嚴(yán)寒地區(qū)碾壓式瀝青混凝土心墻溫度監(jiān)測及質(zhì)量檢測

靳久寧 孟憲偉 王穩(wěn)亭

(中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 工程簡介

1.1 壩體結(jié)構(gòu)

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(jié)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(cè)設(shè)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(xiàn)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(jié)束，歷時61d，純施工天數(shù)共計41d。

心墻施工期內(nèi)0℃以上施工天數(shù)共計26d，共計施工42層；0℃以下純施工天數(shù)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(jié)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(cè)面與外部低溫環(huán)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(zhì)量。針對碾壓式瀝青混凝土心墻壩低溫時段施工技術(shù)及質(zhì)量把控，在充分聽取了專家咨詢意見，開展調(diào)研和收集相關(guān)的工程資料以外，同時依據(jù)經(jīng)低溫季節(jié)室內(nèi)與現(xiàn)場工藝試驗確定初碾、復(fù)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(shù)措施研究；增加現(xiàn)場層間溫度監(jiān)測、氣象監(jiān)測等措施；加強瀝青混凝土心墻現(xiàn)場檢測頻次與質(zhì)量檢測控制；并開展層間結(jié)合部位力學(xué)性能的檢測。目的是檢測結(jié)合面溫度通過預(yù)熱、鋪設(shè)180℃瀝青后，再進行下一層瀝青混凝土入倉鋪設(shè)碾壓，其溫度變化規(guī)律與實體質(zhì)量是否能達到設(shè)計規(guī)范要求。

3 配合比及現(xiàn)場工藝試驗

3.1 室內(nèi)設(shè)計配合比

施工配合比設(shè)計，采用最大密度曲線理論進行礦料級配的計算，根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》SL 501-2010、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》DL/T 5411-2009及相關(guān)工程經(jīng)驗選擇0.43、0.41、0.39三種級配指數(shù)；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(jié)果，如表1所示，瀝青混凝土配合比空隙率、水穩(wěn)定性、小梁彎曲、滲透系數(shù)、靜三軸試驗等性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

表1 瀝青混凝土標(biāo)準(zhǔn)配合比參數(shù)

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(chǎn)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(yán)格按照瀝青混凝土拌和要求及各項原材料質(zhì)量控制指標(biāo)開始工藝試驗指導(dǎo)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(diào)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(chǎn)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(zhì)量。

表2 瀝青混凝土理論配合比參數(shù)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(jù)《水工瀝青混凝土施工規(guī)范》(SL514-2013)[1]有關(guān)規(guī)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(fēng)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(qū)施工存在極大局限性，因此為擺脫溫度局限，在施工現(xiàn)場進行了低溫季節(jié)瀝青混凝土表面溫度降至70℃以下的現(xiàn)場試驗，通過噴燈預(yù)熱底層結(jié)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(xù)輸送導(dǎo)熱油加熱，導(dǎo)熱油通過預(yù)埋管道對封閉的瀝青儲存罐進行連續(xù)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(nèi)熱式加熱滾筒。冷骨料連續(xù)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(jù)瀝青混凝土心墻的設(shè)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(cè)過渡料擬選用2臺3t振動碾進行碾壓。碾壓遍數(shù)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(huán)境溫度、瀝青混合料出機口溫度、至現(xiàn)場的溫度、入倉溫度、初碾溫度 、終碾溫度以及連續(xù)鋪筑時的上層表面溫度及其對應(yīng)的時間等數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場實測統(tǒng)計記錄分析，在運輸過程過采用棉被覆蓋后，當(dāng)環(huán)境溫度為-12℃時，出機口-入倉溫度損失約3℃～4℃；當(dāng)環(huán)境溫度為-6℃時，出機口-入倉溫度損失約2℃。從現(xiàn)場試驗得出，瀝青混合料最佳出機口溫度 155℃～180℃時 ，經(jīng)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(xiàn)場試驗段結(jié)合面溫度量測

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

由于過低的環(huán)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(jié)合面預(yù)熱、熱鋪瀝青與上層料的攤鋪，低于施工規(guī)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(jié)合面溫度迅速上升，大約在40min左右，結(jié)合面下1cm處溫度達到70℃。溫度持續(xù)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(jié)合面下1cm處溫度迅速上升，約在50min左右，結(jié)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(jié)合面下1cm處溫度迅速上升，約在45min左右，結(jié)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(jié)合面下1cm處溫升可通過上層高溫瀝青混凝土熱熔作業(yè)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(tǒng)計結(jié)果見表3、表4。

表3 瀝青混合料冬季施工檢測結(jié)果統(tǒng)計

表4 瀝青心墻芯樣冬季施工檢測結(jié)果統(tǒng)計

從試驗結(jié)果來看，低溫時段瀝青混凝土采用預(yù)報結(jié)合熱鋪瀝青方法施工后的實體各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

8 總 結(jié)

低溫季節(jié)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(yīng)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(jié)合面噴燈預(yù)熱、熱鋪180℃瀝青，其結(jié)合面結(jié)合程度良好，碾壓式瀝青混凝土的施工質(zhì)量是有保證的。