金峰水库沥青混凝土心墙现场铺筑试验研究
0 引言
目前，我国修建高度最高的沥青混凝土心墙坝坐落于四川硕曲河，坝体高170m，也是世界上最高的沥青混凝土心墙坝，于2017年修建完成。以金峰水库为实例，该工程将沥青混凝土作为水库防渗体进行石渣坝修建，其主要特色为整个断面采用软岩-极软岩坝壳料对坝体进行修筑，在国内水坝修建史上是较早对整个断面运用软岩-极软岩的工程，依托金峰水库工程对心墙防渗体现场铺筑试验进行研究。
1 工程概况
金峰水库为囤蓄水库，属于国家民生工程，最大库容为0.98亿m
2 试验方案
2.1 现场试验内容
现场铺筑试验主要对心墙施工现场控制参数、规范指标及工艺流程进行研究，试验具有一定流程性、顺序性才能使实际工作更为高效。现场铺筑试验研究内容主要包括原材料基本性质试验、配料拌合试验、最优配合比试验、现场运输及摊铺试验。配料拌合试验主要研究心墙材料最基本的制作、存储运输及拌合步骤。现场运输试验主要研究心墙在拌合好后下料至摊铺全过程中所产生的温度损失，温度对沥青铺筑质量的影响较大。现场摊铺试验主要对摊铺工艺、工法等进行研究，通过对基本参数、指标的分析，结合与室内试验所得配合比的验证，得出适合现场施工的配合比。
2.2 试验依据
本次现场铺筑试验主要依据为《金峰水库大坝碾压式沥青混凝土心墙配合比试验设计技术要求》、SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》、DL/T 5362—2006《水工沥青混凝土试验规程》、SL 514—2013《水工沥青混凝土施工规范》、SL 237—1999《土工试验规程》。
2.3 现场试验用配合比
沥青混凝土骨料采用武都水库挡家垭灰岩料，经筛选人工加工制备而成，粗骨料主要通过筛分获得，粒径包括19～9.5,9.5～4.75,4.75～2.36mm;细骨料粒径为2.36～0.075mm。填料选用矿粉，沥青采用2号水工路石油沥青。试验用沥青玛蹄脂配合比为:沥青∶填料∶砂=1∶2∶2。试验用沥青混凝土配合比经室内复核试验推荐得到，共2种，其中1号配合比为:级配指数=0.38，沥青含量=6.3%，填料用量=11%，骨料最大粒径=19mm;2号配合比为:级配指数=0.40，沥青含量=6.6%，填料用量=12%，骨料最大粒径=19mm。
2.4 现场试验布置
现场试验区域长35m、宽20m，需距拌合系统较近。在C20混凝土浇筑的区域，主要浇筑混凝土基座，基座长30m、宽1.1m、厚20cm，基座表面应处于同一水平面，并在一端浇筑坡度为1∶1.5的混凝土斜坡，坡高1.2m(见图1)。基座达到设计标准时，可对其进行适当烘干处理，然后清理表面，再在表面均匀涂抹1层冷底子油，冷底子油完全干燥后，在基座上均匀摊铺1层厚约1.5～2.0cm的沥青玛蹄脂。
进行现场试验时，应注意试验场地、器械、人工部署及基座施工工艺均应当完全模仿实际施工情况。
2.5 现场试验流程
本试验采用人工铺筑的方式，主要试验流程为:施工准备→试验场地预处理→对场地进行测量放线→试验场地周围模板支立→试验区域过渡料摊铺→试验区域心墙摊铺→过渡层初步碾压→试验区域所有模板拆除→试验区域混合料及过渡料同时碾压→试验区域最终碾压。
3 现场试验结果分析
3.1 原材料试验
3.1.1 粗骨料
沥青混凝土粗骨料试验各项技术指标按照《水工沥青混凝土施工规范》的有关要求进行测试，试验结果如表1所示，由表1可知，试验选用的粗骨料各项参数指标均满足规范要求，所得的现场试验数据较符合实际施工情况。
表1 粗骨料技术指标要求与试验结果
Table 1 Technical indexes and test results of coarse aggregate
3.1.2 细骨料
沥青混凝土细骨料试验各项技术指标按照《水工沥青混凝土施工规范》的有关要求进行测试，试验结果如表2,3所示，由表2,3可知，细骨料各项参数指标均满足规范要求，所得的现场试验数据较符合实际施工情况。
表2 细骨料技术指标要求及试验结果
Table 2 Technical indexes and test results of fine aggregate
表3 细骨料筛分结果
Table 3 Screening results of fine aggregate
3.1.3 填料
沥青混凝土填料试验各项技术指标按照《水工沥青混凝土施工规范》的有关要求进行测试，试验结果如表4所示，由表4可知，各项指标均满足规范要求。
表4 填料技术指标要求及试验结果
Table 4 Packing indexes requirements and test results
3.1.4 沥青
沥青混凝土沥青试验各项技术指标按照《水工沥青混凝土施工规范》的有关要求进行测试，试验结果如表5所示，由表5可知，各项指标均满足规范要求。
表5 沥青技术指标要求及试验结果
Table 5 Technical indexes and test results of asphalt
3.2 沥青混凝土拌合试验
3.2.1 沥青混凝土配料
用于本次摊铺碾压试验的配合比室内试验结果及允许误差如表6所示。
3.2.2 沥青混凝土拌制
每盘配料量为矿料1 000kg/盘，沥青用量分别为6.30%(67.24kg/盘)，6.60%(70.7kg/盘)，骨料投放时间及顺序为:掺入粗骨料→掺入细骨料→掺入矿粉(不加水搅拌约15s)→掺入高温沥青(湿拌时间为45s左右)→沥青混凝土拌制完成。
沥青混凝土拌制主要检验沥青拌合系统的整体运行情况及沥青混合料的外观质量，进行拌合试验时，分别对2种不同沥青用量的混合料进行试拌合，通过观察试拌合过程中各环节的有关试验现象，发现拌合温度存在一定波动范围，其中沥青温度主要在145～170℃进行变化，骨料温度主要在150～200℃进行变化，拌合完成后出口温度波动范围均为145～180℃。对沥青混合料外观质量进行观察，2种不同配合比形成的混合料均无明显色差，流动性良好，未出现花白料、黄烟等不良状况。
3.3 温度损失
心墙防渗体施工过程中沥青具有重要作用，沥青施工质量与施工时的温度损失密切相关，如果混合料在运输过程中温度损失过大，将严重影响沥青的流动性，进一步对混合料的整体质量产生不良影响。一般情况下将混合料从出口处运输时的温度控制为165～170℃，因此在实际试验及施工过程中应尽可能减少混合料温度损失，即施工需具有连续性。如遇特殊情况，如施工时存在大风、温度骤降等情况，应采取温度保护措施，卸料时不拖延，避免产生较大的时间差。
运输温度损失试验结果如表7所示，由表7可知，采用1号配合比时，除终碾温度外，其他各项温度均较采用2号配合比小;各项温度差为0～5.1℃。产生温度差的原因与配合比、现场试验温度及施工人员状态等因素有关，配合比不同使得骨料分布不同，进而影响温度损失。
3.4 摊铺碾压
通过现场摊铺碾压试验，确定沥青混凝土施工的碾压遍数、碾压温度、摊铺厚度等参数，同时掌握沥青混凝土冬季施工工艺，了解沥青混凝土与水泥混凝土基座的结合情况。
选用1,2号配合比进行人工摊铺试验，共铺筑4层，现场试验段心墙每层摊铺厚度均为30cm，宽90cm，两侧过渡料摊铺厚度为30cm，宽3.0m，具体试验布置如图1所示。
表6 现场试验心墙施工配合比参数
Table 6 Construction mix parameters of asphalt concrete in field test
表7 沥青混凝土运输及摊铺过程中的温度试验成果
Table 7 temperature test results of asphalt concrete transportation and paving process
现场试验沥青混凝土采用装载机运输，通过试验发现，一般混合料在进入搅拌机时应将温度调至145～165℃，混合料初碾后温度应为145～160℃，终碾后温度应>120℃。碾压步骤为:首先静碾1次过渡料;然后静碾2次混合料，至混合料达到所需初碾温度时，将过渡料及混合料同步进行6,8,10次动态碾压，动态碾压时机械行走速度应保持为25～30m/min;最后利用1.5t振动碾压机械对心墙进行1次静碾收光，利用3t振动碾压机械将过渡料与心墙接触部分进行1次静碾。
从运输至摊铺及碾压的整个过程来看，1号配合比混合料质地均匀，碾压过程中未出现陷碾等现象，碾压结束后混合料表面光泽度较好;2号配合比混合料运输至现场时出现骨料分离现象，碾压过程出现陷碾现象，但碾压结束后混合料表面光泽度较好。
3.5 层间结合
选取已完成摊铺碾压的试验段，待其温度降至环境温度时，利用XY-1A型地质钻机分别在水平结合处与斜坡结合处进行钻芯取样，每处取4个芯样，如图2,3所示。由图2,3可知，沥青混凝土与水泥混凝土在基座水平、斜坡处结合较好。
图2 水平结合处
Fig.2 Horizontal junction
3.6 渗透试验
选取已完成摊铺碾压的试验段，待其温度降至环境温度时，进行渗透试验，渗透试验结果如表8所示，由表8可知，沥青混凝土渗透系数符合≤1×10-
表8 渗透试验结果
Table 8 Results of permeability test
3.7 配合比优选及确定
结合试验结果及分析，本次现场铺筑试验1,2号配合比均满足规范要求。通过对比分析各项指标，1号配合比略优，结合本工程特点及现场实际施工情况，建议采用1号配合比作为施工配合比。
4 结语
通过进行心墙防渗体现场铺筑试验，对原材料性能、沥青混凝土温度损失及现场运输、摊铺等进行研究，得出以下结论。
1)本次试验使用的沥青混凝土原材料各项性能指标均满足规范要求，可应用于金峰水库现场施工。
2)通过现场试验综合分析室内试验推荐的配合比可知，配合比均满足规范要求。结合本工程特点及现场实际施工情况，1号配合比更适用于实际工程。
3)观察芯样可知沥青混凝土与水泥混凝土在基座水平、斜坡处结合较好。
4)拌合温度存在一定波动范围，沥青温度主要在145～170℃进行变化，骨料温度主要在150～200℃进行变化，拌合完成后出口温度波动范围为145～180℃。
5)进行混合料拌合时，推荐将沥青温度控制为155～165℃，将骨料温度控制为175～185℃，将拌合完成后心墙混合料出机口温度调整为155～175℃，将心墙混合料进入仓口温度控制为145～165℃，将初碾温度控制为145～155℃，将终碾温度控制为>120℃。如遇特殊情况，应立即采取温度保护措施。
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