劉增宏 郝巨濤

（中國水利水電科學研究院，北京 100038）

一、概 述

瀝青混凝土強度和勁度模量隨溫度的升高而降低。斜坡上的瀝青混合料，由于夏天陽光直射，其表面溫度可達到70℃以上。河南南谷洞水庫瀝青混凝土面板運行期的觀測資料極限值達到78℃。中國水利水電科學研究院結構材料所為寶泉工程進行配合比試驗研究過程中，室外觀測資料表明，瀝青混凝土面溫度達到80℃。在如此高的溫度下，瀝青軟化，粘性減小，瀝青在骨料之間起到潤滑作用，瀝青混凝土抗剪切能力大大減小，骨料之間有相互滑動的趨勢。防滲層用的混合料，為了達到滲透性小的要求，瀝青用量較多，這就容易引起斜坡流淌。國內外混凝土面板工程都或多或少發(fā)生斜坡流淌現(xiàn)象，有的工程斜坡流淌極為嚴重，以至于不得不翻修，如南谷洞瀝青混凝土面板于2004年進行了整體翻修。

二、瀝青混合料設計中應考慮的因素

瀝青混合料及現(xiàn)場施工狀況均影響瀝青混凝土的斜坡穩(wěn)定性。在混合料配合比設計中，應仔細考慮原材料和配合比選擇。

用于水電工程的瀝青混凝土，應選擇稠度高、軟化點高、含蠟量低的瀝青，針入度級別常為70或90。礦料通常選擇堿性碎石，如石灰石、玄武石等，因為其與瀝青的粘附性好，抗水剝離性好，具有較高的抗剪切強度。天然砂也可作為細骨料改善施工和易性。

在配合比設計中，應選擇合適的瀝青含量和礦料級配，除滿足規(guī)范規(guī)定的密度和空隙率要求外，還應通過試驗保證瀝青混凝土具有斜坡穩(wěn)定性、柔性、抗裂性。為簡化骨料選擇，通?？捎靡压实亩銟s教授提出的公式確定各篩網孔徑di（mm）對應的通過率Pi（%）。

圖1 斜坡流淌值與瀝青含量及填料用量的關系（級配指數(shù)0.3）

圖2 斜坡流淌值與瀝青含量及填料用量的關系（級配指數(shù)0.4）

其中:D-骨料最大粒徑，mm；

n-級配指數(shù)。

圖1、2所示為寶泉工程瀝青混凝土配合比參數(shù)和斜坡流淌值的關系。

三、斜坡穩(wěn)定性試驗

土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計準則（SLJ01-88）規(guī)定，斜坡流淌值不大于0.8mm。中國的斜坡流淌試驗方法是：將正反面各擊實35次或20次的馬歇爾試件，根據斜坡流淌試驗方法（DL/T 5362-2006-9.7）,固定在按設計坡度放置的金屬板上，整體置于烘箱內，按設計溫度烘烤48小時，測試距試件底部50mm處的流淌值。實際上，常規(guī)的瀝青混凝土試件在2～4小時內的位移量就能達到最終位移量的80%，并且在12小時內趨于穩(wěn)定。日本的試驗結果見表1，寶泉工程的試驗結果見表2。

西方國家，早先采用Asbeck穩(wěn)定性試驗方法評價瀝青混凝土斜坡穩(wěn)定性，后來用馬歇爾試件切割成的類半圓柱體試件代替。Asbeck試驗方法是，將最小尺寸30cm×30cm×5cm 的瀝青混凝土板置于鋼制或木制的盒子中，三面填充絕熱材料，整個裝置按試驗要求的坡度擺放，用2～3mm的窄條將底腳（第四邊）底部固定。在試件表面的上、中、下部，水平畫三條白線，試驗過程中不斷地測量白線位移量。對于符合要求的瀝青混凝土，位移24小時后應停止。該方法強調的是流淌在24小時內停止，對流淌值的大小并沒有要求，這和中國標準（SLJ01-88）不同。

表1 日本昭原池防滲層瀝青混凝土斜坡流淌試驗結果（60℃）

表2 寶泉上水庫防滲層瀝青混凝土斜坡流淌試驗結果（70℃）

法國的試驗方法和Asbeck試驗方法類似，斜坡流淌試驗延續(xù)7天，前5天流淌值不計，后2天的斜坡流淌值在0.1mm以內視為合格。其基本思路和Asbeck方法基本一致，主要是追求瀝青混凝土的固體性能，尤其是斜坡上瀝青混凝土應有的性能。

四、寶泉工程不同試驗方法結果比較

寶泉上水庫，邊坡坡比是1:1.7，設計要求試驗溫度是70℃。為研究上述兩種方法的不同，對批次編號為02-045的防滲層混合料，分別采用中國標準（CS）和Asbeck方法（AS）進行試驗。精心制備試件，以保證密度和或空隙率具有可比性。CS試件采用馬歇爾試件標準擊實方法，正反面各擊實20次成型,AS試件采用震動夯碾壓成型，保證其達到要求的密度，成型溫度150℃。試驗結果見表3。從中可以看出，雖然兩種試件的密度和孔隙率相當，但Asbeck試件斜坡流淌值比中國標準試件斜坡流淌值大。

寶泉工程的設計師和工程師，對已攤鋪到斜坡面的瀝青混凝土的穩(wěn)定性有疑慮，所以現(xiàn)場攤鋪試驗時，要求鉆孔取芯（DC）制備10cm直徑的芯樣進行斜坡流淌試驗，并與馬歇爾試件的試驗結果進行比較。試驗結果表明，鉆孔取芯試驗結果遠遠大于馬歇爾試件試驗結果，不能滿足不大于0.8mm的要求，見表3、4。

表3 不同試驗方法斜坡流淌試驗結果比較(混合料批次02-045)

表4 各種試件斜坡流淌試驗結果比較

為消除鉆孔對芯樣的破壞，在已攤鋪的面上采用套筒取芯（LC）方法取芯。斜坡攤鋪完成后，將一些內徑10cm的鋼筒置入小坑內，回填瀝青混合料，攤鋪層和套筒瀝青混合料一起碾壓。與鉆孔取芯（DC）比較，套筒取芯（LC）的的樣品雖然孔隙率較大，但斜坡流淌試驗結果較小，而且滿足規(guī)范要求，見表4。這說明鉆孔芯樣存在潛在的作業(yè)破壞。

為進一步證實鉆孔對芯樣的影響，在已攤鋪碾壓的瀝青混凝土面上鉆取直徑33cm的芯樣（DCL）進行斜坡流淌試驗，所用瀝青混合料批次編號仍為02-045。大芯樣（DCL）和普通芯樣（DC）的斜坡流淌試驗結果見表3。試驗結果表明，試件直徑越大，斜坡流淌值越小，進一步表明鉆孔對芯樣有影響。Asbeck試件和大芯樣（DCL）試驗結果比較接近。說明Asbeck方法（AS）相對于中國標準方法（AS）更合理。中國標準（SLJ01-88）要求斜坡流淌值不大于0.8mm是缺乏根據的。

圖3 大芯樣試件及Asbeck平板流淌值測點示意圖

大芯樣試件及Asbeck平板流淌值測點如圖3。

五、結 論

1.試驗表明鉆孔對芯樣的的破壞影響是存在的。普通鉆孔取芯試件的斜坡流淌值非常大，不能作為評價瀝青混凝土面板斜坡穩(wěn)定性的依據。

2.Asbeck試件(AS)和大芯樣（DCL）試驗結果比較接近。根據試驗結果，面板實際流淌值可能大于（AS）試件斜坡流淌值，小于（DCL）試件斜坡流淌值。這是因為前者不確定地受鐵框制約，后者遭鉆孔破壞。因此Asbeck試件（AS）相對于中國標準所用的馬歇爾試件（CS）更能給出比較真實的結果。因為馬歇爾試件成型過程中更多地受模具約束。

3.雖然受模具不確定的約束，由于較為方便，中國的標準（CS）依然實用。如果瀝青混合料配合比選擇適當，馬歇爾試件（CS）斜坡流淌值可以滿足不大于0.8mm的要求。此外，瀝青混凝土空隙率如果能夠控制在3%以內，面板在運行期間的斜坡穩(wěn)定通常是有保證的。

[1] 寶泉抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土配合比及相關技術試驗研究,2005.

[2] (日)水工瀝青研究會編,王景海、章繼光譯,水工瀝青,1983.

[3] 土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計準則（SLJ01-88）.

[4] 水工瀝青混凝土試驗規(guī)程(DL/T5362-2006).

[5] Baron W. F. van Asbeck,M.I.C.E..Bitumen in Hydraulic Engineering,Volume II[M].Elsevier Publishing Company,1964.

[6] Erich Sch?nian. The Shell Bitumen Hydraulic Engineering Handbook[M].Shell International Petroleum Company Ltd.,1999.