沥青混凝土心墙发展现状及其特性研究

龙源期刊网沥青混凝土心墙发展现状及其特性研究作者：黄欢来源：《农村经济与科技》2016年第06期【摘要】本文详细介绍了沥青混凝土及其在工程上的应用，总结其在国内外的发展现状，并全面的分析了沥青混凝土心墙的特性，对沥青混凝土及沥青混凝土心墙的发展及研究具有一定的实践价值。【关键词】沥青混凝土心墙；土石坝；特性研究1前言沥青混凝土简称沥青砼，是人工选配一定级配的矿料、、矿粉、碎石、石屑或砂等，与一定比例沥青材料作为胶结材料拌制而成的人工合成混合料。沥青混凝土依靠沥青与矿粉形成胶结料的粘结力和集料颗粒问的内摩阻力和锁结力能提供较好强度，且沥青混凝土具有优异的防渗能力。因此，沥青材料作为一种路面材料及防渗材料在国内外运用历史悠久。在水利工程中，沥青混凝土技术广泛应用于大坝防渗面板、心墙、水库防渗、渠道河堤防渗、垃圾场污水池衬砌等，特别是混凝土心墙的运用，使得国内外很多水利工程几乎没有渗漏情况。随着水电事业的发展，地形、地质条件适宜于修建混凝土坝的坝址越来越少。土石坝的比例逐渐增多，以心墙作为土石坝防渗结构形式的坝型得到了极大地发展，并且应经成为筑坝技术的一个发展方向。由于土石坝的数量巨大，适用于修建土石坝的理想的两岸对称的河谷地形、地质条件越来越少，所以，土石坝慢慢趋向于在两岸不对称、岸坡比较陡等复杂河谷地形和地质条件修建。2沥青混凝土心墙土石坝的国内外发展现状2.1沥青混凝土心墙土石坝国外发展现状近年来水工沥青混凝土心墙发展极其迅速。上世纪50年代，欧美国家在沥青技术方面得到了广泛的发展和应用，建成的采用沥青混凝土防渗体的土石坝较多。1949年葡萄牙建成了最早的沥青混凝土心墙坝一Valedecaio坝，坝高45m。经过20多年的发展，上个世纪70年代后建成的沥青混凝土心墙土石坝坝高已突破百米大关。其中，具有代表性的是挪威1997年完建的Storglomvatn沥青混凝土心墙坝，坝高128m及1980年奥地利完建的150m高的Finstertal沥青混凝土斜心墙坝，其斜心墙高度高达96m，是第一座全高采用沥青混凝土斜心墙的坝。在国外，水工沥青混凝土心墙发展如此迅速，分析其主要原因有：（1）应用的范围越来越宽广，多样化结构型式，且趋于简单化；（2）越来越高的施工机械化程度，施工技术和理龙源期刊网论发展，使得工程规模不断扩大，沥青混凝土心墙越来越高，防渗面积越来越大，施工成本大大降低，在同类型坝中具有越来越大竞争力。2.2沥青混凝土心墙土石坝国内发展现状与国外相比，我国沥青混凝土土石坝防渗体的起步相对较晚。20世纪70年代以后沥青混凝土防渗技术才开始在我国逐渐应用发展起来。1972年，在我国东北地区吉林省安图县修建的白河水电站为沥青混凝土心墙坝，采用沥青混凝土作为筑坝材料，坝高为24.5m，装机6Mw，是一座以发电为主的水电站。同年，采用沥青混凝土作为防渗材料的水电站还有甘肃省敦煌县的党河水库，坝高58m，总库容4500万m3，党河水库因为采用了沥青混凝土防渗技术从而大量节省了资金和人力资源。在这以后，我国各地区又相继建成了沥青混凝土防渗工程。八十年代后，我国土石坝沥青混凝土心墙防渗技术开始有了较快的发展，如辽宁碧流河坝、北京杨家台坝及四川新丰坝等十余座中、低坝大多采用了浇筑式沥青混凝土心墙。九十年代后，我国水工沥青混凝土工程发展进入了一个全新的阶段，从人工化和半机械化进入了机械化的阶段，施工速度和施工质量得到了较大的提升。例如，由我国自己设计、监理和施工的三峡茅坪溪土石坝，它是目前我国已建工程中最高的垂直式防渗的沥青混凝土心墙土石坝工程，其最大坝高为104m，沥青混凝土心墙高94m。四川的冶勒坝和瀑布沟坝，最大坝高分别高达125m和182m。虽然水工沥青混凝土的应用已经具有了几千年的发展历史，在筑坝技术方面也有了近百年的历史，但在我国，采用沥青混凝土防渗技术仅有几十年的历史，沥青混凝土筑坝技术还不够成熟，目前正处于高速发展的阶段，所以这需要我们结合生产实际来完善水工沥青混凝土应用理论，是我国沥青混凝土技术迈向世界先进水平。3沥青混凝土心墙的特性沥青混凝土心墙土石坝是将防渗体设计在大坝体内，沥青混凝土心墙处于大坝的内部，受到坝体的保护，震动能力提高，温度对其影响较小，适应坝体和基础的变形能力好，不容易受到破坏，其具有以下特性。3.1防渗性能较好实验表明，碾压式沥青混凝土的渗透系数一般在10～10cm/s以下，浇筑式沥青混凝土则基本不透水。3.2具有较强的适应变形的能力沥青混凝土具有较好的柔性，能适应各种不均匀沉陷，还能适应地基、岸坡及坝体等的较大变形。同时，当出现裂缝时沥青混凝土还具备较好的裂缝自愈能力。沥青混凝土是粘弹塑性龙源期刊网的材料，通过试验证明：在常温下，压缩应变能够达到10%，弯曲应变达到5%，拉伸应变也可达3%，说明沥青混凝土比其他材料对较大的渐变变形有更好的适应性。3.3沥青混凝土心墙防渗结构工程量少同，可以使相应的劳动力得到节省，提高施工的进度沥青混凝土防渗体大约是粘性土防渗体体积的1/20～1/50。沥青混凝土防渗体的工程量小，劳动力更加集中，可以提高施工功效，加快施工进度，减少施工成本。3.4沥青混凝土塑性性能较好沥青混凝土心墙可有效的吸收由于坝体超载所引起的材料变形但不影响其防渗性能，抗冲击性能较强，在加速度较快的地震荷载作用下，强度高，阻尼比较大，受地震破坏的可能性较小。3.5沥青混凝土心墙的耐久性比沥青混凝土面板好因为防渗心墙位于坝体内部，所以免受波浪的冲刷以及阳光的照射，防冻防晒，也可以避免产生裂缝和流淌。心墙防渗体与坝体同时填筑，施工过程中也可以蓄水。3.6沥青混凝土心墙的体积比粘土心墙的体积要小得多，不用挖土破坏植被和耕地，可以有效的保护环境及农田在设计方面，沥青混凝土心墙的厚度远小于粘土心墙，因此基础处理时仅需3-4m宽的混凝土垫座，大大提高了施工进度并降低了施工成本。沥青混凝土本身抗侵蚀性强，对水质无污染。从以上土石坝沥青混凝土防渗结构的优点中分析，沥青混凝土应用于水利工程，尤其是在坝体防渗中具有极大的优越性。3.7从经济角度上分析，虽然沥青混凝土的单价要高于水泥混凝土和土方的单价，但沥青混凝土体积小、施工快，综合单价反而更低。例如，新疆恰普其海水库高土石坝，沥青混凝土心墙方案比土心墙方案在总造价上低约2000万元。近年来沥青混凝土心墙坝越来越多，尤其是在缺少粘土、多雨高寒和地震高烈度地区应用广泛。沥青混凝土作为土石坝的防渗体，与粘土心墙相比较，沥青混凝土心墙本身能适应较大的拉应力和较大的变形，防渗性能好，适应能力强，工程量小，机械化程度高，施工速度快，塑性性能好，抵抗冲击能力强，耐久性和裂缝自愈能力强，在严寒高山地区及潮湿多雨地带迅速施工等优点。沥青混凝土心墙防渗结构的优点众多，沥青混凝土施工技术推广迅速，其已经成为土石坝筑坝技术的一个新亮点。国际大坝委员会（ICOLD）在1992年第84号公报中曾指出：沥青混凝土心墙土石坝“是未来最高坝适宜的坝型”。4总结龙源期刊网沥青混凝土心墙对拉应力和变形适应性较好，防渗性能好，施工工程量小，施工速度较快，塑性性能较好，抗冲击能力强，耐久性和裂缝自愈能力强。目前国内外所有已建好的沥青混凝土心墙坝工程都表现出极好的运行效果，沥青混凝土心墙土石坝将成为未来土石坝的研究及发展趋势。