陳云 唐茂穎 胡志剛 陳雪松

摘要：為研究瀝青混凝土在高寒高海拔地區(qū)堆石壩心墻中應(yīng)用及施工的可行性，以及瀝青混凝土配合比設(shè)計的合理性，分析了西藏結(jié)巴水庫瀝青混凝土碾壓試驗過程中各種物理及力學性能的試驗檢測數(shù)據(jù)，提出了合理的施工工藝流程和碾壓參數(shù)，確定了骨料、瀝青以及瀝青混合料在不同工況下的溫度控制要求。結(jié)果表明：在高寒高海拔地區(qū)，現(xiàn)有瀝青混凝土拌和系統(tǒng)及其他施工機械設(shè)備在加強維護和有效調(diào)度的情況下，可滿足工程連續(xù)施工的要求;推薦瀝青混合料攤鋪厚度為30 cm，碾壓機具為2.6 t振動平碾，振動碾行車速度為1.5～2.0 km/h。研究成果可為高寒高海拔地區(qū)碾壓式瀝青混凝土心墻快速施工提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：堆石壩; 瀝青混凝土心墻; 碾壓試驗; 結(jié)巴水庫; 高寒高海拔地區(qū)

中圖法分類號：TV431 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.04.018

文章編號：1006 - 0081（2022）04 - 0106 - 07

0 引 言

近年來，瀝青混凝土防滲心墻以結(jié)構(gòu)簡單、工程量小、施工速度快[1]，以及良好的防滲性能與變形適應(yīng)性，在土石壩中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[2]。自碾壓式瀝青混凝土心墻在西藏旁多水利樞紐成功應(yīng)用以來，也越來越多地應(yīng)用于西藏高海拔地區(qū)土石壩的防滲結(jié)構(gòu)[3]。

結(jié)巴水庫位于西藏山南市境內(nèi)，屬IV等?。?）型工程。大壩結(jié)構(gòu)形式為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程4 179.35 m，最大壩高67.60 m，壩頂長335.0 m，壩頂寬8.0 m。瀝青混凝土心墻工程量為12 743.54 m3，心墻底高程4 115.50 m，心墻頂高程4 178.15 m，心墻高62.65 m。壩址處多年平均氣溫8.5 ℃，極端最高氣溫29 ℃，極端最低氣溫

-16.7 ℃，最大凍土層深度為0.6 m[4]。不同于普通地區(qū)工程，該碾壓式瀝青混凝土心墻位于典型的高寒高海拔地區(qū)，具有施工環(huán)境條件惡劣、氣候復(fù)雜多變、晝夜溫差大、機械與人工降效嚴重、技術(shù)質(zhì)量控制難點多、有效施工期短等特點。因此，本文針對上述特點開展高寒高海拔地區(qū)堆石壩心墻瀝青混凝土碾壓試驗研究，論證瀝青混凝土配合比設(shè)計的合理性，檢驗施工過程中原材料生產(chǎn)系統(tǒng)、瀝青混凝土拌和系統(tǒng)、運輸設(shè)備和攤鋪、碾壓設(shè)備等在高寒高海拔地區(qū)運行的可靠性和配套性，研究合理的施工工藝流程和碾壓參數(shù)，以解決施工過程中的技術(shù)質(zhì)量難點，指導(dǎo)瀝青混凝土心墻的施工，達到加快瀝青混凝土施工速度的目的。

1 瀝青混凝土技術(shù)要求及原材料

1.1 瀝青混凝土技術(shù)要求

結(jié)巴水庫大壩瀝青混凝土心墻主要設(shè)計指標見表1。

1.2 瀝 青

碾壓試驗用的瀝青為克拉瑪依石化分公司生產(chǎn)的70號A級水工石油瀝青，表2為瀝青品質(zhì)檢驗結(jié)果，其各項品質(zhì)指標均滿足規(guī)范要求。

1.3 填 料

碾壓試驗用的填料為拉薩曲水標威公司生產(chǎn)的礦粉，表3的品質(zhì)檢驗結(jié)果表明，其各項品質(zhì)指標均滿足規(guī)范要求。

1.4 細骨料

碾壓試驗用的細骨料為山南市多頗章鄉(xiāng)砂石料廠利用卵石破碎生產(chǎn)的人工砂，表4的品質(zhì)檢驗結(jié)果表明，除超徑率超標外（可通過調(diào)整瀝青混凝土配合比使礦料中細骨料含量達到要求），其他各項品質(zhì)指標均滿足規(guī)范要求。

1.5 粗骨料

碾壓試驗用的粗骨料為山南市多頗章鄉(xiāng)砂石料廠利用卵石破碎生產(chǎn)的2.36～19.0 mm碎卵石，表5的品質(zhì)檢驗結(jié)果表明，粗骨料各項品質(zhì)指標均滿足規(guī)范要求。

2 碾壓試驗準備工作

2.1 碾壓試驗場地布置

根據(jù)模擬現(xiàn)場施工條件的需要以及現(xiàn)場條件的限制，大壩心墻瀝青混凝土碾壓試驗場地布置于大壩上游庫區(qū)內(nèi)一處較平整的場地，場地規(guī)劃尺寸約為30 m×5 m，便于各項試驗實施及各種施工機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)。場地采用挖掘機進行平整，并用22 t振動碾進行碾壓，對碾壓完成后的試驗場地予以保護，設(shè)立警戒區(qū)域，嚴禁無關(guān)機械設(shè)備、車輛和人員進入場內(nèi)。

用于機械攤鋪試驗的C25混凝土試驗基座1塊，尺寸為30.0 m×2.0 m×0.2 m（長×寬×厚）。用于心墻瀝青混凝土碾壓試驗的場地布置見圖1。

試驗用混凝土基座施工完成并達到28 d齡期后，在混凝土基座表面1.6 m×30.0 m進行鑿毛，將鑿毛部位清理干凈后，噴冷稀釋瀝青0.2 kg/m2，稀釋瀝青中的汽油揮發(fā)后，再在其上部均勻不遺漏地攤鋪一層2.0 cm厚砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。

2.2 熱料倉骨料級配檢測及級配合成

碾壓試驗用的瀝青混合料骨料經(jīng)冷料倉初步配料后用皮帶送入烘干筒加熱，熱料經(jīng)熱篩分后儲存在熱料倉中。拌和瀝青混合料前對熱料倉中的各種規(guī)格的骨料級配進行了檢測，然后根據(jù)檢測結(jié)果，調(diào)整瀝青混凝土各種礦料用量，使實際使用礦料級配更接近于推薦瀝青混凝土配合比礦料級配，合成后礦料級配曲線見圖2。

2.3 瀝青混合料拌和

拌和瀝青混凝土前對拌和樓的稱量誤差進行檢驗及率定，滿足要求后按表6～7中的礦料級配和瀝青混凝土配合比參數(shù)進行配料及拌和。碾壓試驗用的瀝青混凝土配合比礦料級配見表6，配合比參數(shù)見表7。

骨料加熱采用烘干加熱桶加熱，加熱溫度嚴格控制在175 ℃～185 ℃，瀝青加熱采用導(dǎo)熱油間接加熱，加熱溫度嚴格控制在155 ℃～165 ℃，瀝青混合料出料溫度嚴格控制在155 ℃～175 ℃。制備出來的瀝青混合料要求色澤均勻、稀稠一致，無花白料、黃煙及其他異?，F(xiàn)象。觀察出機口瀝青混合料的外觀并測試瀝青混合料出機口溫度，若不滿足要求，適當進行調(diào)整。

拌制瀝青混合料時，每盤配料量為拌和樓攪拌罐的額定容量。按照粗骨料→細骨料→粉料→瀝青的順序進行投料。并先將骨料和填料干拌15 s，再加入熱瀝青一起拌和不少于45 s，瀝青混合料的總拌和時間不少于60 s。要求瀝青混合料色澤均勻，不離析，無花白料[5]。

2.4 瀝青混合料運輸

（1） 因為拌和樓至瀝青混凝土心墻施工現(xiàn)場運輸距離較近，所以采用改裝后的自卸車直接運輸至施工現(xiàn)場，再用裝載機配合卸料入倉。

（2） 料場及場內(nèi)道路需經(jīng)過處理并及時進行維護，確保道路平整。

（3） 瀝青混合料在運輸途中需防止漏料，并減少熱量損失，必要時采取保溫措施。

（4） 需加強瀝青混合料運輸車輛的維護和維修，保持車廂干凈、干燥;在運轉(zhuǎn)或卸料時，盡量降低混合料的落差，防止瀝青混合料離析。

（5） 在運輸瀝青混合料時，可事先噴灑或涂刷少量防黏液，防止瀝青混合料黏附運輸工具。

3 攤鋪碾壓試驗

瀝青混凝土心墻碾壓試驗采用機械攤鋪，其作業(yè)順序為：施工準備→層面清理→測量放線→標記定位線→攤鋪機進行攤鋪→過渡層的初碾→瀝青混合料和過渡層材料的同步碾壓→終碾。現(xiàn)場攤鋪碾壓試驗場次布置及試驗抽檢項目見表8，現(xiàn)場攤鋪碾壓試驗配備的主要儀器設(shè)備設(shè)施見表9。

3.1 瀝青混合料攤鋪碾壓

（1） 施工準備。心墻瀝青混合料機械攤鋪碾壓試驗在已經(jīng)準備好的試驗場地上進行，第一層尺寸為30.0 m×1.0 m（長×寬），第二層尺寸為28.0 m×0.8 m（長×寬），每層攤鋪一半厚度為0.30 m，另外一半的厚度為0.35 m。

（2） 測量放線。在進行瀝青混合料攤鋪試驗前，首先進行測量放線，結(jié)合邊樁在各測點上用石灰標記，用全站儀實測各測點的坐標位置，并進行水準測量，獲得高程基準。

（3） 標記定位線。用全站儀測出心墻中心線上的中心點，并做上標記，用白漆和絲線繪出心墻的中心線，繪制的中心線與設(shè)計中心線偏差控制在±5 mm。繪制的中心線即為攤鋪機的行走路線，確保心墻的偏離度控制在要求的范圍內(nèi)。

（4） 用攤鋪機進行攤鋪。利用攤鋪機攤鋪瀝青混合料和過渡料前，應(yīng)做好以下充分準備。① 攤鋪機定位要準確，確保攤鋪后的心墻偏離度滿足要求。② 模板要調(diào)整準確，攤鋪后的過渡料厚度宜低于瀝青混合料攤鋪厚度2 cm左右。瀝青心墻攤鋪寬度和過渡料攤鋪寬度控制要準確。③ 過渡料應(yīng)按現(xiàn)場需求準備充足，并存放于合適的位置，便于挖掘機上料，使之能和攤鋪機同步。④ 攤鋪機行走面應(yīng)平整，表面不平整度宜不大于20～40 mm。

一切準備就緒后，開始進行攤鋪作業(yè)。步驟如下。① 現(xiàn)場采用改裝后的自卸車運到施工現(xiàn)場，卸入裝載機中，再由裝載機送入攤鋪機的料倉內(nèi)。②嚴格控制瀝青混合料入倉溫度在140 ℃～165 ℃。在瀝青混合料攤鋪過程中，隨時檢查瀝青混合料溫度，不合格的瀝青混合料不允許入倉，并作廢料處理。③瀝青混合料的施工機具及時清理，保持干凈，施工中防止柴油類防黏液污染攤鋪層面。

（5） 瀝青混合料及過渡料碾壓。① 待瀝青混合料和過渡料攤鋪一段距離后（一般10 m左右即可），采用2臺2.6 t振動碾進行碾壓，振動碾碾輪寬度小于瀝青心墻寬度時采用貼縫碾壓，振動碾碾輪寬度大于瀝青心墻寬度時采用騎縫碾壓。碾壓順序為：靜碾過渡料1遍→靜碾瀝青混合料2遍→動碾過渡料4遍→動碾瀝青混合料6，8，10遍→動碾過渡料4，6，8遍→最后靜碾瀝青混合料1遍收光。振動碾行走速度為1.5～2.0 km/h，過渡料與心墻結(jié)合部位采用靜壓1遍壓平過渡料。碾壓瀝青混合料初始溫度控制在145 ℃～150 ℃，終碾溫度控制在135 ℃～140 ℃。② 碾壓瀝青混合料時，在碾輪上事先噴灑少量水，防止瀝青混合料黏附碾輪且對碾面上的黏附物進行及時清理。③ 發(fā)生陷碾時，及時清理陷碾部位的瀝青混合料，并回填新的瀝青混合料。④ 碾壓過程中，及時清理創(chuàng)面上的污物和冷料塊，并用工具將嵌入瀝青混凝土心墻的礫石清除。⑤ 攤鋪機后可拖帶一段帆布，長寬根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定，用以遮擋挖掘機上料時掉落的過渡料，防止過渡料污染心墻表面。

3.2 試驗檢測結(jié)果

碾壓試驗鉆芯取樣檢測結(jié)果見表10。實測礦料級配曲線見圖3。由表10的試驗檢測結(jié)果可以看出，碾壓試驗抽檢的芯樣各項檢測指標均滿足規(guī)范或設(shè)計技術(shù)要求。同一種檢測指標在不同的碾壓遍數(shù)下，其試驗結(jié)果差異較大，但試驗結(jié)果變化符合一般規(guī)律。

3.3 密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系

碾壓試驗密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系見圖4。由圖可見，碾壓遍數(shù)為6，8遍時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，密度增加較大。在碾壓遍數(shù)10遍時，當攤鋪厚度為30 cm，密度沒有增加，反而略有下降;當攤鋪厚度為35 cm，密度有所增加，但增加幅度較小，密度仍有增長空間。

3.4 密度與攤鋪厚度關(guān)系

碾壓試驗密度與攤鋪厚度關(guān)系見圖5。由圖可見，在同樣的碾壓遍數(shù)下，瀝青混凝土在攤鋪厚度為30 cm時的密度要明顯要大于攤鋪厚度為35 cm時的密度。

3.5 沉降值與碾壓遍數(shù)關(guān)系

碾壓試驗分別碾壓至4，6，8遍和10遍時測量碾壓面頂高程，每種碾壓遍數(shù)下測量4個沉降點的頂高程，計算平均沉降值和沉降率（沉降值與攤鋪厚度的比值）。沉降值與碾壓遍數(shù)關(guān)系見圖6。

測量結(jié)果表明：① 當瀝青混合料攤鋪厚度為30 cm時，一層和二層平均沉降值分別為46 mm和44 mm，平均沉降率分別為15.4%和14.7%;當攤鋪厚度為35 cm時，一層和二層平均沉降值分別為56 mm和54 mm，平均沉降率分別為15.9%和15.5%。② 由圖6可以看出：在碾壓遍數(shù)為4，6，8遍時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，沉降值增加較大。在碾壓遍數(shù)為10遍時，當攤鋪厚度為30 cm，沉降值沒有增加，部分反而略有減少;當攤鋪厚度為35 cm，部分沉降值略有增加，但增加幅度較小，瀝青混合料仍有壓縮空間。

3.6 無核密度儀應(yīng)用情況分析

由表10鉆芯取樣檢測和無核密度儀檢測瀝青混凝土密度結(jié)果可知，瀝青混凝土無核密度檢測結(jié)果比芯樣密度檢測結(jié)果大0.005～0.023 g/cm3，平均誤差為0.015 g/cm3;誤差率在0.2%～1.0%之間，平均誤差率為0.6%，誤差率均小于1.0%，其誤差在可控范圍之內(nèi)。經(jīng)分析，無核密度儀檢測瀝青混凝土密度出現(xiàn)誤差，應(yīng)與瀝青混合料的不均勻性有關(guān)。因骨料的密度顯著大于瀝青密度，若區(qū)域骨料集中，密度檢測結(jié)果誤差就偏大;區(qū)域骨料分布均勻，則密度檢測結(jié)果誤差較小。建議在施工過程中使用無核密度儀檢測瀝青混凝土密度時，定期對其進行標定，并采用鉆芯法檢測的密度對該設(shè)備的檢測結(jié)果進行修正，以減小該設(shè)備的檢測誤差。

4 結(jié) 論

通過對西藏結(jié)巴水庫場外瀝青混凝土攤鋪碾壓試驗取得的試驗成果及室內(nèi)原材料和瀝青混凝土芯樣試驗成果進行分析，得出如下結(jié)論。

（1） 《西藏結(jié)巴水庫堆石壩心墻瀝青混凝土試驗研究報告》[6]中，推薦的瀝青混凝土配合比經(jīng)現(xiàn)場攤鋪碾壓試驗及室內(nèi)試驗驗證，可用于結(jié)巴水庫大壩瀝青混凝土心墻施工，使用過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場原材料情況對配合比進行微調(diào)。

（2） 用于結(jié)巴水庫瀝青混凝土的瀝青和粗骨料品質(zhì)滿足規(guī)范技術(shù)要求。人工砂的超徑率不滿足規(guī)范要求，但可通過調(diào)整瀝青混凝土配合比使礦料中細骨料含量滿足規(guī)范要求。因此，用于本次試驗的人工砂通過調(diào)整配合比相關(guān)參數(shù)亦可用于本工程瀝青混凝土心墻的施工。

（3） 瀝青混凝土拌和系統(tǒng)、運輸設(shè)備、攤鋪設(shè)備和碾壓設(shè)備等在加強維護和有效調(diào)度的情況下，可滿足工程連續(xù)施工的要求。

（4） 瀝青混凝土溫度控制嚴格按規(guī)范要求執(zhí)行：骨料加熱溫度嚴格控制在175 ℃～185 ℃，瀝青加熱溫度嚴格控制在155 ℃～165 ℃，瀝青混合料出料溫度嚴格控制在155 ℃～175 ℃。制備出來的瀝青混合料要求色澤均勻、稀稠一致、無花白料、黃煙及其他異常現(xiàn)象。

（5） 瀝青混合料入倉溫度應(yīng)嚴格控制在140 ℃～165 ℃之間，碾壓瀝青混合料初始溫度宜控制在130 ℃～150 ℃之間，終碾溫度宜不低于110 ℃。

（6） 初步推薦現(xiàn)場施工碾壓參數(shù)如下：① 瀝青混合料攤鋪厚度為30 cm，碾壓機具為2.6 t振動平碾。② 振動碾碾輪寬度小于瀝青心墻寬度時采用貼縫碾壓，振動碾碾輪寬度大于瀝青心墻寬度時采用騎縫碾壓。碾壓順序為：靜碾過渡料1遍→靜碾瀝青混合料2遍→動碾過渡料4遍→動碾瀝青混合料8遍→動碾過渡料6遍→最后靜碾瀝青混合料1遍收光，過渡料與心墻結(jié)合部位采用靜壓1遍壓平過渡料。③ 振動碾行車速度為1.5～2.0 km/h。

（7） 通過取芯驗證，瀝青混凝土與水泥混凝土基座結(jié)合良好，瀝青混凝土層間結(jié)合良好。

（8） 經(jīng)試驗驗證，瀝青混凝土無核密度儀能快速、無損地定量檢測瀝青混凝土密度，在定期有效標定的情況下，通過采取芯樣修正措施，其誤差率能控制在1.0%以內(nèi)，可用于施工過程中對瀝青混凝土心墻質(zhì)量進行動態(tài)控制和評價，為下一層瀝青混凝土心墻的快速施工提供參考。

參考文獻：

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[2] 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)狀與對策[J]. 長江科學院院報， 2014， 31（10）： 51-57.

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[4] 劉典忠，馬江飛， 孫士國， 等. 高寒高海拔地區(qū)碾壓式瀝青混凝土心墻施工質(zhì)量控制[J]. 四川水利， 2018， （增1）： 39-41.

[5] SL 514-2013 水工瀝青混凝土施工規(guī)范[S].

[6] 王為標，劉杰，郭海鵬， 等. 西藏結(jié)巴水庫堆石壩心墻瀝青混凝土試驗研究[R]. 西安：西安理工大學，2016.

（編輯：江 文）

Study on rolling compaction test of asphalt concrete core wall of rockfill dam in high altitude and cold area

CHEN Yun1， TANG Maoying2， HU Zhigang1， CHEN Xuesong1

（1.? Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering， Changjiang River Scientific Research Institute， Wuhan 430010，

China; 2. Guoneng Qinghai Yellow River Maerdang Hydropower Development Co. Ltd.， Guoluo Tibetan Autonomous Prefecture 814000， China）

Abstract：In order to study the application and construction of asphalt concrete in the core wall of rockfill dam in high altitude and cold area and the rationality of asphalt concrete mix proportion design， the test data obtained from rolling compaction test of asphalt concrete of Jieba Reservoir in Tibet were analyzed. The results showed that the existing asphalt concrete mixing system and construction machinery and equipment could meet the requirements of continuous construction under the condition of strengthening maintenance and effective scheduling in high altitude and cold area. The reasonable construction process and rolling parameters were put forward， and the temperature control requirements of aggregate， asphalt and asphalt mixture under different working conditions were determined.The recommended paving thickness of asphalt mixture was 30 cm， the rolling machine was 2.6 t vibratory flat roller， and the driving speed of vibratory roller was 1.5 ～ 2.0 km/h. The research results could provide technical support for the rapid construction of rolled asphalt concrete core wall in high altitude and cold area.

Key words：? rockfill dam; asphalt concrete core wall; rolling compaction test; Jieba Reservoir; high altitude and cold area