碾壓式瀝青混凝土心墻冬季施工試驗研究

凌華軍

（江西華東龍源建設(shè)有限公司，江西 景德鎮(zhèn)333400）

瀝青混凝土心墻具有防滲性能好、適應(yīng)變形能力強、裂縫自愈速度快等特點［1］被廣泛應(yīng)用于水利水電工程中。

目前世界上修建的瀝青混凝土心墻壩已有100多座，西方歐美國家對瀝青混凝土心墻壩進行了大量研究，并有較為成熟的理論［2］。我國20世紀80年代建成了第一座瀝青混凝土壩［3］，雖然起步較晚，但發(fā)展較快，現(xiàn)已積累了一定設(shè)計經(jīng)驗［4-11］。隨著瀝青混凝土心墻設(shè)計理論日益完善，施工問題逐漸增多，尤其在寒冷地區(qū)的瀝青混凝土心墻壩施工經(jīng)驗較少，存在不少問題［12］。本文對瀝青混凝土心墻的施工進行研究，為實際的工程應(yīng)用提供指導(dǎo)，具有一定的實踐意義。

1 試驗材料

某水電站所在地冬季氣溫較低，最低氣溫可達-32℃，為了滿足工程進度的需求，需要在冬季進行施工。

試驗材料根據(jù)實際工程需要進行選擇，主要有瀝青混凝土和過渡料。其參數(shù)如表1，表2。

表1 試驗材料和配合比

表2 推薦配合比的礦料級配

2 實驗設(shè)備

本次試驗設(shè)備如表3。

表3 試驗設(shè)備

續(xù)表3

3 試驗設(shè)計

3.1 實驗條件

試驗范圍全長58m，分兩層施工，每層分4段，均采用機械碾壓施工。施工溫度為-14～-6℃，風(fēng)力2～3級。混凝土的碾壓采用不同碾壓形式，第1層瀝青混凝土和過渡料采用不同碾壓遍數(shù)，碾壓溫度均為130℃；第2層過渡料和瀝青混凝土料在第1層參數(shù)基礎(chǔ)上進行，每段進行碾壓的遍數(shù)保持一致，每段的溫度保持逐漸升高，分別為：115，125，135，145 ℃。

3.2 瀝青混凝土攪拌工藝

瀝青混凝土攪拌機設(shè)備選用LB-1000，在實際實驗過程中外界氣溫低于-3℃時，將攪拌機設(shè)備容易結(jié)冰的部件進行保溫處理。瀝青的溫度控制按照標準要求控制在160～170℃，試驗用骨料的溫度控制在185～200℃。將試驗所需骨料和礦粉進行攪拌20s后，接著加入瀝青進行攪拌50s，待攪拌的瀝青色澤較為均勻、整體濃度比較均勻時記為攪拌均勻。瀝青混凝土的運輸采用50kN自卸車進行，為預(yù)防在運輸過程出現(xiàn)瀝青混凝土因溫度降低結(jié)塊現(xiàn)象，在車廂的周圍進行保溫處理，并且在瀝青混凝土裝車和卸車時，均進行溫度檢查。

3.3 瀝青混凝土攤鋪、碾壓

瀝青混凝土運輸?shù)侥康牡睾?，進行攤鋪碾壓采用XT120攤鋪機，將瀝青混泥土和過渡料同時進行攤鋪，瀝青混凝土料使用專用的裝載機放入攤鋪機內(nèi)進行攤鋪，過渡料則直接由挖掘機進行裝料，混凝土攤鋪的厚度保持在25cm，為了避免混凝土受到外界低溫影響，在進行攤鋪后用帆布遮蓋。攤鋪后進行碾壓，瀝青心墻采用BW80振動碾壓機進行碾壓，保持一定速度運動，盡量避免在碾壓過程中出現(xiàn)急?；蚣眲〖铀佻F(xiàn)象，碾壓過后，用草料或棉被進行保溫。而過渡料則采用較大功率的BW120碾壓機進行碾壓，碾壓完成后，需要對混凝土表面進行處理，將汽油和瀝青以7∶3的比例進行調(diào)制，將其噴灑在心墻表面，等凝固后，再鋪設(shè)由瀝青、礦粉和砂子混合而成的瀝青砂漿。在鋪設(shè)過程中，出現(xiàn)局部有水時，可先除去表面的水，再用設(shè)備加熱烘干。

4 實驗結(jié)果分析

在攤鋪試驗期間，對兩層混凝土混合料進行抽樣檢驗，結(jié)果如表4。

表4 瀝青混合料抽樣試驗結(jié)果

由表4可知，瀝青混合料的實際通過率基本滿足要求。

過渡料三因素相關(guān)關(guān)系如表5和圖1。

表5 過渡料三因素相關(guān)計算

圖1 過渡料三因素相關(guān)關(guān)系

由圖1可知，過渡料礫石相對密度變化趨勢為先增大后減小，最大值出現(xiàn)在礫石含量為71.8%時，相對密度最大值2.35，因此在實際施工中建議該工程礫石含量控制在70%為相對較好。

過渡料碾壓后抽檢試驗結(jié)果如表6，對應(yīng)過渡料顆粒級配曲線如圖2。

表6 過渡料碾壓后抽樣檢查結(jié)果

圖2 過渡料碾壓后級配曲線

過渡料最佳碾壓遍數(shù)需要滿足相對密度大于0.85時的最小碾壓遍數(shù)，最佳碾壓遍數(shù)為12遍。

瀝青混凝料的最佳碾壓遍數(shù)確定原則為在滿足設(shè)計密度和孔隙率等前提下的最小碾壓遍數(shù)來確定。由表4、表6和圖2綜合分析，瀝青混合料的最佳碾壓遍數(shù)為10遍。

試驗設(shè)置的115，125，135，145 ℃ 4個不同溫度進行碾壓試驗，對抽樣結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)結(jié)果均符合要求，結(jié)合實際經(jīng)驗，在初始碾壓溫度低于130℃時，瀝青混凝土容易出現(xiàn)松動等其他現(xiàn)象，故選取初始碾壓溫度為130～145℃均可。

對碾壓后的瀝青混凝土采用密度儀對其密度進行檢測，同時使用ZC-6型滲氣儀對混凝土的滲透系數(shù)進行檢測，發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土的密度均大于2.3g/cm3，滲透系數(shù)均小于5.0×10-9cm/s，滿足基本設(shè)計要求。采用鉆孔取芯法進行抽樣試驗，如表7。

表7 碾壓芯樣抽檢結(jié)果

由表7可知抽檢的芯樣的密度、孔隙率、穩(wěn)定度和流值均符合實際設(shè)計要求，并進行了2m水頭的滲透試驗，發(fā)現(xiàn)均無滲透問題存在，說明瀝青混合料的攤鋪和碾壓工藝是可行的。

通過肉眼對抽取芯樣進行觀察，發(fā)現(xiàn)芯樣根部大部分為毛面，第1層芯樣根部帶有水泥混凝土部分，第2層與第1層結(jié)合面正常的肉眼已經(jīng)無法觀察出來，說明瀝青混凝土、地基及混凝土相互之間黏結(jié)良好。

使用全站儀對碾壓后的瀝青混凝土心墻和過渡料的額厚度和平整度進行測量，瀝青混凝土的厚度最大值34.5cm，最小值31cm，平均值33.5cm；過渡料碾壓厚度最大值35cm，最小值0.32cm，平均34cm。發(fā)現(xiàn)在第1層攤鋪中瀝青混凝土厚度均出現(xiàn)了不同程度的減小，過渡料的減小相對較少，在第2層攤鋪中進行相應(yīng)調(diào)整，最終整體比較平整。

5 結(jié)語

（1）實際施工過程中應(yīng)控制礫石含量在70%，這樣可保證材料的相對密度較高。

（2）施工材料在攤鋪后進行碾壓的最小遍數(shù)不一樣，瀝青混合料的最小碾壓遍數(shù)為10遍，過渡料的最小碾壓遍數(shù)為12遍。

（3）施工溫度對瀝青混凝土的強度有影響，初始碾壓的溫度應(yīng)該控制在130～145℃范圍。

（4）從施工材料、溫度控制、最小碾壓遍數(shù)、滲透率等方面考慮，可以在冬季進行施工。