Page 85 - 2024年第55卷第8期

由图 １０和表 ６可知，松铺覆盖对大仓面施工
防冻控温有明显效果。在 ４％ＰＣＭ 和 ２％ＰＣＭ 掺
量下，覆盖 １５ｃｍ厚的相变黏土时，其下方压实
表层不发生冻结的时间，即有效施工时长分别为
４０．６ｈ和 ３９．１ｈ，相较于裸露的压实表层分别延
长了 ２２．４ｈ和 ２１．３ｈ；在环境温度快速回升阶段，
由于松铺热量传递到压实表层需要通过上层松铺
土体，故在 １０ｃｍ和 ５ｃｍ松铺覆盖下以及裸露的
压实层土体几乎同一时刻（约 ２２ｈ）回升至可施工
温度。这说明：松铺覆盖对压实土体有明显保温
作用，可以有效防止压实表层的冻结，延长有效
施工时长。松铺土层厚度越大，压实土层对环境
温度的响应时间越长。 图 １１ 不同松铺覆盖厚度下有效施工时长估计
由图 １１可知，在 ４％ＰＣＭ掺量下，松铺层厚度与有效施工时长呈正相关，其相关系数为 ０．９７７８。
由关系式 ｙ ＝ １．５７２ｘ ＋ １５．６８可知，相变黏土在极端温度环境施工时，每增加 １ｃｍ松铺层厚度，有效施
工时长约增加 １．５７ｈ。
３．５ 现场施工防冻控温措施分析 由于心墙相变黏土中 ＰＣＭ 会影响其力学性能，且实际施工现场下
ＰＣＭ成本较高，因此在实际工程应用中可以采用增加松铺覆盖层厚度的方法作为控制 ＰＣＭ 掺量的辅
助措施。根据工程现场实际控温需求：在冬季极端环境下，两天内的可施工时长（压实表层温度维持
在－ １℃以上的时间）总和达到 ３０ｈ。通过数值模拟和有效施工时长估计（见 ３．４节）进行防冻方案确
定，由图 １１可见，当 ＰＣＭ掺量为 ２％时，松铺层土料厚度达到 ９．６ｃｍ即可满足工程控温要求。模拟
得到压实表层的温度变化历程如图 １２所示，此工况下有效施工时间为 ３５．９ｈ，满足施工条件。课题组
前期已有研究表明采用的 ２％ＰＣＭ掺量对相变黏土的物理力学性能影响有限，能满足现行堆石坝设计
规范 ［２５］ 。

图 １２ 选定工况下压实表层温度历程（２％ＰＣＭ掺量，９．６ｃｍ松铺覆盖层）

４ 结论

本文建立了考虑上层土料松铺的施工相变传热有限元数值模型，结合工程实例分析了松铺厚度、
ＰＣＭ掺量对相变黏土冬季施工控温效果的具体影响，进而针对该工程给出了防冻控温措施建议，可为
寒区路基、提坝工程冬季施工期土料的防冻保温提供新的思路。主要结论如下：
（ １）松铺覆盖对压实土体有明显保温作用，可以有效防止压实表层的冻结，延长有效施工时长。４％

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