碾压式沥青混凝土心墙冬季施工试验研究

凌华军

（江西华东龙源建设有限公司，江西 景德镇333400）

沥青混凝土心墙具有防渗性能好、适应变形能力强、裂缝自愈速度快等特点［1］被广泛应用于水利水电工程中。

目前世界上修建的沥青混凝土心墙坝已有100多座，西方欧美国家对沥青混凝土心墙坝进行了大量研究，并有较为成熟的理论［2］。我国20世纪80年代建成了第一座沥青混凝土坝［3］，虽然起步较晚，但发展较快，现已积累了一定设计经验［4-11］。随着沥青混凝土心墙设计理论日益完善，施工问题逐渐增多，尤其在寒冷地区的沥青混凝土心墙坝施工经验较少，存在不少问题［12］。本文对沥青混凝土心墙的施工进行研究，为实际的工程应用提供指导，具有一定的实践意义。

1 试验材料

某水电站所在地冬季气温较低，最低气温可达-32℃，为了满足工程进度的需求，需要在冬季进行施工。

试验材料根据实际工程需要进行选择，主要有沥青混凝土和过渡料。其参数如表1，表2。

表1 试验材料和配合比

表2 推荐配合比的矿料级配

2 实验设备

本次试验设备如表3。

表3 试验设备

续表3

3 试验设计

3.1 实验条件

试验范围全长58m，分两层施工，每层分4段，均采用机械碾压施工。施工温度为-14～-6℃，风力2～3级。混凝土的碾压采用不同碾压形式，第1层沥青混凝土和过渡料采用不同碾压遍数，碾压温度均为130℃；第2层过渡料和沥青混凝土料在第1层参数基础上进行，每段进行碾压的遍数保持一致，每段的温度保持逐渐升高，分别为：115，125，135，145 ℃。

3.2 沥青混凝土搅拌工艺

沥青混凝土搅拌机设备选用LB-1000，在实际实验过程中外界气温低于-3℃时，将搅拌机设备容易结冰的部件进行保温处理。沥青的温度控制按照标准要求控制在160～170℃，试验用骨料的温度控制在185～200℃。将试验所需骨料和矿粉进行搅拌20s后，接着加入沥青进行搅拌50s，待搅拌的沥青色泽较为均匀、整体浓度比较均匀时记为搅拌均匀。沥青混凝土的运输采用50kN自卸车进行，为预防在运输过程出现沥青混凝土因温度降低结块现象，在车厢的周围进行保温处理，并且在沥青混凝土装车和卸车时，均进行温度检查。

3.3 沥青混凝土摊铺、碾压

沥青混凝土运输到目的地后，进行摊铺碾压采用XT120摊铺机，将沥青混泥土和过渡料同时进行摊铺，沥青混凝土料使用专用的装载机放入摊铺机内进行摊铺，过渡料则直接由挖掘机进行装料，混凝土摊铺的厚度保持在25cm，为了避免混凝土受到外界低温影响，在进行摊铺后用帆布遮盖。摊铺后进行碾压，沥青心墙采用BW80振动碾压机进行碾压，保持一定速度运动，尽量避免在碾压过程中出现急停或急剧加速现象，碾压过后，用草料或棉被进行保温。而过渡料则采用较大功率的BW120碾压机进行碾压，碾压完成后，需要对混凝土表面进行处理，将汽油和沥青以7∶3的比例进行调制，将其喷洒在心墙表面，等凝固后，再铺设由沥青、矿粉和砂子混合而成的沥青砂浆。在铺设过程中，出现局部有水时，可先除去表面的水，再用设备加热烘干。

4 实验结果分析

在摊铺试验期间，对两层混凝土混合料进行抽样检验，结果如表4。

表4 沥青混合料抽样试验结果

由表4可知，沥青混合料的实际通过率基本满足要求。

过渡料三因素相关关系如表5和图1。

表5 过渡料三因素相关计算

图1 过渡料三因素相关关系

由图1可知，过渡料砾石相对密度变化趋势为先增大后减小，最大值出现在砾石含量为71.8%时，相对密度最大值2.35，因此在实际施工中建议该工程砾石含量控制在70%为相对较好。

过渡料碾压后抽检试验结果如表6，对应过渡料颗粒级配曲线如图2。

表6 过渡料碾压后抽样检查结果

图2 过渡料碾压后级配曲线

过渡料最佳碾压遍数需要满足相对密度大于0.85时的最小碾压遍数，最佳碾压遍数为12遍。

沥青混凝料的最佳碾压遍数确定原则为在满足设计密度和孔隙率等前提下的最小碾压遍数来确定。由表4、表6和图2综合分析，沥青混合料的最佳碾压遍数为10遍。

试验设置的115，125，135，145 ℃ 4个不同温度进行碾压试验，对抽样结果进行分析发现结果均符合要求，结合实际经验，在初始碾压温度低于130℃时，沥青混凝土容易出现松动等其他现象，故选取初始碾压温度为130～145℃均可。

对碾压后的沥青混凝土采用密度仪对其密度进行检测，同时使用ZC-6型渗气仪对混凝土的渗透系数进行检测，发现沥青混凝土的密度均大于2.3g/cm3，渗透系数均小于5.0×10-9cm/s，满足基本设计要求。采用钻孔取芯法进行抽样试验，如表7。

表7 碾压芯样抽检结果

由表7可知抽检的芯样的密度、孔隙率、稳定度和流值均符合实际设计要求，并进行了2m水头的渗透试验，发现均无渗透问题存在，说明沥青混合料的摊铺和碾压工艺是可行的。

通过肉眼对抽取芯样进行观察，发现芯样根部大部分为毛面，第1层芯样根部带有水泥混凝土部分，第2层与第1层结合面正常的肉眼已经无法观察出来，说明沥青混凝土、地基及混凝土相互之间黏结良好。

使用全站仪对碾压后的沥青混凝土心墙和过渡料的额厚度和平整度进行测量，沥青混凝土的厚度最大值34.5cm，最小值31cm，平均值33.5cm；过渡料碾压厚度最大值35cm，最小值0.32cm，平均34cm。发现在第1层摊铺中沥青混凝土厚度均出现了不同程度的减小，过渡料的减小相对较少，在第2层摊铺中进行相应调整，最终整体比较平整。

5 结语

（1）实际施工过程中应控制砾石含量在70%，这样可保证材料的相对密度较高。

（2）施工材料在摊铺后进行碾压的最小遍数不一样，沥青混合料的最小碾压遍数为10遍，过渡料的最小碾压遍数为12遍。

（3）施工温度对沥青混凝土的强度有影响，初始碾压的温度应该控制在130～145℃范围。

（4）从施工材料、温度控制、最小碾压遍数、渗透率等方面考虑，可以在冬季进行施工。