沁縣西湯水庫(kù)工程堆石壩體心墻的瀝青混凝土專項(xiàng)鋪筑試驗(yàn)

張海飛

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

沁縣西湯水庫(kù)工程堆石壩體心墻的瀝青混凝土專項(xiàng)鋪筑試驗(yàn)

張海飛

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

沁縣西湯水庫(kù)的壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩。為確保壩體心墻的瀝青混凝土鋪筑順利進(jìn)行，在壩體正式施工前，選擇試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行專項(xiàng)鋪筑試驗(yàn)，文中詳細(xì)介紹了試驗(yàn)內(nèi)容、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)步驟和方法、試驗(yàn)質(zhì)量的檢測(cè)，從而確定了關(guān)鍵的施工參數(shù)。

西湯水庫(kù)；心墻；瀝青混凝土；鋪筑試驗(yàn)

1 工程概況

西湯水庫(kù)位于沁縣境內(nèi)申則村西海河流域濁漳河北源一級(jí)支流涅河支流西湯河上，壩址以上流域面積91.6 km2，河長(zhǎng)12.7 km，主河道平均縱坡21‰，流域內(nèi)地類主要為砂頁(yè)巖灌叢山地和砂頁(yè)巖森林山地。

本工程水庫(kù)樞紐為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為?。?）型，主要建筑物為4級(jí)，包括瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸隧洞工程、右岸溢洪道工程等。壩頂長(zhǎng)284.2 m，最大壩高20.3 m。壩體的分區(qū)有堆石圍堰、上下游干砌石護(hù)坡、上下游堆石區(qū)、防滲墻、瀝青混凝土心墻和過(guò)渡區(qū)。

此次為確保壩體心墻的瀝青混凝土鋪筑順利進(jìn)行，在壩體正式施工前，選擇試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行專項(xiàng)鋪筑試驗(yàn)，確定關(guān)鍵的施工參數(shù)。

壩體成型后瀝青混凝土心墻所在位置見圖1壩體橫剖圖。

圖1 壩體橫剖圖

2 試驗(yàn)內(nèi)容

1）各項(xiàng)原材料的檢驗(yàn)。

2）根據(jù)配料和拌合順序，觀察檢測(cè)瀝青混凝土的外觀顏色、拌合時(shí)間及出機(jī)口的溫度。

3）觀察檢測(cè)瀝青混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的離析情況和溫度損失情況。

4）根據(jù)瀝青混凝土不同鋪筑方法、鋪筑厚度、碾壓遍數(shù)，在碾壓完成后，從中鉆取芯樣進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，來(lái)確定最佳的施工參數(shù)。

5）搜集數(shù)據(jù)計(jì)算瀝青混凝土鋪筑前后的損耗率。

3 原材料檢驗(yàn)

1）瀝青。使用新疆克拉瑪依出產(chǎn)的水工70號(hào)瀝青。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，瀝青各項(xiàng)結(jié)果滿足本工程的設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）粗骨料。使用武鄉(xiāng)縣石料廠出產(chǎn)的粗骨料。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，粗骨料各項(xiàng)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

3）細(xì)骨料。使用武鄉(xiāng)縣石料廠出產(chǎn)的細(xì)骨料。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，細(xì)骨料各項(xiàng)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4）填料。填料采用晉牌水泥集團(tuán)生產(chǎn)的礦粉。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，礦粉各項(xiàng)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 場(chǎng)地布置

鋪筑試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)距離拌合站約50 m，地面平整，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)澆筑尺寸為30 m×1.5 m×0.3 m的C20混凝土一塊進(jìn)行鋪筑試驗(yàn)，以驗(yàn)證瀝青混凝土與水泥基座的結(jié)合情況及連續(xù)兩層人工鋪筑試驗(yàn)。

4.2 基座的處理

當(dāng)基座混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求、干燥后，清除表面的乳皮、浮漿、粘著物，個(gè)別的潮濕部位加熱烘干；基座表面人工噴涂一層冷底子油（瀝青∶汽油=3∶7），噴涂勻稱，無(wú)漏涂。待冷底子油中的汽油充分揮發(fā)后，再往其上部均勻攤鋪一層1.5～2.0 cm瀝青瑪蹄脂，其配比為瀝青∶填料∶砂=1∶2∶2。

4.3 配料和拌合試驗(yàn)

1）瀝青混凝土拌合系統(tǒng)計(jì)量鑒定，由監(jiān)理及項(xiàng)目部人員參與，其計(jì)量鑒定結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）瀝青、骨料溫度的確定。參考以往相似工程施工經(jīng)驗(yàn)，瀝青加熱溫度控制在140～160℃之間，骨料加熱溫度控制在160～180℃之間，礦粉不加熱。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，拌制完成的瀝青混凝土出機(jī)口溫度在150～180℃之間。

4.4 瀝青混凝土運(yùn)輸方式和溫度損失的檢測(cè)

本次試驗(yàn)采用1輛50裝載機(jī)運(yùn)輸，拌合樓與試驗(yàn)場(chǎng)地的實(shí)際距離約50 m，瀝青混凝土由裝載機(jī)改裝的上料機(jī)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，鋪筑時(shí)直接卸料在模板內(nèi)，在整個(gè)運(yùn)輸至鋪筑的過(guò)程中經(jīng)觀察瀝青混凝土無(wú)離析現(xiàn)象。

本次溫度損失試驗(yàn)共收集了環(huán)境溫度、瀝青混凝土的出機(jī)口溫度、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)溫度、入倉(cāng)溫度、初碾溫度、終碾溫度以及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間等數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

從統(tǒng)計(jì)表可見，此次的瀝青混凝土出機(jī)口溫度為148.0～187.5℃，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)時(shí)間 3～8min，從出機(jī)口到現(xiàn)場(chǎng)溫度損失 2.5～7.5℃；入倉(cāng)溫度 140.0～171.5℃，初碾溫度 128.5～151.0℃，終碾溫度 122.0～141.0℃。

表1 溫度損失檢測(cè)數(shù)據(jù)表

本次試驗(yàn)中，運(yùn)輸時(shí)間、環(huán)境溫度、瀝青混凝土溫度和溫度損失在控制情況下所施工的瀝青混凝土主要性能均能滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)合以往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，瀝青混凝土在140℃～160℃最低不低于130℃可以碾壓密實(shí)。當(dāng)入倉(cāng)瀝青混凝土溫度過(guò)高，碾壓時(shí)容易粘附在碾滾上，無(wú)法真正壓實(shí)，溫度過(guò)低，壓實(shí)遍數(shù)相應(yīng)增加，并且溫度損失相應(yīng)增大，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可以知道，低于130℃后，瀝青混凝土將難以壓實(shí)。因此為確保施工質(zhì)量，瀝青混凝土施工運(yùn)輸時(shí)間不大于20 min；瀝青混凝土拌合站的出機(jī)口溫度控制在160～180℃之間；初碾溫度控制在140～160℃之間，最低不要低于130℃；連續(xù)鋪筑時(shí)上層表面溫度不宜低于90℃，在已壓實(shí)的心墻上繼續(xù)鋪筑時(shí)表層溫度不宜低于70℃，當(dāng)溫度達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)采取加熱措施使溫度達(dá)到時(shí)方可繼續(xù)施工。

4.5 碾壓參數(shù)選取

本現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)場(chǎng)次，瀝青混凝土按照同一個(gè)配合比，不同碾壓遍數(shù)、不同鋪料厚度等試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行組合來(lái)驗(yàn)證各施工工藝下的瀝青混凝土的性能。試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2 瀝青混凝土參數(shù)表

每一碾壓層段瀝青混凝土鋪筑后，分別在其上部取散料，送至現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室，測(cè)試其各項(xiàng)指標(biāo)。每一層碾壓完成后，等瀝青混凝土內(nèi)部溫度完全消失后鉆取芯樣，測(cè)試芯樣密度及孔隙率。

4.6 鋪筑碾壓施工流程

施工準(zhǔn)備—測(cè)量放線—立?！^(guò)渡料鋪填—過(guò)渡料的初碾—瀝青混凝土的鋪填—拆?！獮r青混凝土和過(guò)渡料同步碾壓—終碾收面。

4.7 碾壓機(jī)械速度檢測(cè)

本次試驗(yàn)采用人工進(jìn)行心墻瀝青混凝土的鋪筑，用一臺(tái)BW80AD-5型振動(dòng)碾碾壓瀝青混凝土，過(guò)渡料用駿馬YZC3和BW120AD-4型振動(dòng)碾碾壓；碾壓順序?yàn)橄褥o碾壓過(guò)渡料2遍，靜碾瀝青混凝土2遍，同時(shí)對(duì)瀝青混凝土和過(guò)渡料振動(dòng)碾壓6、8、10遍（動(dòng)碾時(shí)三臺(tái)振動(dòng)碾呈“品”字型進(jìn)行），最后用BW80AD-5型振動(dòng)碾在瀝青心墻靜碾2遍收光，過(guò)渡料用駿馬YZC3和BW120AD-4型振動(dòng)碾靜碾2遍壓平過(guò)渡料與心墻接觸部位。各機(jī)械速度匯總見表3。

表3 碾壓機(jī)械速度檢測(cè)匯總表

4.8 瀝青混凝土心墻厚度測(cè)量

試驗(yàn)采用全站儀對(duì)鋪筑前基礎(chǔ)面高程、松鋪料高程及碾壓后高程進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，根據(jù)碾壓前后的沉降量計(jì)算出心墻碾壓前后的厚度。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量瀝青混凝土心墻鋪料厚度28 cm時(shí)，碾壓完后厚度為24～26 cm；瀝青混凝土心墻鋪料30 cm時(shí)，碾壓完厚度為26～28 cm。

4.9 瀝青混凝土心墻碾壓后寬度測(cè)量

寬度測(cè)量情況見表4。

表4 鋪筑寬度測(cè)量 單位：cm

4.1 0瀝青混凝土完成后損耗率的計(jì)算

按每10 m試驗(yàn)段，根據(jù)測(cè)量的心墻碾壓后的寬度，計(jì)算出鋪筑瀝青混凝土的實(shí)測(cè)方量，實(shí)測(cè)鋪筑瀝青混凝土的方量與按照鋪筑長(zhǎng)度、高度及模板寬度計(jì)算出的理論方量之差求得瀝青混凝土的損耗率。

厚度28 cm時(shí)損耗率：

厚度30 cm時(shí)損耗率：

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出損耗率可見在鋪筑30 cm厚時(shí)的損耗率小。

5 質(zhì)量檢測(cè)

5.1 瀝青混合料的檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的目的是為了指導(dǎo)施工，因此試驗(yàn)室對(duì)瀝青混合料均進(jìn)行了馬歇爾試件密度、孔隙率、瀝青含量及礦料級(jí)配試驗(yàn)，具體見表5、表6。

從表5密度、孔隙率檢測(cè)結(jié)果可見，馬歇爾試件在室內(nèi)成型的孔隙率最大值2.66%，最小值0.97%，平均值1.32%-2.39%。

從表6從抽提試驗(yàn)結(jié)果可見，瀝青含量、各級(jí)配的過(guò)篩率與設(shè)計(jì)值比較可以滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 碾壓完成后瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)取芯及察看檢測(cè)

對(duì)于碾壓完成的瀝青混凝土，待其完全冷卻后進(jìn)行鉆芯取樣檢驗(yàn)，見圖2。內(nèi)容主要為：

1）檢測(cè)芯樣的密度、孔隙率，成果見表7。

表5 密度、孔隙率成果表

表6 抽提試驗(yàn)檢測(cè)成果

圖2 現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣和觀察層間結(jié)合情況

2）現(xiàn)場(chǎng)人為查驗(yàn)瀝青混凝土與混凝土基座之間結(jié)合情況，經(jīng)察看，瀝青混凝土與混凝土基座之間結(jié)合良好；瀝青混凝土連續(xù)鋪筑兩層之間的結(jié)合面無(wú)法觀察到結(jié)合縫，說(shuō)明結(jié)合良好。

3）查驗(yàn)過(guò)渡料和瀝青混凝土之間的結(jié)合情況，將心墻兩側(cè)的過(guò)渡料各挖開兩處，經(jīng)察看，瀝青混凝土與過(guò)渡料之間結(jié)合良好。

表7為芯樣密度、孔隙率檢測(cè)成果。

從表7中數(shù)據(jù)分析可見，各項(xiàng)碾壓試驗(yàn)孔隙率均小于3%，密度均大于2.35，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且根據(jù)施工參數(shù)的不同，數(shù)值沒(méi)有規(guī)律性變化，說(shuō)明鋪料厚度小于30 cm時(shí)，動(dòng)碾遍數(shù)在10遍以上時(shí)瀝青混凝土已經(jīng)壓至密實(shí)，再增加碾壓遍數(shù)對(duì)于提高瀝青混凝土密實(shí)度意義不大。

6 結(jié)論

1）瀝青混凝土原材料各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)瀝青混凝土抽提試驗(yàn)和各項(xiàng)物理性試驗(yàn)，說(shuō)明室內(nèi)檢測(cè)推薦的配合比適應(yīng)性較強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)施工配合比推薦使用（見表8、9）。

3）瀝青混凝土拌合站的計(jì)量精度滿足要求，生產(chǎn)的成品料質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4）瀝青混凝土與混凝土基座、瀝青混凝土與過(guò)渡料、瀝青混凝土層與層之間的結(jié)合情況良好。

表7 芯樣密度、孔隙率檢測(cè)成果表

表8 配合比的配料參數(shù)與材料

表9 配合比的礦料級(jí)配

5）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)冷底子油和瀝青瑪蹄脂的配合比滿足要求，在壩體正式施工中，應(yīng)保證冷底子油噴涂的厚度、均勻性及覆蓋完整性；嚴(yán)格執(zhí)行瀝青瑪蹄脂施工工藝要求。

6）采用此次試驗(yàn)選擇的參數(shù)，瀝青混凝土性能指標(biāo)均可滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，從工程防滲、變形、強(qiáng)度、施工、進(jìn)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，推薦施工參數(shù)見表10。

表10 西湯水庫(kù)瀝青混凝土施工參數(shù)控制表

7 施工中的建議

1）每天開盤前應(yīng)對(duì)熱料倉(cāng)骨料級(jí)配情況進(jìn)行篩分，根據(jù)各礦料級(jí)配情況對(duì)配料比例進(jìn)行校核。

2）骨料加熱應(yīng)勻稱，溫度控制在170℃～190℃之間，一般不大于200℃。

3）瀝青、粗骨料、細(xì)骨料、填料嚴(yán)格按照施工配料單投料稱重，料的出機(jī)溫度隨著環(huán)境溫度變化而嚴(yán)格控制，一般控制在160℃～180℃，出倉(cāng)的瀝青混凝土應(yīng)均勻光亮，沒(méi)有花白料和冒黃煙，卸料不要產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

4）為方便有些成品料內(nèi)部氣泡排出，在入倉(cāng)后放置20 min左右，再碾壓。瀝青混凝土初碾溫度宜控制在140℃～160℃，最低不低于130℃，冬季施工偏大值，夏季施工偏小值。

5）碾壓機(jī)械需保持20～30 m/min勻速行駛，行走過(guò)程中禁止突然剎車或者橫跨心墻碾壓。橫向接縫位之碾壓需重疊30～50 cm，部分碾壓不到的，采取人工或者小夯機(jī)夯實(shí)。

Special Paving Test of Asphaltic Concrete Core Wall of the Xitang Reservoir’s Rockfill Dam in Qin County

ZHANG Hai-fei

The dam type of the Xitang Reservoir is an asphaltic concrete core rockfill dam.In order to ensure the smooth proceeding of paving the asphaltic concrete core wall in the dam body,before the formal construction of the dam，a test site was selected to carry out a special paving test.The paper gives the detailed introduce about test contents，test procedure and methods,the test quality moneforing，etc.So that the key construction parameters were determined.

the Xitang Reservoir；core wall；asphaltic concrete；paving test

TV543.8

B

1006-8139（2017）02-061-05

2017-02-13

2017-04-06

張海飛（1988-）男，2009年畢業(yè)于山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師。