托帕水庫(kù)碾壓式瀝青混凝土心墻冬季施工措施

1 工程概況

托帕水庫(kù)工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃轂跚】h境內(nèi)，工程壩址位于恰克瑪克河上，建設(shè)任務(wù)為灌溉、防洪。壩址距恰克瑪克河攔河引水樞紐45 km，距阿圖什市92 km。水庫(kù)正常蓄水位2 394.50 m，相應(yīng)庫(kù)容5 709.82 萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容3 907.69 萬(wàn)m3。

托帕水庫(kù)地處高原、風(fēng)口地區(qū)，冬季氣溫低、風(fēng)力大，氣候條件十分惡劣，不利于瀝青混凝土心墻施工。 由于心墻基座混凝土施工嚴(yán)重滯后， 迫使其碾壓式瀝青混凝土心墻在氣溫遠(yuǎn)低于0 ℃的冬季進(jìn)行施工作業(yè)，因此，必須采取有效的負(fù)溫施工應(yīng)對(duì)措施。 施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)負(fù)溫瀝青混凝土及砂礫石過(guò)渡料碾壓試驗(yàn)研究，通過(guò)采取調(diào)整瀝青料配比、改進(jìn)瀝青心墻及過(guò)渡料碾壓方式、增加冬季施工防護(hù)措施等手段，克服了碾壓式瀝青混凝土心墻在負(fù)溫情況下冬季施工的技術(shù)難點(diǎn)， 工程得以順利實(shí)施。

2 冬季施工措施

2.1 施工時(shí)間的調(diào)整

根據(jù)招投標(biāo)文件及相關(guān)單位的施工經(jīng)驗(yàn)， 托帕水庫(kù)冬季施工的氣象條件十分惡劣。 在瀝青心墻施工高峰期的12 月份，無(wú)降水的情況下，白天11 時(shí)左右陽(yáng)光照入谷口時(shí)，壩址氣溫才會(huì)回到0 ℃以上，至下午5 點(diǎn)陽(yáng)光離開(kāi)谷口地帶后，溫度迅速降低， 并在30 min 內(nèi)回到負(fù)溫狀態(tài)， 夜間溫度更普遍在-15 ℃以下，2018 年出現(xiàn)過(guò)-32 ℃的極端低溫。 因此，心墻施工必須考慮在氣溫較高的白天進(jìn)行，夜晚不能進(jìn)行施工。 結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃的安排， 施工時(shí)間最終確定在11 月26 日~次年1 月10 日，施工時(shí)段調(diào)整為11：00~18：00，每天進(jìn)行1 層瀝青心墻施工，預(yù)計(jì)共完成36 層碾壓式瀝青混凝土心墻施工。

2.2 瀝青混凝土配合比的調(diào)整

按招投標(biāo)文件要求，瀝青采用庫(kù)車90 號(hào)（A 級(jí)）石油瀝青，項(xiàng)目委托西北工業(yè)大學(xué)對(duì)冬季施工瀝青混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)不同的骨料級(jí)配指數(shù)，不同的填料含量及油石比進(jìn)行了多種冬季施工配合比試驗(yàn)，最終從性能、安全及經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合本工程現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，明確了冬季碾壓式瀝青混凝土施工配合比。 配合比參數(shù)見(jiàn)表1， 力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表1 冬季碾壓式瀝青混凝土施工配合比

表2 力學(xué)性能試驗(yàn)成果

2.3 瀝青混凝土施工設(shè)備的冬季保溫措施

2.3.1 瀝青拌和樓保溫措施

現(xiàn)場(chǎng)采用YQLB1000 型瀝青混凝土拌和系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在負(fù)溫情況下表現(xiàn)不佳，各種管路、閥件、集塵裝置等在負(fù)溫下易因結(jié)冰而導(dǎo)致動(dòng)作失效，因此，必須采取保溫措施。 根據(jù)其他工程施工經(jīng)驗(yàn)，在瀝青管道、各種管路、閥件及集塵裝置等易結(jié)冰部位采用雙層礦棉中間加裝電熱絲的方法進(jìn)行保溫，經(jīng)改裝后實(shí)際運(yùn)行效果顯示，能夠有效消除結(jié)冰現(xiàn)象，計(jì)量精度滿足設(shè)計(jì)要求。 瀝青混凝土出料口加裝帆布筒，使熱瀝青混合料直接溜入瀝青混凝土運(yùn)輸車， 避免卸料過(guò)程中的熱量損失。

2.3.2 瀝青混凝土運(yùn)輸車保溫措施

瀝青混凝土的運(yùn)輸采用5 t 自卸車，為適應(yīng)冬季負(fù)溫情況下施工，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行改裝，在運(yùn)輸車大箱板底部及側(cè)板加裝保溫隔熱層，車廂頂部加裝保溫隔熱蓋板，避免運(yùn)輸過(guò)程中的熱量損失。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，在-12 ℃、風(fēng)力5~6 級(jí)的外界氣象條件下，15 min 的運(yùn)輸時(shí)間內(nèi)，瀝青混合料的溫度損失在10~15 ℃，可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度控制要求。

2.3.3 裝載機(jī)的保溫措施

瀝青混凝土上料采用改裝的裝載機(jī)， 將裝載機(jī)原裝載斗換成3 m3瀝青混合料料斗， 其放料門由裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)控制。 自卸車將瀝青混合料卸至裝載機(jī)料斗內(nèi)由裝載機(jī)向攤鋪機(jī)瀝青混合料料斗內(nèi)裝料。 實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，盡管裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)瀝青混合料時(shí)間較短， 但在較大的風(fēng)力及負(fù)溫情況下，仍然存在失溫過(guò)快的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)一旦發(fā)生意外情況，瀝青混合料在無(wú)保溫措施的料斗里只需10 min 其表面即會(huì)出現(xiàn)失溫板結(jié)現(xiàn)象，因此，必須對(duì)裝載機(jī)料斗進(jìn)行保溫改裝。 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)料斗側(cè)面加裝保溫隔熱層，料斗頂部加裝可人工開(kāi)合的保溫蓋板， 當(dāng)瀝青料卸至裝載機(jī)料斗后立即手動(dòng)關(guān)閉隔熱蓋板，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，在-12 ℃、風(fēng)力5~6 級(jí)的外界氣象條件下，10 min 的等待卸料時(shí)間內(nèi)，裝載機(jī)料斗內(nèi)的瀝青混合料的表面溫度損失可以控制在15 ℃左右， 能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度控制要求。

2.3.4 瀝青攤鋪機(jī)的保溫措施

瀝青攤鋪機(jī)采用經(jīng)多個(gè)工程成功應(yīng)用的LBXT3500 聯(lián)合心墻攤鋪機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行改裝，首先在攤鋪機(jī)瀝青混合料料斗外側(cè)加裝保溫隔熱層，料斗頂部加裝人工開(kāi)合操作的隔熱蓋板。 當(dāng)裝載機(jī)將瀝青混合料卸入攤鋪機(jī)瀝青混合料料斗后立即關(guān)閉隔熱蓋板，以減少瀝青混合料在攤鋪機(jī)料斗里的溫度損失。 在攤鋪機(jī)下方加裝紅外線加熱器，確保攤鋪機(jī)以1~3 m/min 速度行進(jìn)時(shí)下層瀝青混凝土表面溫度不低于70 ℃。

2.4 碾壓式瀝青心墻冬季碾壓參數(shù)的確定

為確定冬季施工碾壓參數(shù)， 特在上游圍堰進(jìn)行了工藝性實(shí)驗(yàn)，時(shí)間為11 月22 日，為更好地模擬冬季瀝青攤鋪時(shí)的氣象條件， 施工人員將實(shí)驗(yàn)攤鋪時(shí)間放在溫度較低的后半夜進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)氣溫為-5~-12 ℃，風(fēng)力4~5 級(jí)。 實(shí)驗(yàn)采用改裝后的LBXT3500 聯(lián)合心墻攤鋪機(jī)， 瀝青混凝土的碾壓采用1.5 t 雙輪振動(dòng)碾， 過(guò)渡料碾壓采用2.5 t 雙鋼輪振動(dòng)碾，實(shí)驗(yàn)?zāi)雺簠?shù)分3 組進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。

由于托帕水庫(kù)地處風(fēng)口地區(qū)，壩上風(fēng)力較大，覆蓋帆布碾壓可有效減少風(fēng)力較大時(shí)的溫度損失。 根據(jù)東北勘探設(shè)計(jì)研究院在尼爾基的研究成果顯示，“蓋布碾壓不僅可以有效地減少風(fēng)力造成的瀝青混凝土表面溫度的損失， 而且還可以防止振動(dòng)碾在碾壓過(guò)程中出現(xiàn)的黏碾輪、卡碾子的現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)振動(dòng)碾的使用壽命， 同時(shí)蓋布碾壓還使得瀝青混凝土表面的瀝青—填料不因黏附在碾輪上而被帶走， 利于瀝青混凝土心墻的層間結(jié)合”[1]，因此，盡管蓋布碾壓的瀝青混凝土孔隙率略高于不蓋布碾壓，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)明確采用覆蓋帆布碾壓。

從溫度控制方面看，瀝青恒溫溫度控制在160 ℃±5 ℃，集料加熱溫度控制在170~190 ℃， 混合料出料溫度控制在170~180 ℃，混合料溫度超過(guò)180 ℃進(jìn)行廢棄，不得上壩。 混合料入倉(cāng)溫度控制范圍在160~175 ℃， 碾壓溫度控制范圍在140~160 ℃。

從實(shí)驗(yàn)成果可見(jiàn)，3 種碾壓參數(shù)均滿足孔隙率低于3%的設(shè)計(jì)要求，而東北勘探設(shè)計(jì)研究院在尼爾基的研究成果認(rèn)為：“碾壓式瀝青混凝土負(fù)溫施工中，孔隙率并非越低越好，而應(yīng)在滿足孔隙率小于3%的前提下，盡量選擇碾壓遍數(shù)最少的碾壓方式作為最佳碾壓方式，因?yàn)樵谪?fù)溫施工中，瀝青混凝土溫度下降很快，如果碾壓遍數(shù)過(guò)多，反而會(huì)造成瀝青混凝土本身的結(jié)構(gòu)破壞。 施工環(huán)境溫度越低，越應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青混凝土的碾壓遍數(shù)”。 因此，最終確定的碾壓參數(shù)為2+8+2。

2.5 過(guò)渡料冬季施工措施

過(guò)渡料碾壓參數(shù)已在前期碾壓實(shí)驗(yàn)中確定， 現(xiàn)場(chǎng)需要解決的是在負(fù)溫情況下施工過(guò)程過(guò)渡料的防凍問(wèn)題。

1）托帕項(xiàng)目過(guò)渡料堆位于壩址下游1 km 處，運(yùn)輸距離短，上壩方便。 但由于夜間溫度低，過(guò)渡料堆表面會(huì)形成凍土層，層厚通常在30~50 cm，因此，在冬季負(fù)溫條件下施工時(shí)，采取先剝離凍土層再將備料裝車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的施工方法。

2）常規(guī)施工中，過(guò)渡料會(huì)在攤鋪施工前集中運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場(chǎng)，按一定間距進(jìn)行堆放，以免在施工過(guò)程中因過(guò)渡料供應(yīng)不及時(shí)造成心墻攤鋪機(jī)停止運(yùn)行，但在負(fù)溫環(huán)境下，提前堆放的過(guò)渡料很可能在使用前即發(fā)生冰凍傷害。 因此，過(guò)渡料運(yùn)輸調(diào)整為隨用隨運(yùn)，施工現(xiàn)場(chǎng)不再保留過(guò)多的備用料堆。

3）過(guò)渡料入倉(cāng)后隨瀝青心墻的碾壓同步進(jìn)行，當(dāng)碾壓完成后立即用保溫棉被對(duì)瀝青混凝土心墻及其上下游過(guò)渡料進(jìn)行全面覆蓋，利用瀝青心墻散發(fā)的熱量有效防止過(guò)渡料上凍，為防止夜間風(fēng)力較大時(shí)掀起保溫棉被， 保溫棉被上放置鋼筋制作的防風(fēng)架。

3 越冬防護(hù)

根據(jù)招標(biāo)文件提供的氣象資料， 壩址地區(qū)冬季最大凍土深度＞150 cm，最大積雪深度54 cm。因此，托帕水庫(kù)完成冬季施工任務(wù)準(zhǔn)備越冬時(shí)，在心墻上覆蓋保溫棉被后再覆蓋2.0 m厚過(guò)渡料進(jìn)行防護(hù)，次年施工時(shí)，在瀝青心墻間斜接縫上下游分別加厚20 cm 左右，以免形成薄弱環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

托帕水庫(kù)碾壓式瀝青混凝土心墻施工在2019 年11 月26日至2020 年1 月4 日的負(fù)溫條件下進(jìn)行了38 層瀝青心墻及其對(duì)應(yīng)過(guò)渡料鋪筑施工，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)成果顯示，瀝青心墻孔隙率、 滲透系數(shù)、 容重檢測(cè)及三軸檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，過(guò)渡料壓實(shí)度指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

冬季施工共計(jì)完成38 個(gè)碾壓式瀝青混凝土心墻單元工程施工質(zhì)量評(píng)定，76 個(gè)過(guò)渡料填筑單元工程施工質(zhì)量評(píng)定。碾壓式瀝青混凝土心墻合格38 個(gè)單元工程，單元工程合格率為100%，其中優(yōu)良單元工程為36 個(gè)，單元工程優(yōu)良率為94.7%，過(guò)渡料填筑合格76 個(gè)單元工程，單元工程合格率為100%，其中優(yōu)良單元工程為73 個(gè)，單元工程優(yōu)良率為96.1%。