沥青混凝土面板鼓包成因分析

马保东，路 建，张向前，汪正兴

沥青混凝土面板鼓包成因分析

马保东1，路 建1，张向前2，汪正兴3

（1．河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300；2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；
3.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

沥青混凝土面板防渗工程中，鼓包问题偶有发生。研究主要从模型试验角度对鼓包形成机理进行了研究，揭示了鼓包发生机理，对沥青混凝土面板设计和施工控制具有一定的参考意义。

沥青混凝土面板；鼓包；蒸汽压力；模型试验

由于摊铺和碾压设备性能所限，20世纪90年代之前，沥青混凝土面板一般都采用薄层摊铺方法，10 cm厚的面板需分2层摊铺，每层5 cm，2层施工存在时间间隔，可能会导致层间封闭水汽，从而导致鼓包。之后，沥青混凝土摊铺设备得到了很大改进，逐渐开始采用厚层摊铺，一次摊铺10 cm厚，但是，仍然有工程出现鼓包现象。国内某工程采用沥青混凝土面板防渗，建成蓄水2年后，日常巡检过程中陆续发现了一些小鼓包。经钻芯取样检查，发现多数鼓包处防渗层内部出现了分层裂缝。鼓包是从防渗层中间部位鼓起的，这与之前普遍认为的沥青混凝土面板由于反向水（或气体）压力导致的防渗层整体鼓起的大鼓包有所不同。为深入研究该鼓包现象，揭示其成因，本课题对此进行了鼓包模型试验。

1 试验装置

模型试验装置示意见图1。将沥青混凝土板固定在模型上，四周密封，在下部腔体中注入约1/3的水，然后将整个模型置于烘箱中，观察沥青混凝土板的鼓包现象和腔体内的压力、温度，面板中部的变形等。

沥青采用克拉玛依90号沥青，沥青混凝土配合比参照某工程实际采用配比，试验制作了10 cm和5 cm2种厚度的沥青混凝土防渗层面板。防渗层面板下部采用透水的沥青混凝土排水层料填充。

图1 模型试验示意图

2 试验温度

试验模拟沥青混凝土面板在太阳光照射下的温度变化，采用烘箱控制模型温度，初始温度定为25℃。经过温度场计算，在夏季持续数天的高温和太阳辐射作用下，沥青混凝土面板表面的温度可以达到60～70℃，表面以下5 cm处的温度能达到50～55℃，表面以下10 cm处的温度可以达到45～50℃。根据计算结果，模型试验采用3种温度：45，50，55 ℃。

3 试验压力

该工程无地下水，沥青混凝土面板鼓包是由于蒸汽压力导致的，水蒸汽主要来自于施工时因天气潮湿或振动碾洒水，会导致水汽被封闭在层面或防渗层内部。

水蒸汽压力主要是由水的饱和蒸汽压形成的，在密闭真空条件下，水的气化和水蒸汽的液化会逐渐达到平衡，二相平衡时的水蒸汽压力称为饱和蒸汽压，饱和蒸汽压随着温度升高而增大。

4 试验结果及分析

模型试验结果见表1。

表1 鼓包模型试验结果

由模型试验可以看出：当防渗层厚度为10 cm时，由于上覆防渗层较厚，蒸汽压力产生的中心挠度较小，鼓包不明显；当防渗层厚度明显变薄为5 cm时，蒸汽压力产生了较大的中心挠度，鼓包明显，并且在温度达到55℃时，出现裂缝漏气。由此可见，鼓包内蒸汽压力与温度直接相关，其所造成的鼓包程度与上覆防渗层厚度有关，较小的上覆防渗层厚度更易导致鼓包甚至被顶破。

5 结语

通过鼓包模型试验，结合某工程现场取芯情况来看，此类鼓包是由于因天气或施工原因而封闭在防渗层内靠近表层部位的水汽，在阳光暴晒、温度升高的情况下蒸汽压力逐渐升高而产生的。在所封闭的水汽位于防渗层中、上部位置时，由于上覆压力较小，相对更易产生鼓包，甚至顶破出现爆裂。

根据以上结论，笔者认为在沥青混凝土面板施工过程中，除保证沥青混合料质量和压实质量外，应避免在雨天和夜间施工，严格控制振动碾洒水量，可有效避免此类鼓包缺陷的发生。

TU37 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）12—0052—02

2017-05-02