中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西省 710000
摘要：沥青混凝土心墙作为土石坝的防渗系统在世界范围内得到广泛应用，其具有良好的变形适应能力，抗冲蚀、抗老化的能力，同时对坝体堆石骨料要求不高，对地形条件适应能力强。
关键词：沥青心墙；混凝土基座连接材料；
在沥青混凝土心墙坝中，大多采用心墙直接坐落在混凝土基座上构成防渗结构，坝基混凝土防渗墙与沥青混凝土心墙之间采用心墙混凝土基座连接。在混凝土基座与大坝心墙结合处增加锚筋，以增强结合面强度。沥青心墙与混凝土基座的连接能力直接影响着大坝的应力与变形，进而影响到整个防渗系统甚至大坝的安全。
一、沥青混凝土心墙
我国20世纪50年代甘肃玉门和新疆奎屯地区己将沥青混凝土用于渠道衬砌，上犹江水电站混凝土坝上游面采用了沥青砂浆防渗层，之后在一些混凝土坝的裂缝处理中沥青相继被采用。进入21世纪以来，随着沥青混凝土机械化施工的发展、施工技术水平的提高、专业化施工队伍的建设、沥青混凝土在理论方面的研究以及工程实践经验的积累，沥青混凝土心墙坝在我国得到了飞速的应用。沥青混凝土心墙坝的坝壳与其他材料土石坝的坝壳相同，粗石料应填筑在坝体外部表面区，级配良好的小粒径填筑料应尽量用于内部，这样有利于限制坝体沉陷。坝坡的选择主要由稳定性决定，随着近年来碾压机械和碾压技术的发展，坝坡的稳定性也有了可靠的保障。对于沥青混凝土心墙坝而言，由于心墙处于坝体内部，受到坝体的保护，使得其能较好的适应坝体和地基变形，并具有耐久性好，不易老化，受外界气候影响较小，适应环境能力强，抗震性能好，施工简便等特点，越来越受到水利工程界的重视，随着筑坝技术的发展和逐渐成熟，沥青混凝土心墙坝将成为一种非常有竞争力的坝型，会越来越多的为国民经济和社会生产服务，造福人民。
二、沥青心墙与混凝土基座连接材料
1.材料与沥青混凝土试验。沥青混凝土材料试验是测定沥青混凝土材料性能的基本方法，也是沥青混凝土有限元计算参数的直接来源。沥青混凝土是一种典型的粘．弹．塑性综合体材料，在低温下呈现较强的线弹性，在高温状态下则具有较强的塑性，在过渡范围内所呈现的状态包括了粘性、弹性和塑性，并且三种性能共存，弹性问题的特点是材料应力一应变为线性关系。沥青混凝土材料温度很低或者荷载作用时间很短（速率很快）的情况下，应变持续时问很短，变形很小，基本上接近弹性体。有的双屈服面与多重屈服面模型仍然采用关联流动法则，体积屈服面不与塑性势面对应，剪切屈服面与塑性势面对应，从而影响了计算的准确性，也会出现过大的剪胀现象。沥青混凝土配合比选择是根据不同材料、不同级配指数、不同填料用量和油石比（沥青混合料中沥青质量与沥青混合料中矿料质量的比值）组成各种不同配合比，经过密度、孔隙率、间接拉伸强度和变形等性能试验（密度和孔隙率指标能够反映沥青混凝土的防渗性能，而劈裂试验即问接拉伸试验能够相对反映沥青混凝土的强度和变形性能）选择出满足工程要求的配合比。
2.沥青混凝土心墙坝有限元分析的方法。有限元法是一种可以获得许多工程问题近似解的数值计算方法，它的突出优点是处理非线性、非均质和复杂边界问题，而沥青混凝土墙坝应力变形分析恰恰就存在这些困难，因此很适宜用有限元法。有限元方法在岩土工程中的应用迅速发展，并取得了巨大的成就。有限单元法就是把一个连续体分解为有限数目的单元体，相互间以结点铰接，形成离散结构，以代替原连续体进行分析。
结构进行离散化后，结点和单元总数等控制参数，单元和结点问的对应关系，由结点坐标、厚度等规定的单元几何性质，单元材料性质，边界约束条件以及荷载的处理就都确定了。凡是作用在单元上的荷载都移置作用在结点上，成为结点荷载。将结构离散成有限个单元后，分别计算每个单元的节点位移及节点应力，配合一定的强度破坏准则来分析判断结构内部的应力一应变状态。在国外，由于电子计算机的高速发展，非线性有限元法在各个科学领域已被广泛地采用；在国内，从80年代初开始，逐步引起学术界和工程界的重视和应用。现今随着电子计算机的普及和有限元法的迅速发展，给实际结构的线性与非线性分析增添了巨大的生命力。事实上，当前非线性有限元法的应用已经超出了具体工程问题，而成为一种更加概括的数学方法。对于常规的土石坝，利用分级逐层加荷进行计算，既反映了施工过程中各阶段的应力和变性情况，而且能够体现结构本身施工过程的变化，更好地体现结构的非线性，因而更符合实际。
3.心墙的应力变形。施工期间，心墙与坝体同步上升，导致心墙应力及变形的因素主要是心墙材料的自重荷载以及周围材料的影响；蓄水后，由于静水压力直接施加在心墙面上，因此，除心墙自重外，上游静水压力对坝体应力变形的影响很大。对高土石坝而言，心墙能否承受高水压力的作用，即会不会发生水力劈裂是心墙坝设计中关键问题之一。利用有限元计算结果判定水力劈裂发生可能性的方法有两种：一是有效应力法，另一是总应力法。由于水力劈裂的危险期是蓄水初期，这个时期的非稳定渗流目前的有限元技术还不能准确模拟，非饱和土固结理论也不成熟。因此，目前用有效应力方法分析心墙的水力劈裂可能性还有困难。相反，总应力法将心墙总应力与对应处的水压力或孔隙水应力进行比较，来判定是否发生水力劈裂，边界条件较易处理，从概念上容易理解，而且，该法是偏于安全。工程中常以上游水压力与心墙竖向应力比值小于1．0作为不发生水力劈裂的控制标准，也有用上游水压力与大主应力比较来判定水力劈裂发生的。墙与基座连接部位出现密集的应力集中区域，从为保证心墙的稳定安全，建议进行心墙与混凝土基座的模型试验，为工程施工提供理论依据。同时，在基础部位施工的时候，必须控制好施工质量，以保证心墙底部及坝体的安全稳定。为保证沥青混凝土心墙与混凝土基座结合紧密，混凝土基座表面必须平整、粗糙。可采用钢丝刷将水泥表面的浮浆、乳皮、废渣及粘着污物等全部清理干净（使用高压风），局部潮湿部位用煤气喷枪烘干，保证混凝土表面在施工前是干净和干燥的。为了保证心墙基础在发生位移时混凝土基座不会对心墙基础造成约束（而这种约束在沥青混凝土心墙与基座接触面会将拉应力，当拉应力过大时可能会对接触面造成裂缝，形成渗水通道，影响大坝的安全），心墙与混凝土基座选择弧形铰接的连接型式，更有利于心墙适应这种变形，并且通过有限元分析可以得出弧形接触面的剪切强度较小，更有利于接触面的安全。
随着国民经济的快速发展，能源、水利等基础性产业部门的开发建设速度都在加快，这就越来越多地要求新技术、新材料在生产建设中发挥更大的作用，取得更大的效益。沥青混凝土心墙坝作为一种经济和非常具有竞争力的优越坝型越来越受到国内外有关专家和工程界的重视。同时为其它工程的混凝土基座与沥青心墙的结合面施工提供了一定的参考依据。
参考文献：
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