固定油石比在不同氣溫條件下對碾壓式瀝青混凝土心墻壩心墻結合層質量的影響

靳久寧 孟憲偉 褚志超

1 工程簡介

1.1 壩體結構

大壩全長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180 cm，漸變至90 cm，兩側設置3 ～3.2 m 的過渡料，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 施工現場的氣溫條件

本次實驗期內心墻施工在0 ℃以上的施工天數共計26 d，合計施工42 層；0℃以下的施工天數共計15 d，共計施工18 層，最高氣溫11 ℃，最低氣溫-12 ℃。

2 實驗總體實施情況

在2020 年9 月中旬進行了常溫條件下瀝青混凝土現場工藝實驗，于2020 年9 月底開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，鋪設高度11.3 m。

2020 年11 月上旬進行了低溫季節瀝青混凝土現場工藝實驗，至11 月底瀝青混凝土心墻鋪筑完成至第60 層，鋪設高度4.7 m，實驗段累計鋪設高度16 m，完成鋪設瀝青混凝土約為1 200 m3。

3 配合比及現場實驗驗證

3.1 常溫條件下室內設計配合比

采用最大密度曲線理論進行礦料級配，根據《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》（SL 501-2010）、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》（DL/T 5411-2009）及相關工程經驗選擇0.43、0.41、0.393 種級配指數，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 種配合比進行實驗研究[1，2]。常溫瀝青混凝土配合比參數如表1 所示。

表1 常溫瀝青混凝土配合比參數

3.2 低溫季節室內配合比

低溫季節（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]。開倉澆筑前，完成瀝青混凝土集料篩分，通過實驗確定實際礦料級配與理論配合比礦料合成比例在日常生產情況下的變化，調整每盤填料的用量。

3.3 實驗方案

目前，《水工碾壓式瀝青混凝土施工規范》（DL/T 5363-2016）中對于瀝青混凝土心墻層間結合芯樣質量檢測的描述主要依靠表面觀察法，觀察試件結合部位處是否有接縫，肉眼是否能觀察到結合面存在。根據對文得根水利樞紐工程、東臺子水庫工程碾壓式瀝青混凝土心墻施工的實際調研發現，檢測瀝青混凝土心墻質量時均缺乏對結合面強度的檢測，且碾壓式瀝青混凝土施工規范中未列入此項內容，未作出相關要求[5，6]。

對于瀝青混凝土芯樣性能的檢測，只是對常態下施工層面芯樣進行最大密度、密度、孔隙率、抽提、小梁彎曲、拉伸、壓縮、水穩定、滲透和靜三軸等實驗檢測，缺少對結合面的質量檢測。由于結合面位置的特殊性，本次實驗重點研究結合面處的力學性能變化與上層施工時的對比情況，依據當前瀝青混凝土性能實驗準則，對結合面處瀝青混凝土芯樣進行小梁彎曲實驗、滲透實驗、拉伸實驗等來檢測結合面的情況。

本次實驗主要采用常溫時段的配合比，保持油石比不變，只對結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合層層間質量情況。具體實施方案如下：第一，油石比不變，層間不處理；第二，油石比不變，利用多個噴燈對結合層頂面進行均勻加熱；第三，利用多個噴燈對結合層頂面進行均勻加熱后，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合層頂面（厚度2 cm）。

3.4 實驗驗證情況

3.4.1 鉆心取樣

實驗安排在最低氣溫高于-12 ℃條件下進行，采用常溫時段的配合比，保持油石比不變在現場進行了攤鋪實驗，并及時對上述3 種工藝處理方案下的結合層進行了鉆芯取樣。

3.4.2 3 種工藝處理方案情況下結合部位的結合情況

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

（2）利用多個噴燈對結合層頂面進行均勻加熱處理后觀察鉆芯結合層情況。通過觀察鉆取的芯樣發現，芯樣澆筑質量情況良好，瀝青集料各個級配之間排列緊密，級配連續，有極個別氣泡隨機分布。芯樣的結合層部位不能明顯找到，但有較厚的瀝青粘接痕跡，結合面結合狀況良好，可完整鉆取符合實驗要求的瀝青混凝土芯樣。

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

（2）油石比不變，利用多個噴燈對結合層頂面進行均勻加熱來鉆取瀝青混凝土芯樣。芯樣澆筑情況良好，瀝青集料各個級配之間排列緊密，級配連續，有極個別氣泡隨機分布，難以明顯找到芯樣的結合層部位，沒有明顯的瀝青粘接層痕跡，結合面結合狀況良好，可完整鉆取符合實驗要求的瀝青混凝土芯樣。

（3）利用多個噴燈對結合層頂面進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合層頂面（厚度為2 cm）。結合層質量基本與第2 種工況相同，層間結合良好，能夠完整取出符合實驗要求的芯樣。

3.4.3 對芯樣縱剖面的分析

通過現場觀察芯樣結合部位的結合情況后，將芯樣進行縱剖，再次從另一視角觀察芯樣結合層情況。

（1）油石比不變，在層間不處理工

3.4.4 實驗結果對比

通過現場觀察芯樣結合部位的結合情況可以發現：第1 種工況下，結合層表面存在較多氣泡，在結合處均勻斷裂，無法取出完整的芯樣；第2 種與第3 種工況下結合層的層間結合質量較好，因此后續只對第2 種與第3 種工況下的芯樣進行力學性能比較，分析相同油石比條件下，通過加熱與熱鋪瀝青后的實體質量是否符合設計及規范要求。詳細實驗成果如表2 所示。

表2 礦料的顆粒組成實驗結果對比表

從表2 可以看出，當篩孔尺寸大于0.075 mm 時，結合層和上層的顆粒含量基本相近；當篩孔尺寸小于0.075 mm時，結合層的顆粒含量遠遠小于上層的顆粒含量。上結合層芯樣實驗結果如表3所示，結合層與上層芯樣實驗結果如表4 所示。

表3 上結合層芯樣實驗結果對比表

表4 結合層與上層芯樣實驗結果對比表

4 結語

現有的冬季施工管理措施及施工條件下，對低溫時段的瀝青混凝土心墻結合層施工面不做任何處理后直接進行上一層施工，無法保證心墻結合層質量。本文通過鉆取芯樣，在同一根芯樣上做對比實驗研究。結果表明，結合層與非結合層（上層）的各項實驗指標均符合設計質量指標要求，且各項物理力學性能實驗結果差異不大，表明瀝青心墻結合層部位的質量良好；在保持油石比不變的情況下，只要對層間采取不同的預熱措施，就能使層間結合質量符合設計及規范要求，與油石比無直接關系。