陈云 唐茂颖 胡志刚 陈雪松

摘要：为研究沥青混凝土在高寒高海拔地区堆石坝心墙中应用及施工的可行性，以及沥青混凝土配合比设计的合理性，分析了西藏结巴水库沥青混凝土碾压试验过程中各种物理及力学性能的试验检测数据，提出了合理的施工工艺流程和碾压参数，确定了骨料、沥青以及沥青混合料在不同工况下的温度控制要求。结果表明：在高寒高海拔地区，现有沥青混凝土拌和系统及其他施工机械设备在加强维护和有效调度的情况下，可满足工程连续施工的要求;推荐沥青混合料摊铺厚度为30 cm，碾压机具为2.6 t振动平碾，振动碾行车速度为1.5～2.0 km/h。研究成果可为高寒高海拔地区碾压式沥青混凝土心墙快速施工提供技术支撑。

关键词：堆石坝; 沥青混凝土心墙; 碾压试验; 结巴水库; 高寒高海拔地区

中图法分类号：TV431 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.04.018

文章编号：1006 - 0081（2022）04 - 0106 - 07

0 引 言

近年来，沥青混凝土防渗心墙以结构简单、工程量小、施工速度快[1]，以及良好的防渗性能与变形适应性，在土石坝中得到了越来越广泛的应用[2]。自碾压式沥青混凝土心墙在西藏旁多水利枢纽成功应用以来，也越来越多地应用于西藏高海拔地区土石坝的防渗结构[3]。

结巴水库位于西藏山南市境内，属IV等小（1）型工程。大坝结构形式为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程4 179.35 m，最大坝高67.60 m，坝顶长335.0 m，坝顶宽8.0 m。沥青混凝土心墙工程量为12 743.54 m3，心墙底高程4 115.50 m，心墙顶高程4 178.15 m，心墙高62.65 m。坝址处多年平均气温8.5 ℃，极端最高气温29 ℃，极端最低气温

-16.7 ℃，最大冻土层深度为0.6 m[4]。不同于普通地区工程，该碾压式沥青混凝土心墙位于典型的高寒高海拔地区，具有施工环境条件恶劣、气候复杂多变、昼夜温差大、机械与人工降效严重、技术质量控制难点多、有效施工期短等特点。因此，本文针对上述特点开展高寒高海拔地区堆石坝心墙沥青混凝土碾压试验研究，论证沥青混凝土配合比设计的合理性，检验施工过程中原材料生产系统、沥青混凝土拌和系统、运输设备和摊铺、碾压设备等在高寒高海拔地区运行的可靠性和配套性，研究合理的施工工艺流程和碾压参数，以解决施工过程中的技术质量难点，指导沥青混凝土心墙的施工，达到加快沥青混凝土施工速度的目的。

1 沥青混凝土技术要求及原材料

1.1 沥青混凝土技术要求

结巴水库大坝沥青混凝土心墙主要设计指标见表1。

1.2 沥 青

碾压试验用的沥青为克拉玛依石化分公司生产的70号A级水工石油沥青，表2为沥青品质检验结果，其各项品质指标均满足规范要求。

1.3 填 料

碾压试验用的填料为拉萨曲水标威公司生产的矿粉，表3的品质检验结果表明，其各项品质指标均满足规范要求。

1.4 细骨料

碾压试验用的细骨料为山南市多颇章乡砂石料厂利用卵石破碎生产的人工砂，表4的品质检验结果表明，除超径率超标外（可通过调整沥青混凝土配合比使矿料中细骨料含量达到要求），其他各项品质指标均满足规范要求。

1.5 粗骨料

碾压试验用的粗骨料为山南市多颇章乡砂石料厂利用卵石破碎生产的2.36～19.0 mm碎卵石，表5的品质检验结果表明，粗骨料各项品质指标均满足规范要求。

2 碾压试验准备工作

2.1 碾压试验场地布置

根据模拟现场施工条件的需要以及现场条件的限制，大坝心墙沥青混凝土碾压试验场地布置于大坝上游库区内一处较平整的场地，场地规划尺寸约为30 m×5 m，便于各项试验实施及各种施工机械设备的运转。场地采用挖掘机进行平整，并用22 t振动碾进行碾压，对碾压完成后的试验场地予以保护，设立警戒区域，严禁无关机械设备、车辆和人员进入场内。

用于机械摊铺试验的C25混凝土试验基座1块，尺寸为30.0 m×2.0 m×0.2 m（长×宽×厚）。用于心墙沥青混凝土碾压试验的场地布置见图1。

试验用混凝土基座施工完成并达到28 d龄期后，在混凝土基座表面1.6 m×30.0 m进行凿毛，将凿毛部位清理干净后，喷冷稀释沥青0.2 kg/m2，稀释沥青中的汽油挥发后，再在其上部均匀不遗漏地摊铺一层2.0 cm厚砂质沥青玛蹄脂。

2.2 热料仓骨料级配检测及级配合成

碾压试验用的沥青混合料骨料经冷料仓初步配料后用皮带送入烘干筒加热，热料经热筛分后储存在热料仓中。拌和沥青混合料前对热料仓中的各种规格的骨料级配进行了检测，然后根据检测结果，调整沥青混凝土各种矿料用量，使实际使用矿料级配更接近于推荐沥青混凝土配合比矿料级配，合成后矿料级配曲线见图2。

2.3 沥青混合料拌和

拌和沥青混凝土前对拌和楼的称量误差进行检验及率定，满足要求后按表6～7中的矿料级配和沥青混凝土配合比参数进行配料及拌和。碾压试验用的沥青混凝土配合比矿料级配见表6，配合比参数见表7。

骨料加热采用烘干加热桶加热，加热温度严格控制在175 ℃～185 ℃，沥青加热采用导热油间接加热，加热温度严格控制在155 ℃～165 ℃，沥青混合料出料温度严格控制在155 ℃～175 ℃。制备出来的沥青混合料要求色泽均匀、稀稠一致，无花白料、黄烟及其他异常现象。观察出机口沥青混合料的外观并测试沥青混合料出机口温度，若不满足要求，适当进行调整。

拌制沥青混合料时，每盘配料量为拌和楼搅拌罐的额定容量。按照粗骨料→细骨料→粉料→沥青的顺序进行投料。并先将骨料和填料干拌15 s，再加入热沥青一起拌和不少于45 s，沥青混合料的总拌和时间不少于60 s。要求沥青混合料色泽均匀，不離析，无花白料[5]。

2.4 沥青混合料运输

（1） 因为拌和楼至沥青混凝土心墙施工现场运输距离较近，所以采用改装后的自卸车直接运输至施工现场，再用装载机配合卸料入仓。

（2） 料场及场内道路需经过处理并及时进行维护，确保道路平整。

（3） 沥青混合料在运输途中需防止漏料，并减少热量损失，必要时采取保温措施。

（4） 需加强沥青混合料运输车辆的维护和维修，保持车厢干净、干燥;在运转或卸料时，尽量降低混合料的落差，防止沥青混合料离析。

（5） 在运输沥青混合料时，可事先喷洒或涂刷少量防黏液，防止沥青混合料黏附运输工具。

3 摊铺碾压试验

沥青混凝土心墙碾压试验采用机械摊铺，其作业顺序为：施工准备→层面清理→测量放线→标记定位线→摊铺机进行摊铺→过渡层的初碾→沥青混合料和过渡层材料的同步碾压→终碾。现场摊铺碾压试验场次布置及试验抽检项目见表8，现场摊铺碾压试验配备的主要仪器设备设施见表9。

3.1 沥青混合料摊铺碾压

（1） 施工准备。心墙沥青混合料机械摊铺碾压试验在已经准备好的试验场地上进行，第一层尺寸为30.0 m×1.0 m（长×宽），第二层尺寸为28.0 m×0.8 m（长×宽），每层摊铺一半厚度为0.30 m，另外一半的厚度为0.35 m。

（2） 测量放线。在进行沥青混合料摊铺试验前，首先进行测量放线，结合边桩在各测点上用石灰标记，用全站仪实测各测点的坐标位置，并进行水准测量，获得高程基准。

（3） 标记定位线。用全站仪测出心墙中心线上的中心点，并做上标记，用白漆和丝线绘出心墙的中心线，绘制的中心线与设计中心线偏差控制在±5 mm。绘制的中心线即为摊铺机的行走路线，确保心墙的偏离度控制在要求的范围内。

（4） 用摊铺机进行摊铺。利用摊铺机摊铺沥青混合料和过渡料前，应做好以下充分准备。① 摊铺机定位要准确，确保摊铺后的心墙偏离度满足要求。② 模板要调整准确，摊铺后的过渡料厚度宜低于沥青混合料摊铺厚度2 cm左右。沥青心墙摊铺宽度和过渡料摊铺宽度控制要准确。③ 过渡料应按现场需求准备充足，并存放于合适的位置，便于挖掘机上料，使之能和摊铺机同步。④ 摊铺机行走面应平整，表面不平整度宜不大于20～40 mm。

一切准备就绪后，开始进行摊铺作业。步骤如下。① 现场采用改装后的自卸车运到施工现场，卸入装载机中，再由装载机送入摊铺机的料仓内。②严格控制沥青混合料入仓温度在140 ℃～165 ℃。在沥青混合料摊铺过程中，随时检查沥青混合料温度，不合格的沥青混合料不允许入仓，并作废料处理。③沥青混合料的施工机具及时清理，保持干净，施工中防止柴油类防黏液污染摊铺层面。

（5） 沥青混合料及过渡料碾压。① 待沥青混合料和过渡料摊铺一段距离后（一般10 m左右即可），采用2台2.6 t振动碾进行碾压，振动碾碾轮宽度小于沥青心墙宽度时采用贴缝碾压，振动碾碾轮宽度大于沥青心墙宽度时采用骑缝碾压。碾压顺序为：静碾过渡料1遍→静碾沥青混合料2遍→动碾过渡料4遍→动碾沥青混合料6，8，10遍→动碾过渡料4，6，8遍→最后静碾沥青混合料1遍收光。振动碾行走速度为1.5～2.0 km/h，过渡料与心墙结合部位采用静压1遍压平过渡料。碾压沥青混合料初始温度控制在145 ℃～150 ℃，终碾温度控制在135 ℃～140 ℃。② 碾压沥青混合料时，在碾轮上事先喷洒少量水，防止沥青混合料黏附碾轮且对碾面上的黏附物进行及时清理。③ 发生陷碾时，及时清理陷碾部位的沥青混合料，并回填新的沥青混合料。④ 碾压过程中，及时清理创面上的污物和冷料块，并用工具将嵌入沥青混凝土心墙的砾石清除。⑤ 摊铺机后可拖带一段帆布，长宽根据现场实际情况而定，用以遮挡挖掘机上料时掉落的过渡料，防止过渡料污染心墙表面。

3.2 试验检测结果

碾压试验钻芯取样检测结果见表10。实测矿料级配曲线见图3。由表10的试验检测结果可以看出，碾压试验抽检的芯样各项检测指标均满足规范或设计技术要求。同一种检测指標在不同的碾压遍数下，其试验结果差异较大，但试验结果变化符合一般规律。

3.3 密度与碾压遍数关系

碾压试验密度与碾压遍数关系见图4。由图可见，碾压遍数为6，8遍时，随着碾压遍数的增加，密度增加较大。在碾压遍数10遍时，当摊铺厚度为30 cm，密度没有增加，反而略有下降;当摊铺厚度为35 cm，密度有所增加，但增加幅度较小，密度仍有增长空间。

3.4 密度与摊铺厚度关系

碾压试验密度与摊铺厚度关系见图5。由图可见，在同样的碾压遍数下，沥青混凝土在摊铺厚度为30 cm时的密度要明显要大于摊铺厚度为35 cm时的密度。

3.5 沉降值与碾压遍数关系

碾压试验分别碾压至4，6，8遍和10遍时测量碾压面顶高程，每种碾压遍数下测量4个沉降点的顶高程，计算平均沉降值和沉降率（沉降值与摊铺厚度的比值）。沉降值与碾压遍数关系见图6。

测量结果表明：① 当沥青混合料摊铺厚度为30 cm时，一层和二层平均沉降值分别为46 mm和44 mm，平均沉降率分别为15.4%和14.7%;当摊铺厚度为35 cm时，一层和二层平均沉降值分别为56 mm和54 mm，平均沉降率分别为15.9%和15.5%。② 由图6可以看出：在碾压遍数为4，6，8遍时，随着碾压遍数的增加，沉降值增加较大。在碾压遍数为10遍时，当摊铺厚度为30 cm，沉降值没有增加，部分反而略有减少;当摊铺厚度为35 cm，部分沉降值略有增加，但增加幅度较小，沥青混合料仍有压缩空间。

3.6 无核密度仪应用情况分析

由表10钻芯取样检测和无核密度仪检测沥青混凝土密度结果可知，沥青混凝土无核密度检测结果比芯样密度检测结果大0.005～0.023 g/cm3，平均误差为0.015 g/cm3;误差率在0.2%～1.0%之间，平均误差率为0.6%，误差率均小于1.0%，其误差在可控范围之内。经分析，无核密度仪检测沥青混凝土密度出现误差，应与沥青混合料的不均匀性有关。因骨料的密度显著大于沥青密度，若区域骨料集中，密度检测结果误差就偏大;区域骨料分布均匀，则密度检测结果误差较小。建议在施工过程中使用无核密度仪检测沥青混凝土密度时，定期对其进行标定，并采用钻芯法检测的密度对该设备的检测结果进行修正，以减小该设备的检测误差。

4 结 论

通过对西藏结巴水库场外沥青混凝土摊铺碾压试验取得的试验成果及室内原材料和沥青混凝土芯样试验成果进行分析，得出如下结论。

（1） 《西藏结巴水库堆石坝心墙沥青混凝土试验研究报告》[6]中，推荐的沥青混凝土配合比经现场摊铺碾压试验及室内试验验证，可用于结巴水库大坝沥青混凝土心墙施工，使用过程中应根据现场原材料情况对配合比进行微调。

（2） 用于结巴水库沥青混凝土的沥青和粗骨料品质满足规范技术要求。人工砂的超径率不满足规范要求，但可通过调整沥青混凝土配合比使矿料中细骨料含量满足规范要求。因此，用于本次试验的人工砂通过调整配合比相关参数亦可用于本工程沥青混凝土心墙的施工。

（3） 沥青混凝土拌和系统、运输设备、摊铺设备和碾压设备等在加强维护和有效调度的情况下，可满足工程连续施工的要求。

（4） 沥青混凝土温度控制严格按规范要求执行：骨料加热温度严格控制在175 ℃～185 ℃，沥青加热温度严格控制在155 ℃～165 ℃，沥青混合料出料温度严格控制在155 ℃～175 ℃。制备出来的沥青混合料要求色泽均匀、稀稠一致、无花白料、黄烟及其他异常现象。

（5） 沥青混合料入仓温度应严格控制在140 ℃～165 ℃之间，碾压沥青混合料初始温度宜控制在130 ℃～150 ℃之间，终碾温度宜不低于110 ℃。

（6） 初步推荐现场施工碾压参数如下：① 沥青混合料摊铺厚度为30 cm，碾压机具为2.6 t振动平碾。② 振动碾碾轮宽度小于沥青心墙宽度时采用贴缝碾压，振动碾碾轮宽度大于沥青心墙宽度时采用骑缝碾压。碾压顺序为：静碾过渡料1遍→静碾沥青混合料2遍→动碾过渡料4遍→动碾沥青混合料8遍→动碾过渡料6遍→最后静碾沥青混合料1遍收光，过渡料与心墙结合部位采用静压1遍压平过渡料。③ 振动碾行车速度为1.5～2.0 km/h。

（7） 通过取芯验证，沥青混凝土与水泥混凝土基座结合良好，沥青混凝土层间结合良好。

（8） 經试验验证，沥青混凝土无核密度仪能快速、无损地定量检测沥青混凝土密度，在定期有效标定的情况下，通过采取芯样修正措施，其误差率能控制在1.0%以内，可用于施工过程中对沥青混凝土心墙质量进行动态控制和评价，为下一层沥青混凝土心墙的快速施工提供参考。

参考文献：

[1] 向尚君， 邱炽兴， 赵兴安. 旁多大坝碾压式沥青混凝土心墙配合比设计[J]. 人民长江，2013，44（7）：23-25，36.

[2] 饶锡保，程展林，谭凡，等. 碾压式沥青混凝土心墙工程特性研究现状与对策[J]. 长江科学院院报， 2014， 31（10）： 51-57.

[3] 张永奎，黄扬一，马发明， 等. 碾压式沥青混凝土心墙坝在西藏高海拔地区应用探析[J]. 东北水利水电， 2020， 38（4）： 14-17.

[4] 刘典忠，马江飞， 孙士国， 等. 高寒高海拔地区碾压式沥青混凝土心墙施工质量控制[J]. 四川水利， 2018， （增1）： 39-41.

[5] SL 514-2013 水工沥青混凝土施工规范[S].

[6] 王为标，刘杰，郭海鹏， 等. 西藏结巴水库堆石坝心墙沥青混凝土试验研究[R]. 西安：西安理工大学，2016.

（编辑：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