1 工程概況

托帕水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內，工程壩址位于恰克瑪克河上，建設任務為灌溉、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。水庫正常蓄水位2 394.50 m，相應庫容5 709.82 萬m3，調節(jié)庫容3 907.69 萬m3。

托帕水庫地處高原、風口地區(qū)，冬季氣溫低、風力大，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重滯后， 迫使其碾壓式瀝青混凝土心墻在氣溫遠低于0 ℃的冬季進行施工作業(yè)，因此，必須采取有效的負溫施工應對措施。 施工現(xiàn)場經過負溫瀝青混凝土及砂礫石過渡料碾壓試驗研究，通過采取調整瀝青料配比、改進瀝青心墻及過渡料碾壓方式、增加冬季施工防護措施等手段，克服了碾壓式瀝青混凝土心墻在負溫情況下冬季施工的技術難點， 工程得以順利實施。

2 冬季施工措施

2.1 施工時間的調整

根據(jù)招投標文件及相關單位的施工經驗， 托帕水庫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，無降水的情況下，白天11 時左右陽光照入谷口時，壩址氣溫才會回到0 ℃以上，至下午5 點陽光離開谷口地帶后，溫度迅速降低， 并在30 min 內回到負溫狀態(tài)， 夜間溫度更普遍在-15 ℃以下，2018 年出現(xiàn)過-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行，夜晚不能進行施工。 結合施工進度計劃的安排， 施工時間最終確定在11 月26 日~次年1 月10 日，施工時段調整為11：00~18：00，每天進行1 層瀝青心墻施工，預計共完成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整

按招投標文件要求，瀝青采用庫車90 號（A 級）石油瀝青，項目委托西北工業(yè)大學對冬季施工瀝青混凝土配合比進行設計。 根據(jù)不同的骨料級配指數(shù)，不同的填料含量及油石比進行了多種冬季施工配合比試驗，最終從性能、安全及經濟的角度出發(fā)，結合本工程現(xiàn)場施工的實際情況，明確了冬季碾壓式瀝青混凝土施工配合比。 配合比參數(shù)見表1， 力學性能見表2。

表1 冬季碾壓式瀝青混凝土施工配合比

表2 力學性能試驗成果

2.3 瀝青混凝土施工設備的冬季保溫措施

2.3.1 瀝青拌和樓保溫措施

現(xiàn)場采用YQLB1000 型瀝青混凝土拌和系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在負溫情況下表現(xiàn)不佳，各種管路、閥件、集塵裝置等在負溫下易因結冰而導致動作失效，因此，必須采取保溫措施。 根據(jù)其他工程施工經驗，在瀝青管道、各種管路、閥件及集塵裝置等易結冰部位采用雙層礦棉中間加裝電熱絲的方法進行保溫，經改裝后實際運行效果顯示，能夠有效消除結冰現(xiàn)象，計量精度滿足設計要求。 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輸車， 避免卸料過程中的熱量損失。

2.3.2 瀝青混凝土運輸車保溫措施

瀝青混凝土的運輸采用5 t 自卸車，為適應冬季負溫情況下施工，現(xiàn)場對運輸車進行改裝，在運輸車大箱板底部及側板加裝保溫隔熱層，車廂頂部加裝保溫隔熱蓋板，避免運輸過程中的熱量損失。 經現(xiàn)場實際測量，在-12 ℃、風力5~6 級的外界氣象條件下，15 min 的運輸時間內，瀝青混合料的溫度損失在10~15 ℃，可以滿足施工現(xiàn)場的溫度控制要求。

2.3.3 裝載機的保溫措施

瀝青混凝土上料采用改裝的裝載機， 將裝載機原裝載斗換成3 m3瀝青混合料料斗， 其放料門由裝載機的液壓系統(tǒng)控制。 自卸車將瀝青混合料卸至裝載機料斗內由裝載機向攤鋪機瀝青混合料料斗內裝料。 實際施工中發(fā)現(xiàn)，盡管裝載機轉運瀝青混合料時間較短， 但在較大的風力及負溫情況下，仍然存在失溫過快的問題，現(xiàn)場一旦發(fā)生意外情況，瀝青混合料在無保溫措施的料斗里只需10 min 其表面即會出現(xiàn)失溫板結現(xiàn)象，因此，必須對裝載機料斗進行保溫改裝。 現(xiàn)場對料斗側面加裝保溫隔熱層，料斗頂部加裝可人工開合的保溫蓋板， 當瀝青料卸至裝載機料斗后立即手動關閉隔熱蓋板，經現(xiàn)場實際測量，在-12 ℃、風力5~6 級的外界氣象條件下，10 min 的等待卸料時間內，裝載機料斗內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)場的溫度控制要求。

2.3.4 瀝青攤鋪機的保溫措施

瀝青攤鋪機采用經多個工程成功應用的LBXT3500 聯(lián)合心墻攤鋪機，現(xiàn)場對攤鋪機進行改裝，首先在攤鋪機瀝青混合料料斗外側加裝保溫隔熱層，料斗頂部加裝人工開合操作的隔熱蓋板。 當裝載機將瀝青混合料卸入攤鋪機瀝青混合料料斗后立即關閉隔熱蓋板，以減少瀝青混合料在攤鋪機料斗里的溫度損失。 在攤鋪機下方加裝紅外線加熱器，確保攤鋪機以1~3 m/min 速度行進時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)， 特在上游圍堰進行了工藝性實驗，時間為11 月22 日，為更好地模擬冬季瀝青攤鋪時的氣象條件， 施工人員將實驗攤鋪時間放在溫度較低的后半夜進行，實驗時，現(xiàn)場實測氣溫為-5~-12 ℃，風力4~5 級。 實驗采用改裝后的LBXT3500 聯(lián)合心墻攤鋪機， 瀝青混凝土的碾壓采用1.5 t 雙輪振動碾， 過渡料碾壓采用2.5 t 雙鋼輪振動碾，實驗碾壓參數(shù)分3 組進行對比檢測。

由于托帕水庫地處風口地區(qū)，壩上風力較大，覆蓋帆布碾壓可有效減少風力較大時的溫度損失。 根據(jù)東北勘探設計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碾在碾壓過程中出現(xiàn)的黏碾輪、卡碾子的現(xiàn)象，從而延長振動碾的使用壽命， 同時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)場實驗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180 ℃進行廢棄，不得上壩。 混合料入倉溫度控制范圍在160~175 ℃， 碾壓溫度控制范圍在140~160 ℃。

從實驗成果可見，3 種碾壓參數(shù)均滿足孔隙率低于3%的設計要求，而東北勘探設計研究院在尼爾基的研究成果認為：“碾壓式瀝青混凝土負溫施工中，孔隙率并非越低越好，而應在滿足孔隙率小于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，因為在負溫施工中，瀝青混凝土溫度下降很快，如果碾壓遍數(shù)過多，反而會造成瀝青混凝土本身的結構破壞。 施工環(huán)境溫度越低，越應嚴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 過渡料冬季施工措施

過渡料碾壓參數(shù)已在前期碾壓實驗中確定， 現(xiàn)場需要解決的是在負溫情況下施工過程過渡料的防凍問題。

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

2）常規(guī)施工中，過渡料會在攤鋪施工前集中運輸至攤鋪現(xiàn)場，按一定間距進行堆放，以免在施工過程中因過渡料供應不及時造成心墻攤鋪機停止運行，但在負溫環(huán)境下，提前堆放的過渡料很可能在使用前即發(fā)生冰凍傷害。 因此，過渡料運輸調整為隨用隨運，施工現(xiàn)場不再保留過多的備用料堆。

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

3 越冬防護

根據(jù)招標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，托帕水庫完成冬季施工任務準備越冬時，在心墻上覆蓋保溫棉被后再覆蓋2.0 m厚過渡料進行防護，次年施工時，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 結語

托帕水庫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 日的負溫條件下進行了38 層瀝青心墻及其對應過渡料鋪筑施工，根據(jù)試驗檢測成果顯示，瀝青心墻孔隙率、 滲透系數(shù)、 容重檢測及三軸檢測均滿足設計及規(guī)范要求，過渡料壓實度指標均滿足設計及規(guī)范要求。

冬季施工共計完成38 個碾壓式瀝青混凝土心墻單元工程施工質量評定，76 個過渡料填筑單元工程施工質量評定。碾壓式瀝青混凝土心墻合格38 個單元工程，單元工程合格率為100%，其中優(yōu)良單元工程為36 個，單元工程優(yōu)良率為94.7%，過渡料填筑合格76 個單元工程，單元工程合格率為100%，其中優(yōu)良單元工程為73 個，單元工程優(yōu)良率為96.1%。