托帕水库碾压式沥青混凝土心墙冬季施工措施

1 工程概况

托帕水库工程位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，工程坝址位于恰克玛克河上，建设任务为灌溉、防洪。坝址距恰克玛克河拦河引水枢纽45 km，距阿图什市92 km。水库正常蓄水位2 394.50 m，相应库容5 709.82 万m3，调节库容3 907.69 万m3。

托帕水库地处高原、风口地区，冬季气温低、风力大，气候条件十分恶劣，不利于沥青混凝土心墙施工。 由于心墙基座混凝土施工严重滞后， 迫使其碾压式沥青混凝土心墙在气温远低于0 ℃的冬季进行施工作业，因此，必须采取有效的负温施工应对措施。 施工现场经过负温沥青混凝土及砂砾石过渡料碾压试验研究，通过采取调整沥青料配比、改进沥青心墙及过渡料碾压方式、增加冬季施工防护措施等手段，克服了碾压式沥青混凝土心墙在负温情况下冬季施工的技术难点， 工程得以顺利实施。

2 冬季施工措施

2.1 施工时间的调整

根据招投标文件及相关单位的施工经验， 托帕水库冬季施工的气象条件十分恶劣。 在沥青心墙施工高峰期的12 月份，无降水的情况下，白天11 时左右阳光照入谷口时，坝址气温才会回到0 ℃以上，至下午5 点阳光离开谷口地带后，温度迅速降低， 并在30 min 内回到负温状态， 夜间温度更普遍在-15 ℃以下，2018 年出现过-32 ℃的极端低温。 因此，心墙施工必须考虑在气温较高的白天进行，夜晚不能进行施工。 结合施工进度计划的安排， 施工时间最终确定在11 月26 日~次年1 月10 日，施工时段调整为11：00~18：00，每天进行1 层沥青心墙施工，预计共完成36 层碾压式沥青混凝土心墙施工。

2.2 沥青混凝土配合比的调整

按招投标文件要求，沥青采用库车90 号（A 级）石油沥青，项目委托西北工业大学对冬季施工沥青混凝土配合比进行设计。 根据不同的骨料级配指数，不同的填料含量及油石比进行了多种冬季施工配合比试验，最终从性能、安全及经济的角度出发，结合本工程现场施工的实际情况，明确了冬季碾压式沥青混凝土施工配合比。 配合比参数见表1， 力学性能见表2。

表1 冬季碾压式沥青混凝土施工配合比

表2 力学性能试验成果

2.3 沥青混凝土施工设备的冬季保温措施

2.3.1 沥青拌和楼保温措施

现场采用YQLB1000 型沥青混凝土拌和系统， 该系统在负温情况下表现不佳，各种管路、阀件、集尘装置等在负温下易因结冰而导致动作失效，因此，必须采取保温措施。 根据其他工程施工经验，在沥青管道、各种管路、阀件及集尘装置等易结冰部位采用双层矿棉中间加装电热丝的方法进行保温，经改装后实际运行效果显示，能够有效消除结冰现象，计量精度满足设计要求。 沥青混凝土出料口加装帆布筒，使热沥青混合料直接溜入沥青混凝土运输车， 避免卸料过程中的热量损失。

2.3.2 沥青混凝土运输车保温措施

沥青混凝土的运输采用5 t 自卸车，为适应冬季负温情况下施工，现场对运输车进行改装，在运输车大箱板底部及侧板加装保温隔热层，车厢顶部加装保温隔热盖板，避免运输过程中的热量损失。 经现场实际测量，在-12 ℃、风力5~6 级的外界气象条件下，15 min 的运输时间内，沥青混合料的温度损失在10~15 ℃，可以满足施工现场的温度控制要求。

2.3.3 装载机的保温措施

沥青混凝土上料采用改装的装载机， 将装载机原装载斗换成3 m3沥青混合料料斗， 其放料门由装载机的液压系统控制。 自卸车将沥青混合料卸至装载机料斗内由装载机向摊铺机沥青混合料料斗内装料。 实际施工中发现，尽管装载机转运沥青混合料时间较短， 但在较大的风力及负温情况下，仍然存在失温过快的问题，现场一旦发生意外情况，沥青混合料在无保温措施的料斗里只需10 min 其表面即会出现失温板结现象，因此，必须对装载机料斗进行保温改装。 现场对料斗侧面加装保温隔热层，料斗顶部加装可人工开合的保温盖板， 当沥青料卸至装载机料斗后立即手动关闭隔热盖板，经现场实际测量，在-12 ℃、风力5~6 级的外界气象条件下，10 min 的等待卸料时间内，装载机料斗内的沥青混合料的表面温度损失可以控制在15 ℃左右， 能够满足施工现场的温度控制要求。

2.3.4 沥青摊铺机的保温措施

沥青摊铺机采用经多个工程成功应用的LBXT3500 联合心墙摊铺机，现场对摊铺机进行改装，首先在摊铺机沥青混合料料斗外侧加装保温隔热层，料斗顶部加装人工开合操作的隔热盖板。 当装载机将沥青混合料卸入摊铺机沥青混合料料斗后立即关闭隔热盖板，以减少沥青混合料在摊铺机料斗里的温度损失。 在摊铺机下方加装红外线加热器，确保摊铺机以1~3 m/min 速度行进时下层沥青混凝土表面温度不低于70 ℃。

2.4 碾压式沥青心墙冬季碾压参数的确定

为确定冬季施工碾压参数， 特在上游围堰进行了工艺性实验，时间为11 月22 日，为更好地模拟冬季沥青摊铺时的气象条件， 施工人员将实验摊铺时间放在温度较低的后半夜进行，实验时，现场实测气温为-5~-12 ℃，风力4~5 级。 实验采用改装后的LBXT3500 联合心墙摊铺机， 沥青混凝土的碾压采用1.5 t 双轮振动碾， 过渡料碾压采用2.5 t 双钢轮振动碾，实验碾压参数分3 组进行对比检测。

由于托帕水库地处风口地区，坝上风力较大，覆盖帆布碾压可有效减少风力较大时的温度损失。 根据东北勘探设计研究院在尼尔基的研究成果显示，“盖布碾压不仅可以有效地减少风力造成的沥青混凝土表面温度的损失， 而且还可以防止振动碾在碾压过程中出现的黏碾轮、卡碾子的现象，从而延长振动碾的使用寿命， 同时盖布碾压还使得沥青混凝土表面的沥青—填料不因黏附在碾轮上而被带走， 利于沥青混凝土心墙的层间结合”[1]，因此，尽管盖布碾压的沥青混凝土孔隙率略高于不盖布碾压，现场实验明确采用覆盖帆布碾压。

从温度控制方面看，沥青恒温温度控制在160 ℃±5 ℃，集料加热温度控制在170~190 ℃， 混合料出料温度控制在170~180 ℃，混合料温度超过180 ℃进行废弃，不得上坝。 混合料入仓温度控制范围在160~175 ℃， 碾压温度控制范围在140~160 ℃。

从实验成果可见，3 种碾压参数均满足孔隙率低于3%的设计要求，而东北勘探设计研究院在尼尔基的研究成果认为：“碾压式沥青混凝土负温施工中，孔隙率并非越低越好，而应在满足孔隙率小于3%的前提下，尽量选择碾压遍数最少的碾压方式作为最佳碾压方式，因为在负温施工中，沥青混凝土温度下降很快，如果碾压遍数过多，反而会造成沥青混凝土本身的结构破坏。 施工环境温度越低，越应严格控制沥青混凝土的碾压遍数”。 因此，最终确定的碾压参数为2+8+2。

2.5 过渡料冬季施工措施

过渡料碾压参数已在前期碾压实验中确定， 现场需要解决的是在负温情况下施工过程过渡料的防冻问题。

1）托帕项目过渡料堆位于坝址下游1 km 处，运输距离短，上坝方便。 但由于夜间温度低，过渡料堆表面会形成冻土层，层厚通常在30~50 cm，因此，在冬季负温条件下施工时，采取先剥离冻土层再将备料装车运至施工现场的施工方法。

2）常规施工中，过渡料会在摊铺施工前集中运输至摊铺现场，按一定间距进行堆放，以免在施工过程中因过渡料供应不及时造成心墙摊铺机停止运行，但在负温环境下，提前堆放的过渡料很可能在使用前即发生冰冻伤害。 因此，过渡料运输调整为随用随运，施工现场不再保留过多的备用料堆。

3）过渡料入仓后随沥青心墙的碾压同步进行，当碾压完成后立即用保温棉被对沥青混凝土心墙及其上下游过渡料进行全面覆盖，利用沥青心墙散发的热量有效防止过渡料上冻，为防止夜间风力较大时掀起保温棉被， 保温棉被上放置钢筋制作的防风架。

3 越冬防护

根据招标文件提供的气象资料， 坝址地区冬季最大冻土深度＞150 cm，最大积雪深度54 cm。因此，托帕水库完成冬季施工任务准备越冬时，在心墙上覆盖保温棉被后再覆盖2.0 m厚过渡料进行防护，次年施工时，在沥青心墙间斜接缝上下游分别加厚20 cm 左右，以免形成薄弱环节。

4 结语

托帕水库碾压式沥青混凝土心墙施工在2019 年11 月26日至2020 年1 月4 日的负温条件下进行了38 层沥青心墙及其对应过渡料铺筑施工，根据试验检测成果显示，沥青心墙孔隙率、 渗透系数、 容重检测及三轴检测均满足设计及规范要求，过渡料压实度指标均满足设计及规范要求。

冬季施工共计完成38 个碾压式沥青混凝土心墙单元工程施工质量评定，76 个过渡料填筑单元工程施工质量评定。碾压式沥青混凝土心墙合格38 个单元工程，单元工程合格率为100%，其中优良单元工程为36 个，单元工程优良率为94.7%，过渡料填筑合格76 个单元工程，单元工程合格率为100%，其中优良单元工程为73 个，单元工程优良率为96.1%。