浅谈沥青混凝土心墙施工工艺参数的验证

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摘 要：为取得碾压沥青混凝土及过渡料的最优施工工艺参数，以及堆石坝填筑施工工艺，确保尼日利亚宗格鲁水电站坝体填筑的施工质量，故对选用的沥青混凝土及过渡料进行现场填筑碾压工艺试验。

关键词：沥青砼;施工工艺;试验;参数

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.097

1 工程概述

宗格鲁（Zungeru）水电站拦河大坝由碾压混凝土重力坝段及左右岸沥青混凝土心墙堆石坝段构成，总长2360m，其中左岸沥青混凝土心墙堆石坝段长130m，右岸沥青混凝土心墙堆石坝段长1140m，共计1270m。沥青混凝土心墙堆石坝顶宽10m，顶高程EL.235.00m，最大坝高85m，上游坝坡1：2.2，下游坝坡1：2.0。坝体由沥青混凝土心墙、上游过渡料I和II区、下游过渡料I和II区、上下游堆石料及上下游干砌块石护坡等部分组成。

2 工艺试验目的

（1）验证沥青混凝土配合比;

（2）确定符合设计及规范要求的、适合该项目的粗细骨料、矿粉或水泥的加热温度、沥青混合料出机口温度、碾压温度;

（3）确定沥青混凝土的上料、摊铺方式;摊铺厚度、压实方式、最佳压实遍数、最佳压实温度;

（4）确定过渡料的摊铺厚度、压实方式、最佳压实遍数;

（5）检验沥青混凝土与基座水泥混凝土接缝、沥青混凝土层间缝施工工艺的合理性。

3 工艺试验内容

（1）沥青混凝土在沥青拌合楼的配料、拌和试验;

（2）沥青混凝土运输、上料及铺筑试验，包括人工摊铺及摊铺机摊铺;

（3）沥青混凝土与常规水泥混凝土接缝、沥青混凝土自身层间的结合效果试验;

（4）沥青混凝土心墙与过渡界面进行层间密实饱满度检验;

（5）过渡料的铺筑试验，包括过渡料I的机械摊铺及过渡料I、II的人工摊铺;

（6）沥青混凝土、过渡料I、过渡料II及坝壳料的填筑顺序及工艺试验;

（7）沥青混凝土钻孔取芯，抽提试验、马歇尔稳定及流值试验等室内试验;

（8）过渡料I、II的相对密度及级配分析试验。

4 试验场地

（1）试验场地选在沥青拌和站旁，骨料仓平台。场地结构尺寸为22.6×35.1m，试验场地用平地机整平、18t自行式振动碾碾压，压实度不小于98%。试验基座混凝土为C25混凝土，基座混凝土结构尺寸为31.3m（长）×8m（宽）×0.3m（高）。

（2）当已浇筑的基座混凝土强度达到50%设计强度后，对将要摊铺沥青混凝土的部位要进行凿毛并冲洗干净，并待干燥后（如有潮湿部位必须用液化气喷火枪加热烘干），在其上部喷射（或涂刷）一层稀释沥青。稀释沥青的配合比采用：沥青﹕煤油（汽油）=3.5：6.5。稀释沥青可采用喷雾器喷射（喷射比涂刷更均匀），一定要喷射均匀，不得有漏喷现象，用量为0.15～0.2kg/m2。待稀释沥青中煤油（汽油）充分挥发、干涸后，再在稀释沥青上均匀摊铺一层2.0cm厚的沥青砂浆，沥青砂浆的配合比采用：沥青﹕水泥﹕人工砂=1：2：2。

5 工艺试验程序及方法

5.1 沥青混凝土的配料、拌和试验

（1）检验拌合楼骨料级配是否符合沥青混凝土技术要求。对各级储料仓进行超、逊径检测、筛分试验，以检验拌和楼的二次筛分是否符合级配要求。骨料最佳筛分比例见下表：

（2）检验混合料的比例是否符合施工推荐配合比，同时校验拌合楼称量系统的准确性及精确度。按推荐施工配合比进行沥青混凝土混合料干拌（不加沥青）试验;当拌合均匀后取样进行筛分试验，以检验混合矿料之间的比例与推荐配合比相吻合程度。

（3）确定骨料及沥青的加热情况及温度控制。以沥青加热温度140℃～160℃、骨料加热温度170℃～190℃、矿粉不加热、拌和后沥青混合料出机温度160℃±10℃为宜。

（4）检验沥青混合料出机口温度，校准混合料的配合比。沥青混合料干拌级配满足要求后，按推荐配合比进行沥青混合料的拌和，拌和均匀后在出机口检验沥青混合料温度是否满足要求。同时对沥青混合料进行抽提试验，验证沥青混合料中各成分之间的比例与推荐比例是否相同。推荐配合比见下表：

（5）确定沥青砼的混合料拌和顺序及时间。先进粗骨料、细骨料、粉料（水泥或砂）后拌15s，然后加入沥青后拌45s，确定经过拌和达到沥青混合料色泽均匀、光亮，无花白料。

5.2 现场试验

5.2.1 场地布置

现场碾压试验场地布置于沥青混凝土拌合楼边，模拟施工现场浇筑一块长31.3m，宽8m，高30cm，标号为C25的水泥混凝土基座，在其上部模拟摊铺及碾压试验。

5.2.2 水泥混凝土基座的处理

当已浇筑的基座混凝土强度达到50%设计强度后，对将要摊铺沥青砼的条带部位要进行凿毛并冲洗干净，并待干燥后（如有潮湿部位必须用液化气喷火枪加热烘干），在其上部喷射（或涂刷）一层稀释沥青。稀释沥青的配合比采用：沥青﹕煤油（汽油）=3.5：6.5。稀释沥青可采用喷霧器喷射（喷射比涂刷更均匀），一定要喷射均匀，不得有漏喷现象，用量为0.15～0.2kg/m2。待稀释沥青中煤油（汽油）充分挥发、干涸后，再在稀释沥青上均匀摊铺一层2.0cm厚的沥青砂浆，沥青砂浆的配合比采用：沥青﹕水泥﹕人工砂=1：2：2，沥青砂浆在沥青拌合楼拌制。

5.2.3 混合料的运输温度损失试验检测

将沥青楼拌和好的沥青混凝土装入运输自卸车，测其温度。待沥青混凝土运至现场并静置15min后，再测试其温度，两者之间的温差即为该运输条件下的温度损失，以此保证沥青混凝土的入仓温度。

5.2.4 试验层、段划分

试验共分3层，每层摊铺厚度均为27cm，第一、二层分3段，每段10米，第三层分2段，每段15米。

5.2.5 沥青混凝土、过渡料摊铺碾压施工工艺

（1）人工摊铺、碾压工艺流程（条带末端扩散段位置）：基座表面凿毛、清理——喷射（或涂刷）稀释沥青——沥青砂浆摊铺——测量放样——立模板（预先已制作好的定型模板）——过渡料摊铺——过渡料静碾两遍——摊铺沥青混凝土——拆除模板——过渡料碾压（静碾1遍，动碾1遍）——沥青混合料碾压——过渡料补碾（按设计遍数碾压）——收仓碾压沥青混凝土。

（2）机械摊铺碾压工艺流程：基座表面凿毛、清理——喷射（或涂刷）稀释沥青——沥青砂浆摊铺——测量复核——过渡料、沥青混凝土分别装入摊铺机——摊铺机摊铺——过渡料碾压（静碾1遍，动碾1遍）——沥青混凝土碾压——过渡料补碾（按设计遍数碾压）——收仓碾压沥青混凝土。

5.2.6 碾压参数选取

沥青混凝土的碾压要求振动碾行走速度控制在25m～30m/min，摊铺厚度为27cm，碾压温度暂时定为三种区间：135～140℃、140～145℃、145～150℃，具体实施方案根据现场可作适当调整。

心墙的碾压方式为：BW80AD-5振动碾静碾2遍 + 动碾（4、6、8遍）+静碾2遍（收光）。心墙两侧辅助以过渡料现场碾压工艺。

第一层，宽度为100cm，分为三段，固定碾压温度为145℃，碾压遍数为BW80AD-5振动碾静碾2遍 + 动碾（4、6、8遍）+静碾2遍（收光）。目的是找出最佳碾压遍数。

第二层宽度为100cm，分为三段，用第一层确定的最佳碾压遍数进行碾压，碾压温度分为135～140℃、140～145℃、145～150℃三种区间，目的是找出最佳碾压温度。

第三层宽度为100cm，分为两段。第一段沥青摊铺前将下层沥青混凝土表面加热至70℃以上，第二段摊铺前下层不进行加热处理。目的是验证温度对层间结合的影响。

每一层段沥青混凝土摊铺后，在其上部分别取样，送至试验室，检测其最大密度、沥青含量及矿料级配。每一层碾压完毕后，待沥青混凝土冷却后用渗气仪先测定其渗透系数，然后在相对应的位置钻孔取芯，测试芯样密度及孔隙率。

5.2.7 沥青混凝土现场碾压试验的质量检测

现场碾压试验的检测应严格按《水工沥青混凝土试验规程》等有关规程、规范进行。检测内容可包括技术规范要求的全项内容，可采用现场目测、混合料取样、钻孔取样、无损检测等方式进行。

（1）对本次现场碾压试验所采用的料源（沥青、矿料）进行物理、力学性能检测。同时对沥青混合料的拌和制备质量进行检验和控制。

（2）通过现场核子密度仪试验和钻孔取芯试验的对比，建立核子密度仪读数与实际密度值之间的关系。

（3）按照孔隙率等效的方法，通过摊铺试验确定反映现场实际的等效马歇尔试件击实次数。

（4）摊铺完成后，对沥青混合料进行外观检查并记录，然后取样，完成沥青混合料的沥青用量、矿料级配、孔隙率、马歇尔稳定度（60℃）和流值、渗透系数，并在碾压前测定沥青混合料温度，记录摊铺厚度、宽度。

（5）碾压完成后。

1）记录其碾压后的厚度、宽度、温度。

2）采用无损检测的方法对沥青混凝土密度（核子密度仪）、渗透系数（渗气仪）进行检测。

3）钻孔取芯后肉眼观察沥青混凝土接缝、层面间的结合情况。以下两种结合面分别检查：一是沥青混凝土与水泥混凝土层间结合面，二是沥青混凝土层间结合面。

4）检验过渡料与沥青混凝土间的结合情况。

5）当沥青混凝土碾压完成并冷却至接近气温的条件下，钻孔取芯，进行沥青混凝土的物理力学性能试验，包括沥青混凝土配合比（抽提试验）、密度、孔隙率、抗渗指标、马歇尔稳定度和流值、小梁弯曲。总的试验项目如下表：

5.3 两侧过渡料碾压试验

5.3.1 过渡料指标要求

沥青混凝土心墙上下游侧过渡料按设计要求的级配进行备料。施工时与沥青混凝土心墙同步进行摊铺、碾压。

5.3.2 过渡料铺筑及碾压

过渡料采用ZL50GL装载机及挖机铺筑，人工辅助摊平。摊铺厚度为27cm。过渡料I宽1m，过渡料II宽2m。

过渡料采用德国BOMAG公司生产的BW120AD-5双轮振动碾碾压。振动碾行走速度控制在25～30m/min。先在沥青混合料碾压前静碾1遍，动碾1遍。之后跟随沥青混凝土进行动碾，动碾遍数为：第一层动碾4遍，第二层动碾6遍，第三层动碾8遍。最后再静碾2遍。

5.3.3 过渡料取样

依据过渡料填筑的检测规范，校验相对密度、孔隙率、含水率等相关指标，具体详见试验规程。然后选定最佳碾压方式。

6 质量控制措施

（1）保证沥青混凝土及过渡料带的位置、填筑范围尺寸、原材料级配、粒径范围以及压实质量均应符合设计的要求。

（2）过渡带的摊铺厚度宜与沥青混凝土心墙摊铺厚度相匹配，适当稍薄于沥青混凝土摊铺厚度。

（3）不允许沥青混凝土、过渡料造成粗骨料集中和架空现象。

（4）保证过渡带与相邻层次之间的填筑材料界线，分段鋪筑时，必须做好接缝处各层之间连接，不能出现错动或折断现象。

（5）现场不允许有漏碾现象。

（6）沥青混凝土收面后，需加盖保护，以防止沥青表面破坏。

参考文献：

[1]水工碾压式沥青混凝土施工规范DL/T 5363-2016[S].

[2]水工沥青混凝土试验规程DL/T 5362-2006[S].

[3]土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范SL501-2010[S].

[4]水工沥青混凝土施工规范SL514-2013[S].