浅析沥青混凝土心墙土石坝的施工与建设

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【摘要】沥青混凝土技术在我国水利工程上的应用还处在一个发展的初级阶段，施工技术还存在一定的局限性。通过实际的工程建设案例证明，用沥青或沥青混凝土代替其他防渗材料用在水利工程上，可以简化施工、缩短工期，在缺少当地防渗材料的地区更具有优越性。

【关键词】沥青；混凝土；心墙；土石坝

【分类号】：TV543.8

一、沥青混凝土心墙土石坝的建设现状

沥青混凝土技术在我国水利工程上的应用还处在一个发展的初级阶段，至今我国尚无水工沥青混凝土试验规范、水工沥青定型产品、沥青混凝土心墙和面板摊铺机等（三峡工程采用进口的娜威设备），国内施工队伍均是边干边摸索，施工技术还比较落后。沥青混凝土性能试验对试件成型及试验条件等要求较高，由于试件成型方法、加载速度、温度等因素的变化，致使工程应用中试验结果离散性较大，今后还需进一步研究钻孔取芯工艺和其他成型方法，研究不同成型方法对沥青混凝土力学性能的影响和成型技术的合理性。另外，目前对沥青混凝土破坏机理、安全判据研究尚不成熟，还需结合工程建设开展必要的研究。

二、沥青混凝土心墙土石坝的特点及应用

沥青混凝土作为堤坝的防渗体主要有2种型式：沥青混凝土面板和沥青混凝土心墙。沥青混凝土面板坝在世界上已建造近200座，技术比较成熟，现大量用于抽水蓄能电站等水利工程上。已建成的沥青混凝土心墙坝也在100座以上，发展速度很快。

1、沥青混凝土心墙土石坝结构特点

（l）同刚性混凝土心墙比较，沥青混凝土心墙具有较大的柔性，适应变形能力强，不易产生裂缝，即使因施工原因产生了裂缝，在一定的范围内，受压应力作用及自身蠕变性能的影响，经过一段时间后，裂缝会逐渐自愈。

（2）同土心墙比较，沥青混凝土心墙土石坝结构简单，施工期坝体蓄水不必担心孔隙水压力问题；心墙水平分层铺筑碾压施工，工艺简单，沥青混凝土易于压实，受气候条件的影响较小；对于缺乏粘土的地区更具有优越性，可取代防渗土料，少占用耕地。

（3）同防渗面板比较，心墙体积小，工程造价低；心墙可与坝体同时上升，可不必等防渗体及坝体施工完毕后再蓄水；墙于坝体中间，运行环境条件稳定，受外部荷载等因素影响较小，墙体耐久性好；墙体变形均匀，特别是当基础全强风化透水带深厚时，采用心墙，易于同周边基础防渗墙连接，适应坝体与基础不均匀沉陷。只要结构合理，周边缝结合紧密，防渗效果好。

（4）主要缺点是沥青混凝土心墙埋于土石坝坝体内部，防渗面积大，出现渗漏问题时不易查找和处理。

2、沥青混凝土心墙土石坝施工方法

沥青混凝土心墙施工方法从施工工艺上来讲主要有以下几种：

（l）立模浇筑式施工。一般用在高寒和潮湿等施工条件恶劣地区，沥青含量高，为10%～16%，拌制的混合料流动性大，施工简单，不需用专门的摊铺碾压机械施工，而是依靠自重对下部已浇筑的沥青混凝土进行压实。

（2）导管浇筑式施工。此法主要用于基础造孔浇筑防渗墙。混合料中沥青含量为10%～14%，浇筑的沥青混合料同样靠自重密实。

（3）碾压挤入式施工。此法属浇筑式和碾压式的结合，一般用在气候较寒冷地区。沥青含量约在10%以上，施工时先在墙体上铺约20cm厚的热沥青砂浆并整平，然后在上面铺30一40cm厚的碎石，再用振动机械碾压，将石料挤入。

（4）振动碾压施工法。这是目前发展较快、应用较普遍的一种。碾压式沥青混凝土心墙沥青用量少（一般为6%一8%），拌和物松散，必须借助摊铺压实机械施工以达到要求的渗透性和强度，发达国家均采用心墙摊铺机进行施工。

（5）预制拼装法，此法为场外将沥青混凝土预制成块，在施工现场拼装，缝间用沥青胶结。

三、沥青混凝土性能研究的几个主要方面

针对沥青混凝土的配合比及施工工艺，主要从以下几个方面进行研究：

1、原材料性质与沥青混凝土施工特性的关系

沥青混凝土原材料主要包括沥青、粗骨料、细骨料和矿粉。沥青各组分的变化、粗细骨料和河砂的矿物成份、粗骨料粒形以及矿粉的细度等都对沥青混凝土的施工特性有不同程度的影响，其中矿粉本身的化学成份也是一个较重要的影响因数。

2、配合比对沥青混凝土施工性能的影响

沥青混凝土配合比包括矿料级配（级配指数）、沥青含量等。碾压式沥青混凝土有强度要求和防渗要求，沥青用量的多少对沥青混凝土这两个方面的影响是相互的。因此，配合比设计除要求混合料易于拌和、摊铺及压实外，还要求压实后沥青混凝土的物理力学性能满足工程结构要求.

3、环境条件对沥青棍凝土施工质量的影响

环境条件包括温度、湿度、沥青混凝土碾压温度以及碾压层面干湿变化情况。环境条件在某一范围内变化时对沥青混凝土碾压质量的影响不大，但超出某一限度，沥青混凝土是不可压实或难以保证质量的，其中影响因素最大的是碾压温度。

4、碾压施工工艺对沥青混凝土施工质量的影响

碾压施工是沥青混凝土铺筑中最关键的一道工序。碾压施工工艺包括碾压机具性能、碾压方式、行驶速度以及铺筑厚度等。一般来说，不同性质的沥青混凝土及不同的铺筑厚度，压实能传递机理及温度的变化规律也不相同，应选择合适的碾压机具和碾压方式。

5、碾压效果检测

沥青混凝土压实质量除目测外，可采用渗气仪检测渗透系数、核子密度仪检测密度、温度计随时检测碾压温度以及钻取芯样进行有关室内物理力学试验等。检测方法及结果是否准确可靠，将直接影响到沥青混凝土配合比及施工工艺参数的调整。

四、沥青混凝土心墙工程建设实例

茅坪溪土石坝属三峡主体工程的一部分，与河床混凝土大坝共同拦挡三峡库水，为一等工程，按I级建筑物设计。大坝正常蓄水位为175.0m，校核洪水位为180.4m，地震设防烈度为7度，最大坝高为104m，坝顶长度为1840m，填筑总量约为1.2xl06m3。坝体采用沥青混凝土心墙防渗，墙体顶宽为0.5m，底宽为l.2m，底部混凝土基座以上墙体最大高度为94m，沥青混凝土铺筑量为5*104m3。

心墙沥青混凝土开始铺筑前，通过室内沥青混凝土配合比设计和性能试验、现场摊铺碾压试验、心墙铺筑生产性试验等几个阶段的工作，分析研究了沥青混凝土原材料性质、配合比参数、施工工艺等对沥青混合料压实性能的影响，针对具体工程施工条件及材料性质，提出了包括骨料级配、配合比参数、温度控制及施工工艺要求等。实践表明：选择针入度为60～80的沥青、级配指数取为0.35、沥青含量为6.4%、矿粉含量为12%、最大骨料粒径为20mm、河砂掺量为细骨料总量的30%～50%的配合比，拌和出的沥青混合料和易性好，易于压实，压实后沥青混凝土的力学性能满足工程要求。沥青混凝土生产中控制的重点和难点是温度。要保证获得稳定质量的沥青棍凝土，使其防渗性及力学性能满足结构要求，工艺上还必须严格控制：沥青恒温时间不宜超过6h，恒温温度为150℃一170℃；冷骨料加热后温度为170℃～190℃，严格控制其上限温度；沥青混合料的碾压温度为140℃一150℃，一般不得低于120℃；沥青混合料的碾压机具以1.0～1.5t为宜；摊铺厚度应小于25cm，摊铺速度为1～3m/min；施工顺序为先用2.7t振动碾碾压过渡料，再用1.5t振动碾碾压心墙；碾压方式为先静压2遍，然后振动碾压8遍，最后再静压2遍。摊铺及碾压温度还应根据环境条件的变化适时调整。

五、结束语

总的来说，根据相关是研究报告以及工程施工经验可发现：沥青混凝土抗地震荷载的能力强；沥青混凝土骨料的质量要求不必很严格；沥青心墙的上升速率还可以提高。此外，存在多种等级的沥青，可以掺添加剂改善沥青混凝土的性能以满足各种特殊的设计要求。

参考文献：

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