瀝青混凝土心墻堆石壩的壩頂高程2 480 m，最大壩高112 m，壩頂長度464.7 m，壩頂寬度12 m。心墻采用垂直式，寬度0.5～1.5 m，高度100.2 m，心墻上下游兩側均設置寬度3 m粗細過渡料。心墻鋪筑方量為3.73萬m3，冷底子油為1 709 m2，砂質瀝青瑪蹄脂為51.3 m3。

該工程設計階段已完成室內碾壓式瀝青混凝土配合比的復核試驗，但能否直接用于現場施工，需要在施工階段通過場外現場鋪筑試驗再次驗證，以指導現場正式施工。為論證心墻連續鋪筑兩層、三層的可行性及技術要求，同步開展連續鋪筑不同層數的試驗。

2 現場鋪筑試驗方案設計

2.1 試驗場地

試驗場地布置于大壩下游4.8 km處，場地經平整壓實，澆筑混凝土試驗基座(長×寬=40 m×3 m)，設置斜長2 m的凹槽斜坡段(坡比1∶0.66)基座并預埋一道Z型銅止水。

2.2 主要施工設備

拌和：1套LB2000型(150 t/h)瀝青混凝土拌和系統。運輸：1輛專用自卸汽車，1臺3 m3改進專用裝載機，1臺1.2 m3液壓反鏟。鋪筑：1臺LP1500型定制履帶式攤鋪機。碾壓：1臺BW120AD-5型2.7 t振動碾，2臺JM803H型3.0 t振動碾，1臺HCD1109型振動沖擊夯。

2.3 質量檢測儀器

環境測量：2支溫度濕度，4支水銀溫度計，10支電子數顯筆式溫度計，1個測風儀。質量檢測：1臺CR602181型瀝青無核密度儀，1臺SQ-25型滲氣儀，1臺混凝土取芯機等。

2.4 鋪筑方式

鋪筑分為人工單層攤鋪、機械連續鋪筑兩層和三層，每段長度不小于10 m。人工/機械攤鋪寬度分別為2.0 m、1.2 m，兩側細過渡料寬度為3 m。

人工攤鋪流程：施工準備→測量放線→架立鋼板模板→細過渡料攤鋪→細過渡料初碾→基面清理→瀝青混合料攤鋪→抽拆鋼板模板→瀝青混合料和過渡料成“品”字形同步碾壓→瀝青混合料和過渡料成“品”字形同步靜碾收光→質量檢測。

機械攤鋪流程：施工準備→測量放線→冷結合面清理→瀝青混合料和細過渡料攤鋪→細過渡料初碾→瀝青混合料初碾→瀝青混合料和細過渡料成“品”字形同步碾壓→瀝青混合料和過渡料成“品”字形同步靜碾收光→質量檢測。

2.5 試驗實施方案

瀝青混凝土心墻場外鋪筑試驗工藝參數、鋪筑試驗各鋪筑層與工藝效果和瀝青混凝土攤鋪試驗布置分別見表1、表2、圖1。

表1 瀝青混凝土心墻場外鋪筑試驗工藝參數表(鋪料厚度30 cm)

表2 鋪筑試驗各鋪筑層與工藝效果表

圖1 瀝青混凝土攤鋪試驗布置圖

3 試驗成果分析

3.1 瀝青混凝土配料試驗

施工前已委托西安理工大學對設計單位推薦的9種不同瀝青混凝土配合比進行了配合比和性能指標選擇試驗，最終確定了設計推薦5號配合比作為施工配合比。推薦配合比的填料級配和推薦的瀝青混凝土配合比的材料和級配參數分別見表3、4。

表3 推薦配合比的填料級配

表4 推薦的瀝青混凝土配合比的材料和級配參數

3.2 瀝青混凝土拌和站調試

檢測稱量系統的精度、計時、測溫設備及其他控制裝置的運行情況。

根據規程規范[1]、設計及相關試驗成果要求[2]，瀝青采用導熱油循環間接加熱，加熱溫度為160±10 ℃；骨料加熱采用烘干桶加熱，溫度為180±10 ℃；礦粉不加熱。經過試拌驗證，拌和后瀝青混合料的出機口溫度為150～175 ℃。稱量控制誤差瀝青、粗骨料、細骨料、填料分別為±0.3%、±5%、±3%、±1%。

各組分投料順序為：粗骨料→細骨料→礦粉干拌15 s→瀝青濕拌45 s→瀝青混合料。制備出來的瀝青混合料色澤均勻光亮，稀稠一致、無花白料、黃煙及其他異?，F象。

3.3 基座處理與冷底子油噴涂

對基座處理合格后并噴涂冷底子油。噴涂前首先對混凝土表面進行鑿毛、刷毛處理，基座表面滿足干凈干燥后噴涂冷底子油(瀝青∶汽油=3∶7)。

3.4 砂質瀝青瑪蹄脂施工

冷底子油噴涂12 h后，再涂刷砂質瀝青瑪蹄脂(瀝青∶礦粉∶人工砂=1∶1∶2)，完成后采用加厚耐熱防雨蓬布覆蓋且兩邊超寬大于30 cm，防止表面污染及利于兩邊壓重穩定。經檢測，砂質瀝青瑪蹄脂溫度檢測在145～155 ℃之間，厚度整體滿足2 cm的要求。

3.5 瀝青混合料運輸

為了檢測瀝青混合料從出機口到入倉時溫度損失情況，從瀝青拌和站運輸至距離4.8 km大壩開展模擬試驗，總耗時35 min。沿途每隔五分鐘測量一次溫度值均在145～155 ℃之間，經計算溫度損失表明：在選用運輸設備和實際路況時，瀝青混合料運輸過程中溫度損失不明顯，也未發生離析現象，滿足瀝青混凝土運輸和現場入倉鋪筑及初碾溫度的要求。若施工過程中有等待或風速較大的情況，則應特別注意現場施工的連續性，以盡量減少瀝青混凝土料的溫度損失。

3.6 瀝青混合料溫度檢測與控制

試驗前，分別檢測環境溫度、出機口溫度、入倉溫度、初碾溫度、終碾溫度、結合面溫度；試驗后，確定各環節最佳溫度參數和機械碾壓參數。場外鋪筑試驗施工各層溫度實測記錄見表5。

表5 場外鋪筑試驗施工各層溫度實測記錄表

3.7 瀝青混合料檢測

根據規范要求[3]，對每層瀝青混凝土在鋪筑現場倉面不同位鉆取芯樣，工地試驗室對瀝青混合料進行了馬歇爾試件密度、孔隙率、油石比及填料級配等檢測。瀝青混合料密度、孔隙和瀝青混合料抽提試驗檢測結果分別見表6、7。

表6 瀝青混合料密度、孔隙率結果

表6結果表明，室內成型馬歇爾試件的孔隙率最大值1.1%，最小值0.5%，滿足規范及設計要求[4]。從表7抽提試驗結果表明，瀝青混合料中油石比及填料級配滿足允許偏差的要求。

表7 瀝青混合料抽提試驗檢測結果

3.8 瀝青混凝土芯樣檢測

各施工層瀝青混凝土鋪筑完成后，冷卻至接近環境氣溫或待溫度降至30 ℃后鉆取芯樣(長度為30～35 cm)，第1鋪筑層至第5鋪筑層瀝青混凝土芯樣檢測結果見表8。表明瀝青混凝土與水泥基座混凝土(水平、斜坡)之間結合牢固，瀝青混凝土與細過渡料之間咬合良好，各部位結合處芯樣上下結合牢固。

表8 第1鋪筑層至第5鋪筑層瀝青混凝土芯樣檢測結果表

通過將芯樣切割成試件后送專業機構檢測表明：所有瀝青混凝土芯樣試件孔隙率小于設計和規范[5]規定值3.0%，且小于2.0%；芯樣抽提試驗表明，粗骨料級配、礦粉含量、油石比偏差小，滿足設計和規范的允許偏差；瀝青混凝土芯樣彎曲、拉伸、壓縮、水穩定及滲透試驗結果均滿足設計和規范要求；瀝青混凝土芯樣的三軸試驗中黏結力值為0.37 MPa(設計值≥0.30 MPa)和內摩擦角值為32.5°(設計值≥25°)滿足設計要求。

試驗現場對瀝青混凝土表面采用無核密度儀所測容重，通過與瀝青混凝土芯樣的容重建立兩者之間的關系曲線，通過結果換算可得無核密度儀測試值與瀝青混凝土密度的換算公式后即可求得瀝青混凝土容重，并根據瀝青混凝土最大密度檢測結果，可進一步求得孔隙率。

在已經壓實的瀝青混凝土表面利用滲氣儀現場可以快速檢測出滲透系數，判定施工過程中質量是否滿足要求，滲透性試驗1分鐘相對真空度變動值0～1 kPa之間，1～5鋪筑層檢測結果均無滲漏情況。

4 所采取的工程措施

(1)通過制作可移動式鋼筋骨架防護棚，同時滿足防風、防雨、防塵、防溫度損失。

(2)通過日常觀測和收集氣溫、風力數據，掌握特點和正常規律后適時調整連續鋪筑作業時段。避開早晚溫差大時段、冬季氣溫偏低或負溫時段的鋪筑施工。

(3)通過間隔均勻插入多支溫度計，全面掌握各環節作業溫度。

(4)當日降雨量大于5 mm或風力大于4級或負溫時，停止瀝青混凝土入倉。未能及時碾壓的混合料，采用耐熱防雨蓬布覆蓋后開始碾壓。

5 結 語

在高寒干燥地區，瀝青混凝土的施工技術比較復雜。因此，施工前應根據當地氣候等情況進行現場生產性復核試驗分析，獲得瀝青混凝土心墻攤鋪試驗相關技術資料，并確定適合高寒干燥地區的施工工藝和溫度控制等參數。通過本工程實際施工驗證，有幾點經驗值得推廣。

(1)瀝青混凝土料的出機口溫度宜控制在150 ℃～175 ℃，入倉溫度160 ℃±10 ℃(當有風、低溫時段按上限控制)，最佳初碾溫度140±5 ℃，終碾溫度不得低于110 ℃(當有風、低溫時段按上限控制)，結合面溫度宜為70～90 ℃。

(2)心墻兩側同步鋪筑細過渡料寬度3.0 m，厚度均為30 cm效果較好。

(3)瀝青混合料采用一臺2.7 t雙擊式振動碾碾壓，細過渡料采用兩臺3.0 t振動碾碾壓，先靜碾2遍細過渡料(距離心墻20 m范圍暫不碾壓)，然后靜碾2遍瀝青混合料，再對瀝青混合料和細過渡料成“品”字形同步進行振動碾(振動碾的最佳碾壓遍數：日連續鋪筑1～2層為8遍、連續3層為10遍)，最后對瀝青混合料和過渡料成“品”字形同步靜碾2遍收光。瀝青混凝土鋪筑速度1～3 m/min，碾壓速度控制在20～30 m/min。

通過實際施工效果看，在高寒干燥地區瀝青心墻連續鋪筑兩層或三層施工工藝可行，施工質量可滿足相關規范要求。