碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術探討

1、概 述

瀝青砼心墻土石壩從1949年葡萄牙建成45m之瓦勒·多、蓋奧(vdle·do·Gdio)壩起，迄至如今已超半個世紀。國內外在七十年代前僅見該類壩十余座。最大壩高為55m。

進入八十年代奧利地所建成勞斯特塔爾高為薔能電站土石壩，壩高149m，瀝青心墻高為98m的碾壓式瀝青砼防滲結構。前蘇聯在西伯利亞和其他高寒地區，也先后建成壩高140m的Telldxskdyd瀝青砼心墻砂礫石壩和壩高79m的Boguchdnkyd壩等三座瀝青砼心墻土石壩。香港高島東西壩為105m及90m，挪威所建成的斯特拉邁壩也高達100m，上述瀝青砼心墻高土石壩均建成于八十年代。

我國自1974年甘肅省敦煌黨河修建成壩高46m首座瀝青砼心墻土石壩，以后在浙江、遼、吉、黑、廣西等省相繼建成了一批瀝青砼心墻土石壩。在已建成的這些瀝青砼心墻土石壩中，除黑龍江省新鄂壩高為82.3m系高壩外，其他壩高均未超過50m。

上述情況表明瀝青砼心墻土石壩起步較晚，工程類比經驗尚少，設計理論與方法還不夠成熟，仍缺少有效技術制表來科學評定瀝青砼各種性能，從總體上看這是一種年輕階段，經驗性壩型。

2、瀝青混凝土心墻分類

目前，國內外瀝青砼心墻大致分為斜心墻和直立式心墻兩種結構形式。在配合比瀝青含量，心墻成型方法上則有碾壓式和灌筑(灌注)式之區別。心墻寬度多數在40-80em范圍以內，瀝青砼心墻最大寬度為前蘇聯八十年代初建成的Telldxskdyd壩達140cm，而我國甘肅省敦煌黨河壩的瀝青砼心墻最大底寬也達到150cm，瀝青砼心墻最小寬度的壩系1949年建成的瓦勒·多、蓋奧(vdle·d0·Gdio)壩，其心墻寬度僅為20-10cm。瀝青砼心墻壩有的是壘結構式的，也有與其他防滲結構相連接屬混合型的。

3、碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩特點

瀝青砼心墻防滲結構主要特點概略為以下幾點:

3.1 瀝青砼心墻的設計結構與施工工藝較簡單，澆筑速度快，便于施工管理和質量控制。在氣候干燥地區能長年施工，可與土石壩同步進行施工。

3.2 結構斷面小，施工強度不大，這種壩型施工導流費比其他材料節約資金且施工速度快，瀝青砼心墻堆石壩(圍堰)采取適當防護措施可以過流，抗洪能力強。

3.3 瀝青砼心墻在壩體穩定性前提下，可有效地吸收超載引起的材料變形，能適應蓄水期壩體位移、承擔和傳遞自重、水壓力、能承受較大剪切變形。在發生14%的壓縮變形和14%室內實驗的側向變形情況下，仍能保持抗滲能力。

3.4 瀝青砼種膠粘劑具有較強粘結性。由于地震、外力作用形成的裂縫而產生漏水、瀝青砼中的細料不可能被沖走，所以不可能形成水力劈裂條件。且自身的塑性能使裂縫自愈，具有自愈效應。

3.5 瀝青砼心墻與其他材料接合面之間有足夠的抗剪強度。自立式心情布置決定其帷幕接觸帶最短，心墻在壩體內使其耐久性、防滲、抗震能力更加可靠，它的抗裂縫自愈能力均優于土料和面板砼結構。

4、瀝青混凝土防滲心墻的施工

瀝青砼心墻分為碾壓式和澆筑式，二者在材料配比、澆筑壓實工藝、結構尺寸、墻體支護模板、質量評定標準等方面均有所不同。碾壓式心墻是以過渡層和瀝青砼交錯碾壓的方式隨壩增高，過渡料和活動式鋼模充當心墻的支護體，而澆筑式心墻瀝青含量約占瀝青砼總量比(9.5-16)%，是碾壓式的一倍左右，流動性較大，施工過程中采用模板支護，對模板的基本要求是耐高溫(T>180℃)，能夠承受瀝青砼側向荷載，安裝拆卸方便或以砌塊永久置于壩體內，并保證心墻上升速度。

4.1 瀝青砼施工的準備工作

瀝青砼施工的準備工作包括如下內容:

(1)編制碾壓式瀝青砼心墻土石壩內部施工技術規范和安壘操作規程;

(2)做好施工組織設計和現場規劃場地布置工作;

(3)設計出瀝青砼和瀝青砼砂漿配合比，在瀝青砼正式填筑前組織現場碾壓試驗，

(4)選定瀝青砼原材料加熱拌合機型、運輸、攤鋪和碾壓設備機具;

(5)購存瀝青、礦料，充填料和燃料(燒煤、油料、天然氣)等，進行礦料、填充料天然風干;

(6)修筑場內外運輸道路;

(7)選定和加工制作出模板支護結構，

(8)做好基礎、水泥砼蓋板、齒墻，廊道等結合面上的鑿毛、清洗加熱工作，

(9)做好基礎部位抽排水和岸坡滲水處理工作;

(10)培訓施工隊伍，熟悉工藝操作。

(11)其他準備工作。

4.2 原材料

(1)瀝青:水工瀝青一般選用道路石油瀝青60甲和100甲，國外一般采用針入度為80-100的瀝青。我國一些低壩有采用渣油的。

(2)粗、細骨料:粗骨料宜采用級配良好、質地堅硬、堿性浩凈碎石，粒徑不得大于25mm，吸水率不大于3%，細骨料選用質地堅硬級配良好的砂粒及粒徑小于5mm的細碎石，含泥量不大干2%的潔凈細料。

(3)填充料，一般采用石灰巖、白云巖粉、細度應符合要求，含水率應小于0.5%，為了改善瀝青砼性能，提高其變形能力，可摻入適量橡膠粉、塑料或其他高分子化學材料粉屑。

4.3 瀝青砼的拌制和運輸

瀝青砼礦料加熱驅水，可用旋轉式內燃型加熱器，攪拌機可選用LB-30型自動化二次篩分，稱量配料和攪拌至拌合樓，每小時額定產量30t/h中、小型瀝青砼心墻壩，宜采用自型設計制造容量為0.2-0.3m3強度式攪拌機。瀝青脫水，可在加熱池內進行，也可在鐵鍋，鐵容槽內脫水加熱，加熱燃料為燃煤、天然氣和柴油等。瀝青脫水溫度在120±10℃，加熱溫度不超過170℃，保溫在6小時以內，礦料加熱溫度也相應在這范圍內，礦料、填充料和瀝青以重量配料，不允許超初限制偏差。攪拌按先礦料、填充料干拌15-25S，再加入瀝青，一般凈拌制約1.0-1.2min，達到拌合均勻，瀝青裹覆率達到95%以上程度。瀝青混合料拌合后和出機溫度，應使其經過運輸、攤鋪等工序，熱量損失后的溫度能滿足起始碾壓溫度的要求，其適宜的出機溫度可見表一。

攪拌機停機后，或遇故障停機超過30min時，應及時將機內瀝青混合料放出，并加熱或用熱碎石將攪拌機清理干凈，要謹慎操作，注意安全。

瀝青混合料運輸大多采用汽車裝保溫罐裝運，經5t汽車吊保溫罐直接卸料入模，或卸料于模外鐵板上，再經人工鐵鍬傳料入模。運料機具的容量和數量，應同瀝青砼的拌制攤鋪、碾壓生產能力適應。裝盛瀝青混合料的罐、斗和卸料工具應涂刷一薄層肥皂水、柴油或油水混合液，轉運次數要少，防止離析，應盡量減少熱量損失，途中因故造成料物溫度不能滿足碾壓要求時，應作廢料處理。

4.4 瀝青砼心墻與相鄰結構的聯結

隨著大量瀝青砼心墻的建成，對大壩各種止水結構間的防水聯結，即瀝青砼心墻和基礎、砼截水墻、地下砼防滲墻、檢查廊道、鋼板柱等，以及瀝青砼心墻和交叉建筑物、溢洪道、河各岸邊坡、壩間或壩體、墻頂與壩頂公路等。

上述結構的聯結應先將相鄰結構結合層的表面鑿毛、清洗干凈、保持干燥狀態。在表面涂刷一層乳化瀝青或稀釋瀝青，其用量為0.5-2kg/。然后待干燥后，于結合面上再鋪設一層厚度約1-3cm砂質瀝青瑪蹄脂層，來保證其聯結質量，以免發生輕微的水平移動時引起漏水。或以熱瀝青填料灌注填滿接合層空隙。

4.4.1 模板支護

模板結構的型式可概略分為鋼制的拆卸組裝式、移動式、框架結構、插板卡頂式、波狀永久埋入式鋼板等各種鋼模。

除各種結構的型式鋼模板外，還有砼塊和塊石砌筑的擋墻。

4.4.2 攤鋪和碾壓前的準備

瀝青砼心墻與基座、岸坡等剛性建筑物，應按有關規定做好接合面處理。瀝青砼上下層之間的粒徑表面，對底層已冷結表面應清理干凈后，用紅外線加熱器、熱熔器、噴燈等加熱驅水，使底層熔深在2cm以上，溫度達到70℃以上。

4.4.3 攤鋪和碾壓

國內幾座瀝青混凝土心墻土石壩，瀝青混合料的攤鋪碾壓工藝是:瀝青混合料經汽車保溫罐運至作業面用吊車啟吊保溫罐或翻斗機動車將料卸入模內。以人工用鍬靶將瀝青混合料均勻地攤鋪整平至厚度20-25cm左右，先靜置一段時間，讓所攤鋪料對下層進行層面熱交換，經過一個預熱階段使層面結合良好，然后用振動碾或夯擊密實。用振動碾壓實時，一般先靜壓兩遍，再振動碾壓，應保持慢速行駛，振動碾壓遍數按設計要求的密度通過實驗確定，橫向接縫處應重疊碾壓30-50cm，如若中斷施工，應留好接坡并仔細壓實。

4.5 過濾層

瀝青砼心墻土石壩結構簡單，心墻很薄，選擇適當過渡層，可均勻傳遞應力，調整壩體變形模量，使其應力分布具有良好的連續性，改善心墻運行條件的良好結構措施。他能防止產生過大不均勻深陷和心墻開裂，其上游填筑料可起反濾層作用，它的細顆粒在滲水壓力作用下，可填充瀝青心墻裂縫，使瀝青砼裂縫填實愈合，以保持瀝青砼心墻的抗滲性能。它是瀝青砼心墻的支撐體。

過濾層寬度和壩高有著密切關系，其上游寬度應為心墻寬度的五倍以上，一般寬度在1.5m-3m。過濾層材料包括:砂料、砂礫石料、碎石，開挖出的石碴等，應選用級配良好，符合設計粒徑和標準的材料。應按規定要求分層均勻有順利的進行，填筑每層厚度在20-25cm，盡可能和瀝青砼心墻同時鋪筑騎縫壓實，并符合設計相應規定的相對密實度，容重，滲透系數等有關要求。

瀝青砼防滲心墻不得在雨天和外界氣溫低于5℃時施工，遇雨應立即停止攤鋪，未經壓實而受雨浸水的瀝青混合料應全部清除。

5、瀝青混凝土心墻的質量檢驗

5.1 嚴格按瀝青砼配合比稱量配料、瀝青、礦料各項溫度值，拌合溫度，攪拌時間和混合料的均允性。

5.2 應檢測立模中心線，斷面尺寸和每層標定的厚度，模板系統支立安設的穩定程度。

5.3 認真做好瀝青砼的攤鋪、碾壓備工序應精心施工，仔細操作，進行工藝過程的檢查，并控制好溫度。

5.4 瀝青砼每升高2-10m，沿心墻軸線布控鉆取芯樣，鉆芯長度以1m為宜，取制試樣進行容重、滲透、剪切和抽提等項試驗，必要時也可做三軸壓縮等試驗。

5.5 瀝青砼質量評定指標為瀝青砼容重及滲透系數為準，一般可按合格率來評定，對防滲性瀝青砼達標90%為合格，達標95%以上為優良，對于非防滲性瀝青砼達標80%為合格，達標85%為優良。有條件工程各項質量檢驗資料分批，可取n=15組試件進行統計，防滲瀝青砼保證率大于90%，非防滲瀝青砼大于85%為標準。

6、結 語

瀝青砼防滲芯墻土石壩，雖然在設計理論、壩土技術和施工工藝水平質量檢測技術等方面取得較快的進展，但仍不夠成熟。缺少有效的技術指標來科學評定它的各項性能。

瀝青砼防滲心墻，若用適宜的瀝青砼配合比，精心施工，加上它所具有的較多之優點。因此，瀝青砼防滲心墻它仍然是很有引用價值和發展前途的一程防滲結構。