碾壓式瀝青混凝土心墻壓實度的影響因素分析

摘 要：瀝青混凝土心墻作為壩體的防滲體，位于壩體內部，是大壩非常重要的部分，一旦瀝青混凝土心墻防滲體漏水，處理起來比較困難，從而影響大壩的整個運行安全。碾壓式瀝青混凝土心墻防滲體漏水的原因很多，但心墻施工過程中壓實控制不好，達不到設計要求的壓實度是心墻漏水的主要原因。碾壓式瀝青混凝土心墻壓實度的影響因素主要有以下幾個方面：瀝青混凝土各組成原材料、配合比設計、施工機械、壓實參數、心墻結合面處理等。

關鍵詞：碾壓式；瀝青混凝土；心墻壓實度；影響因素分析

中圖分類號：TV431+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0154-02

隨著我國1974年在遼寧郭臺子修建了第一座碾壓式瀝青混凝土心墻壩以來，瀝青混凝土心墻壩以其防滲性能好，適應變形能力強，抗震性能高，工程量小等優點，目前在我國水利水電工程建設中應用越來越多，如三峽茅坪溪瀝青混凝土心墻壩和新疆庫什塔依瀝青混凝土心墻壩等。國內建成的瀝青混凝土心墻壩有碾壓式和澆筑式兩類，碾壓式瀝青混凝土心墻由于剛度和強度比較大，心墻與壩殼的變形適應性好，方便機械化施工，因此目前多采用碾壓式瀝青混凝土心墻。

瀝青混凝土心墻作為壩體的防滲體，位于壩體內部，是大壩非常重要的部分，一旦瀝青混凝土心墻防滲體漏水，處理起來比較困難，從而影響大壩的整個運行安全。碾壓式瀝青混凝土心墻防滲體漏水的原因很多，但心墻施工過程中壓實控制不好，達不到設計要求的壓實度是心墻漏水的主要原因。

碾壓式瀝青混凝土心墻施工過程中影響心墻壓實度的因素有多方面，本文結合某工程分析了碾壓式瀝青混凝土心墻壓實度的主要影響因素。

1 瀝青混凝土心墻的壓實機理

瀝青混凝土是由瀝青、粗集料、細集料、礦粉及外摻劑組成的復合材料，在外界荷載的作用下可以從松散狀態變成高抗拉黏聚狀態，外界荷載克服材料顆粒間的內聚力和內摩擦力阻力的影響，使瀝青混合料的顆粒變形并重新組合，達到孔隙減小、壓實度增加、強度提高效果。

壓實度是衡量碾壓式瀝青混凝土心墻施工質量的重要指標，合理的壓實度可以提高心墻的防滲性，強度和耐久性。因此提高瀝青混合料的壓實度是碾壓式瀝青混凝土心墻施工中有著重要的意義。

2 瀝青混凝土心墻壓實度的主要影響因素

從心墻的壓實機理可以看出，碾壓式瀝青混凝土心墻壓實度的影響因素主要有以下幾個方面：瀝青混凝土各組成原材料、配合比設計、施工機械、壓實參數、心墻結合面處理方法等。

2.1 瀝青混凝土各組成原材料

瀝青混凝土由瀝青、粗集料、細集料、礦粉及外摻劑組成，不同工程選擇的原材料不同，隨后瀝青混凝土的配合比也就不同，施工單位根據DL/T 5362-2006《水工瀝青混凝土試驗規程》做好原材料的各項性能參數測定，各種材料檢測后，和DL/T 5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》對各種材料的技術要求作分項對比，判定各材料的適用性選擇合適的瀝青混凝土原材料。本工程原材料取自水電站壩下左岸P2灰巖料場，經破碎后篩分為19～16 mm、16～13.2 mm、13.2～9.5 mm、9.5～4.75 mm、4.75～2.36 mm和<2.36 mm粒徑6級礦料；填料為礦粉；瀝青為克拉瑪依AH-90號瀝青。

2.2 配合比設計

瀝青混凝土配合比選擇就是根據不同原材料、不同骨料級配指數、不同填料含量和油石比組成各種不同配合比，通過基本性能（孔隙率、變形和強度）試驗，初步選擇出滿足工程要求的最優的配合比。

配合比試驗中應注意試驗條件的應力和變形特性要根據瀝青混凝土心墻的受力特點與瀝青心墻工作狀態相近，這樣才能得到更接近工程實際狀態的瀝青混凝土心墻配合比，試驗溫度根據試驗規范要求通常采用工程當地年平均溫度。本瀝青混凝土心墻性能試驗溫度為當地年平均氣溫7.3 ℃。

根據工程經驗選取不同填料濃度、不同油石比，和不同級配指數組成多種配合比。測定不同配合比條件下試件的各項性能參數，應重點分析級配指數、油石比、填料濃度分別對瀝青混凝土性能的影響。

最后依據各種配合比試驗結果，從防滲、變形、強度、施工操作等性能和安全、經濟方面考慮，結合工程實際情況，初步選出較為合適的碾壓瀝青混凝土心墻配合比，考慮到冬季特殊情況施工，應分別給出兩種配合比分別為正常氣溫碾壓瀝青混凝土心墻配合比和冬季微壓瀝青混凝土心墻配合比。

2.3 施工機械

隨著水利工程機械化施工的不斷發展，碾壓式瀝青混凝土心墻施工中廣泛應用了自動化瀝青拌合系統和瀝青心墻聯合攤鋪機，進一步實現了心墻優質、快速施工的目標。

瀝青混凝土料拌合系統布置是應充分利用施工現場的臺階地形，從進料、配料、加熱、攪拌到出料，使瀝青混合料從高到低流動，不用另外配備瀝青泵（如無特殊地形可增加瀝青泵）等提升設備，可節能、經濟。

根據碾壓式瀝青混凝土心墻施工質量的要求，使用的瀝青混凝土心墻攤鋪機應具備以下功能：①能連續攤鋪一定厚度的心墻體并初步壓實，在攤鋪心墻體的同時能鋪筑一定寬度和厚度的過渡層砂石料作為中間心墻的側向支撐，同時要求攤鋪過渡料時不能灑落在心墻攤鋪層表面；②隨著壩體的升高，若心墻體寬度逐漸減小，要求攤鋪心墻的寬能在相應范圍內變化；③攤鋪機應有層間結合處設備，使鋪筑的心墻上下層能緊密結合，增加上下層間的抗剪強度，從而保證心墻的整體性；④能嚴格控制攤鋪機的行走方向，保證鋪筑的心墻軸線滿足設計要求。

現在國內外用于瀝青混凝土心墻的施工機械類型比較多，機械性能穩定性和價格各不相同，應結合工程實際情況選擇合適的施工機械。本工程選用了YQLB 1000型瀝青混凝土攪拌設備和由西安理工大自行開發研制的XT 120瀝青混凝土心墻聯合攤鋪機；碾壓機械了選用了2臺BWI20AD一3型（2.7 t）雙輪振動碾用于心墻兩側過渡料的碾壓；1臺BW80 AD雙輪振動碾用于瀝青混凝土心墻瀝青混凝土混合料碾壓。

2.4 壓實參數

根據施工經驗，結合工程實際情況合理的確定壓實參數，對提高碾壓混凝土心墻的壓實度、實現心墻的優質、快速、經濟施工是十分重要的。瀝青混凝土心墻的壓實參數通過現場碾壓試驗來確定，壓實參數主要有碾壓分層厚度、碾壓機具壓實遍數與壓實速度。碾壓的分層厚度與碾壓的密實情況有著十分重要的關系，分層較厚，壓實機械的能量就不能到達底部，經壓實后只是在表面結成一層硬殼而分層深部壓實度不能達到要求，留下一個松散的層次，造成心墻質量隱患；分層較薄壓實機械能量過剩，造成浪費，在壩高一定的情況下使得心墻的水平層間結合縫數量增加，造成心墻施工薄弱環節，降低心墻施工效率。碾壓分層的厚度應該與本工程所選用的碾壓機具的重量或功能相適應，它也隨碾壓機的類型而變，不同碾壓機具的分層厚度應通過現場的碾壓試驗最終來確定。碾壓速度選擇應在保證瀝青混凝土心墻碾壓質量的前提下，盡可能的提高碾壓速度，減少碾壓遍數，碾壓中必須嚴格控制碾壓速度，速度過低，使攤鋪與壓實工序間斷，這時就需要增加碾壓遍數來提高壓實度了，造成浪費；速度過快時，產生推移、橫向裂紋等，影響壓實質量。

本工程的碾壓參數為：過渡料虛鋪35 cm，壓實厚度期望值27 cm左右，瀝青混合料虛鋪30 cm，壓實后期望值27 cm左右；碾壓順序為過渡料靜2動2→瀝青混凝土心墻靜2（攤鋪一段長度后隨即進行，以便于表面的提油）→過渡料動8→瀝青混凝土心墻動6→瀝青混凝土心墻動2靜2收光；共計過渡料靜2動10遍，瀝青混凝土心墻靜2動8遍。瀝青混凝土初碾溫度范圍為125～155 ℃。

2.5 瀝青混凝土心墻結合面處理方法

瀝青混凝土心墻結合面包括心墻基座混凝土與瀝青混凝土結合面和瀝青混凝土心墻上下層間結合面，這些結合面是瀝青混凝心墻施工中的薄弱環節，如果處理不好影響瀝青混凝土心墻的整體質量。

本工程心墻混凝土基座經過鑿毛、清理后，使用稀釋瀝青（瀝青與汽油3：7的比例調制）噴灑均勻，干涸后均勻鋪設1 cm厚瀝青砂漿（瀝青、礦粉、砂1：2：1的比例拌制）；瀝青混凝土心墻上下層間結合面部位第二層施工時，采用液化氣噴燈將前一面層烘烤至70～90 ℃并清理潔凈。

3 結 語

目前隨著水利水電工程施工技術與機械的快速發展，對水利工程施工質量的要求也在相應提高，要求水利施工和科研人員從影響碾壓式瀝青混凝土心墻壓實質量的幾個因素入手，結合工程實際，不斷的研究和探討更合適的施工參數，以獲得更高的施工質量，本文結合某工程實際分析了碾壓式瀝青混凝土心墻壓實度的影響因素，希望對后續相似工程建設提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1] 張學鋒.瀝青路面壓實度控制[J].筑路機械與施工機械，2012， （2）.

[2] 趙學偉.提高瀝青混凝土路面壓實度的有效措施[J].交通世界，2011，（17）.

[3] 湯鐵銘.瀝青路面壓實機理的探討[J].公路交通科技，2006，（2）.

[4] 余梁蜀，任少輝，孫振天，等.碾壓式中小型瀝青混凝土心墻壩施工設備與施工技術研究[J].水力發電學報，2007，（4）.

[5] 余梁蜀，吳利言，郝巨濤.我國瀝青混凝土心墻攤鋪機開發及工程應用[J].水利電力機械，2003，（6）.

[6] 李炎，楊偉良，付長凱.瀝青路面壓實度的主要影響因素及其提高措施[J].四川理工學院學報，2013，（10）.

[9] 趙瑞.對瀝青混合料現場壓實度的影響因素分析與控制[J].中國水運，2006，（12）.