摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，沥青混凝土由于良好的防渗性能与变形适应性，在土石坝中得到了越来越广泛的应用，其工程特性有别于常规混凝土与一般岩土体，包括温度敏感性、耐久性、抗震特性、抗水力劈裂特性等。为突破沥青混凝土心墙坝150m坝高的技术瓶颈，解决深厚覆盖层、高寒、强震等条件下直接修建高沥青混凝土心墙坝的筑坝技术难题，消除热沥青施工引起的环境污染问题，长江科学院自20世纪90年代开始，对三峡茅坪溪防护坝、黄金坪水电站、拉洛水利枢纽工程及Karot水电站等沥青混凝土心墙进行了系统研究，研制了静力、动力、蠕变三轴温控装置，并很好地应用到科研，在碾压式沥青混凝土心墙工程特性方面取得了大量成果。在总结水工沥青混凝土国内外的研究现状的基础上，重点讨论了碾压式沥青混凝土心墙的5个关键问题，以及长江科学院在沥青混凝土方面的研究进展与成果，可为类似复杂条件下沥青混凝土心墙堆石坝的设计、施工及运行管理提供依据。
关键词：沥青混凝土心墙；温度敏感性；耐久性；抗震特性；抗水力劈裂特性
引言
目前，土石坝中普遍将沥青混凝土作为防渗心墙，在水利工程施工中得到了广泛应用。它的优点是具有很强的抗渗能力，很少发生漏水，并且塑性和柔性比较好，能够对坝体变形和下沉进行适应，还能够愈合裂缝，是非常安全的大坝防渗材料。要使大坝能够更加安全的使用，就要做好沥青混凝土心墙大坝的施工质量控制。
1定义
坝体中部设置沥青混凝土墙作为防渗体的土石坝。沥青混凝土有良好的防渗及适应变形的能力。当坝址附近缺乏天然防渗土料时，可以用沥青混凝土作为土石坝的防渗心墙，两侧坝壳可用各种透水、半透水的砂石料或堆石。当沥青混凝土墙位于坝体中部且稍倾向上游时，可称为沥青混凝土斜心墙坝。
2沥青混凝土心墙工程特性研究成果
2．1心墙的安全稳定性
作为大坝的防渗体，沥青混凝土心墙的安全稳定和完整至关重要，安全稳定的关键是保证心墙和过渡料之间变形的协调，这就需要心墙与过渡料的变形模量较为接近。心墙过软，其变形模量与过渡料相比偏低，导致心墙部分自重传递给过渡料，造成心墙压应力减小，出现“拱效应”，拱效应严重时，心墙可能出现水平裂缝，在水压力作用下发生水力劈裂；心墙过硬，其变形模量与过渡料相比偏大，会导致过渡料的部分自重传递给心墙，造成心墙压应力增大，出现“附加压应力”，附加压应力过大时，心墙可能发生过大的剪切变形并发生剪胀，导致墙体孔隙率明显增大，防渗性降低，严重时可引发结构破坏。沥青混凝土心墙的设计中，为了保证心墙与过渡料的协调变形，主要是对沥青混凝土心墙材料的模量基数K值提出要求。设计单位最早对三峡茅坪溪沥青混凝土心墙坝提出的设计要求是心墙材料模量基数K值不低于700。在施工过程中，根据施工自检试验及钻芯试样的试验结果，心墙沥青混凝土的模量基数K值的离散性较大，普遍在200～400范围内。针对这一问题，长江科学院联合有关单位根据试验结果进行了平面E－μ模型、K－G模型的应力应变分析，当模量数K低于400时，心墙拱效应明显，应用黏土心墙坝产生水力劈裂的判据（即心墙中的竖向应力小于或等于相应处的水压力），沥青混凝土心墙很可能产生水力劈裂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了解决这一实际问题，长江科学院开展有针对性的沥青混凝土力学性对比试验、填筑料的三轴试验和湿陷试验、沥青混凝土抗水力劈裂和抗拉试验等工作，并结合三峡工程试验性蓄水所取得的变形观测资料进行了反演分析，在此基础上进行了设计条件下大坝应力－应变分析，对茅坪溪防护大坝的安全度作出了综合分析评价，认为当沥青混凝土模量基数K＜200时，在不考虑其抗拉特性的条件下，心墙底部有可能发生危害性水力劈裂破坏；但考虑到沥青混凝土有200kPa的抗拉强度及心墙底部的变形量小，如果不存在施工方面的缺陷，产生水力劈裂破坏可能性极小，沥青混凝土心墙安全稳定与完整能得到保证。
2.2摊铺碾压质量的控制
沥青混凝土摊铺碾压质量的控制是整个施工过程中很重要的环节，在施工前应对沥青混合料的温度、厚度、宽度、碾压次数等进行精密的计划，以保证施工质量符合标准。摊铺主要分为人工摊铺和机械摊铺两种方式：①人工摊铺，基座和心墙结合部分的施工需要进行人工施工，主要施工工序为：施工准备、测量放线、安装模板、摊铺过渡料、搅拌沥青混凝土、入仓铺筑、撤除模板、碾压等；②机械摊铺，应采用心墙和过渡料一同摊铺的联合摊铺机进行工作，其由活动模板、沥青混合料料斗和机械驱动系统等组成，具有预压实功能，主要施工工序为：施工准备、测量放线、搅拌沥青混凝土、原材料装入摊铺机、摊铺、碾压，该施工过程工序复杂，对施工人员技术要求较高，施工企业要先对其进行技术培训，培训合格后方可进入工地施工。沥青混凝土心墙施工前应通过碾压参数试验确定虚铺厚度、碾压温度、方式、遍数和速度等参数。碾压时应注意距心墙边缘15～20cm范围内的过渡料先不碾压，待心墙碾压后温度降至70℃时再进行骑缝碾压。心墙两侧过渡料压实后的高程应略低于心墙沥青混凝土表面，以利于排水。碾压完成后的沥青混凝土心墙应覆盖帆布保护，避免表面被杂质和灰尘等污染。施工过程中，应由专门的监测人员随时进行检查，如发现施工质量不符合要求，应及时指出并整改，以确保施工质量。
2.3层面处理
当沥青混凝土心墙上层表面温度为65℃－85℃，且已压实的沥青混凝土表面整洁、层面连续上升时，其表层不作处理。当沥青混凝土表面温度低于65℃时，使用红外加热器加热20－30min，同时注意避免沥青混凝土老化。针对长时间因故停工的沥青混凝土层面，采用水、高压风将表面整理干净，对于黏污物使用红外加热器将其烘烤软化后铲除，继续加热沥青混凝土层面至65℃－85℃时，用喷涂枪均匀喷涂一层热沥青，再重新铺筑上层沥青混合料。及时回填心墙内钻孔取芯的钻孔，持续用红外加热器烘干至65℃－85℃，按4cm层厚逐步分层回填热沥青混合料，回填孔芯高于沥青混凝土心墙1cm，并用捣棒捣实。
2.4沥青混凝土的抗震性能
我国的沥青混凝土心墙坝很多都建设在强震区，如已建成的南桠河上的冶勒水电站、大渡河上的龙头石水电站及目前在建的大渡河黄金坪水电站都位于基本烈度为Ⅷ度的高地震区，沥青混凝土的抗震性能也是需要研究的重点问题之一。试验规程中规定的动力试验方法基本参照土的动力试验，成果整理也是采用目前在土动力学里使用最为广泛的等效线性模型。沥青混凝土心墙材料与土体材料在结构上存在较大的差别，土的动力试验方法与计算模型并不完全适合沥青混凝土，通过对新疆下坂地、恰普其海水利水利枢纽及四川龙头石电站沥青混凝土进行动力试验，发现沥青混凝土在动荷载作用下主要表现为弹性，骨干曲线近似为直线，可以取其斜率作为沥青混凝土的动弹性模量。
结语
总而言之，实施碾压式沥青混凝土心墙连续铺筑施工过程中要求相关工作人员能够结合实际工程情况来采取有效的铺筑施工方法，在根本上提高整体铺筑施工效率与质量。
参考文献：
［1］张怀生．水工沥青混凝土［M］．北京：中国水利水电出版社，2005．
［2］王为标．土石坝沥青防渗技术的应用与发展［J］．水力发电学报，2004，23（6）：70－74．
论文作者:张瀚
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
标签：沥青论文; 混凝土论文; 水力论文; 应力论文; 防渗论文; 特性论文; 土石论文; 《基层建设》2020年第2期论文;