靳久寧 孟憲偉 褚志超

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 壩體結(jié)構(gòu)

大壩全長(zhǎng)332.7 m，最大壩高69 m，壩頂寬8 m，上游坡比為0.556。下游坡面結(jié)合施工需要，布置“之”字形上壩公路，路寬8 m，坡度8%，道路間的壩坡坡比為0.667，綜合壩坡坡比為0.526。

瀝青混凝土心墻采用碾壓式垂直布置形式，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0.9 m、0.7 m、0.5 m 遞減，基座混凝土接縫處長(zhǎng)180 cm，漸變至90 cm，兩側(cè)設(shè)置3 ～3.2 m 的過(guò)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(chǎng)的氣溫條件

本次實(shí)驗(yàn)期內(nèi)心墻施工在0 ℃以上的施工天數(shù)共計(jì)26 d，合計(jì)施工42 層；0℃以下的施工天數(shù)共計(jì)15 d，共計(jì)施工18 層，最高氣溫11 ℃，最低氣溫-12 ℃。

2 實(shí)驗(yàn)總體實(shí)施情況

在2020 年9 月中旬進(jìn)行了常溫條件下瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)驗(yàn)，于2020 年9 月底開(kāi)始瀝青混凝土心墻施工，截至2020 年10 月底，心墻瀝青混凝土鋪筑完成至第42 層，鋪設(shè)高度11.3 m。

2020 年11 月上旬進(jìn)行了低溫季節(jié)瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)驗(yàn)，至11 月底瀝青混凝土心墻鋪筑完成至第60 層，鋪設(shè)高度4.7 m，實(shí)驗(yàn)段累計(jì)鋪設(shè)高度16 m，完成鋪設(shè)瀝青混凝土約為1 200 m3。

3 配合比及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 常溫條件下室內(nèi)設(shè)計(jì)配合比

采用最大密度曲線理論進(jìn)行礦料級(jí)配，根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 501-2010）、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5411-2009）及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)選擇0.43、0.41、0.393 種級(jí)配指數(shù)，選用13%、12%、11% 3 種填料用量，選用7.4%、7.1%、6.8% 3 種油石比，共組成9 種配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[1，2]。常溫瀝青混凝土配合比參數(shù)如表1 所示。

表1 常溫瀝青混凝土配合比參數(shù)

3.2 低溫季節(jié)室內(nèi)配合比

低溫季節(jié)（氣溫低于0 ℃）的施工配合比采用與常溫條件相同的配合比，油石比保持不變[3，4]。開(kāi)倉(cāng)澆筑前，完成瀝青混凝土集料篩分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定實(shí)際礦料級(jí)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，調(diào)整每盤(pán)填料的用量。

3.3 實(shí)驗(yàn)方案

目前，《水工碾壓式瀝青混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5363-2016）中對(duì)于瀝青混凝土心墻層間結(jié)合芯樣質(zhì)量檢測(cè)的描述主要依靠表面觀察法，觀察試件結(jié)合部位處是否有接縫，肉眼是否能觀察到結(jié)合面存在。根據(jù)對(duì)文得根水利樞紐工程、東臺(tái)子水庫(kù)工程碾壓式瀝青混凝土心墻施工的實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)瀝青混凝土心墻質(zhì)量時(shí)均缺乏對(duì)結(jié)合面強(qiáng)度的檢測(cè)，且碾壓式瀝青混凝土施工規(guī)范中未列入此項(xiàng)內(nèi)容，未作出相關(guān)要求[5，6]。

對(duì)于瀝青混凝土芯樣性能的檢測(cè)，只是對(duì)常態(tài)下施工層面芯樣進(jìn)行最大密度、密度、孔隙率、抽提、小梁彎曲、拉伸、壓縮、水穩(wěn)定、滲透和靜三軸等實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，缺少對(duì)結(jié)合面的質(zhì)量檢測(cè)。由于結(jié)合面位置的特殊性，本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究結(jié)合面處的力學(xué)性能變化與上層施工時(shí)的對(duì)比情況，依據(jù)當(dāng)前瀝青混凝土性能實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則，對(duì)結(jié)合面處瀝青混凝土芯樣進(jìn)行小梁彎曲實(shí)驗(yàn)、滲透實(shí)驗(yàn)、拉伸實(shí)驗(yàn)等來(lái)檢測(cè)結(jié)合面的情況。

本次實(shí)驗(yàn)主要采用常溫時(shí)段的配合比，保持油石比不變，只對(duì)結(jié)合層采取加溫或熱鋪瀝青方式施工，研究油石比不變條件下的結(jié)合層層間質(zhì)量情況。具體實(shí)施方案如下：第一，油石比不變，層間不處理；第二，油石比不變，利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱；第三，利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱后，再將本次瀝青混凝土使用的70#瀝青加熱至180 ℃后分段均勻澆筑在結(jié)合層頂面（厚度2 cm）。

3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證情況

3.4.1 鉆心取樣

實(shí)驗(yàn)安排在最低氣溫高于-12 ℃條件下進(jìn)行，采用常溫時(shí)段的配合比，保持油石比不變?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了攤鋪實(shí)驗(yàn)，并及時(shí)對(duì)上述3 種工藝處理方案下的結(jié)合層進(jìn)行了鉆芯取樣。

3.4.2 3 種工藝處理方案情況下結(jié)合部位的結(jié)合情況

（1）觀察上下兩層施工結(jié)合面部位的芯樣情況。芯樣在結(jié)合層部位均勻斷裂，無(wú)法完整鉆取符合實(shí)驗(yàn)要求的瀝青混凝土芯樣，在結(jié)合層表層存在大量氣泡，芯樣完整度較差。

（2）利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱處理后觀察鉆芯結(jié)合層情況。通過(guò)觀察鉆取的芯樣發(fā)現(xiàn)，芯樣澆筑質(zhì)量情況良好，瀝青集料各個(gè)級(jí)配之間排列緊密，級(jí)配連續(xù)，有極個(gè)別氣泡隨機(jī)分布。芯樣的結(jié)合層部位不能明顯找到，但有較厚的瀝青粘接痕跡，結(jié)合面結(jié)合狀況良好，可完整鉆取符合實(shí)驗(yàn)要求的瀝青混凝土芯樣。

（3）利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱后再熱鋪180 ℃瀝青（厚度為2 cm）之后觀察芯樣結(jié)合面的情況。芯樣澆筑情況良好，瀝青集料各個(gè)級(jí)配之間排列緊密，級(jí)配連續(xù)，有極個(gè)別氣泡隨機(jī)分布，局部有瀝青膠凝團(tuán)狀物聚集現(xiàn)象。芯樣的結(jié)合層部位不能明顯找到，有明顯的瀝青粘接層痕跡，結(jié)合面結(jié)合狀況良好，可完整鉆取符合實(shí)驗(yàn)要求的瀝青混凝土芯樣。況下鉆取瀝青混凝土芯樣。芯樣在結(jié)合層部位均勻斷裂，無(wú)法完整鉆取符合實(shí)驗(yàn)要求的瀝青混凝土芯樣，結(jié)合層表層的內(nèi)部依舊存在大量氣泡，芯樣完整度較差。

（2）油石比不變，利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱來(lái)鉆取瀝青混凝土芯樣。芯樣澆筑情況良好，瀝青集料各個(gè)級(jí)配之間排列緊密，級(jí)配連續(xù)，有極個(gè)別氣泡隨機(jī)分布，難以明顯找到芯樣的結(jié)合層部位，沒(méi)有明顯的瀝青粘接層痕跡，結(jié)合面結(jié)合狀況良好，可完整鉆取符合實(shí)驗(yàn)要求的瀝青混凝土芯樣。

（3）利用多個(gè)噴燈對(duì)結(jié)合層頂面進(jìn)行均勻加熱后再將本次瀝青混凝土使用的70#瀝青加熱至180 ℃后分段均勻澆筑在結(jié)合層頂面（厚度為2 cm）。結(jié)合層質(zhì)量基本與第2 種工況相同，層間結(jié)合良好，能夠完整取出符合實(shí)驗(yàn)要求的芯樣。

3.4.3 對(duì)芯樣縱剖面的分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察芯樣結(jié)合部位的結(jié)合情況后，將芯樣進(jìn)行縱剖，再次從另一視角觀察芯樣結(jié)合層情況。

（1）油石比不變，在層間不處理工

3.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察芯樣結(jié)合部位的結(jié)合情況可以發(fā)現(xiàn)：第1 種工況下，結(jié)合層表面存在較多氣泡，在結(jié)合處均勻斷裂，無(wú)法取出完整的芯樣；第2 種與第3 種工況下結(jié)合層的層間結(jié)合質(zhì)量較好，因此后續(xù)只對(duì)第2 種與第3 種工況下的芯樣進(jìn)行力學(xué)性能比較，分析相同油石比條件下，通過(guò)加熱與熱鋪瀝青后的實(shí)體質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)成果如表2 所示。

表2 礦料的顆粒組成實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表2 可以看出，當(dāng)篩孔尺寸大于0.075 mm 時(shí)，結(jié)合層和上層的顆粒含量基本相近；當(dāng)篩孔尺寸小于0.075 mm時(shí)，結(jié)合層的顆粒含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上層的顆粒含量。上結(jié)合層芯樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，結(jié)合層與上層芯樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表3 上結(jié)合層芯樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

表4 結(jié)合層與上層芯樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的冬季施工管理措施及施工條件下，對(duì)低溫時(shí)段的瀝青混凝土心墻結(jié)合層施工面不做任何處理后直接進(jìn)行上一層施工，無(wú)法保證心墻結(jié)合層質(zhì)量。本文通過(guò)鉆取芯樣，在同一根芯樣上做對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，結(jié)合層與非結(jié)合層（上層）的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)質(zhì)量指標(biāo)要求，且各項(xiàng)物理力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異不大，表明瀝青心墻結(jié)合層部位的質(zhì)量良好；在保持油石比不變的情況下，只要對(duì)層間采取不同的預(yù)熱措施，就能使層間結(jié)合質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，與油石比無(wú)直接關(guān)系。