寒冷地區(qū)瀝青混凝土心墻壩研究現(xiàn)狀分析

(浙江省疏浚工程有限公司，浙江 湖州 313000)

目前瀝青混凝土心墻壩在世界范圍內(nèi)的壩工當(dāng)中運(yùn)用最為成熟，也是最為可靠的。作為土石壩的防滲體，對(duì)它適應(yīng)變形能力、抗沖刷能力、抗腐蝕能力、抗老化能力的性質(zhì)要求都十分嚴(yán)格，而且瀝青混凝土心墻壩對(duì)于環(huán)境條件的承受能力比較高，在寒冷地區(qū)對(duì)壩體可以實(shí)現(xiàn)無限制的防滲保護(hù)，但是它在設(shè)計(jì)施工時(shí)必須設(shè)置結(jié)構(gòu)縫來增強(qiáng)與土石壩結(jié)構(gòu)之間的緊密度，以發(fā)揮其更好的保護(hù)潛力。

1 瀝青混凝土心墻壩介紹

決定瀝青混凝土心墻壩功能差異的關(guān)鍵就是基本原材料瀝青混凝土的質(zhì)量。由于瀝青混凝土是由具有高級(jí)配散粒體材料結(jié)合瀝青膠形成的一種彈塑性極強(qiáng)的固體材料，因此決定了它到目前為止，在很多土建工程都被應(yīng)用，而且好評(píng)率一直飆升。到20世紀(jì)瀝青混凝土材料開始用于水壩工程當(dāng)中，隨著應(yīng)用效果不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)即使是在俄羅斯等寒冷地區(qū)使用

瀝青混凝土材料施工的水壩使用性能也很好，后來便不斷推廣應(yīng)用，從此便有了瀝青混凝土心墻壩壩型[1]。目前常見的瀝青混凝土心墻壩類型有碾壓式和澆筑式，這兩種心墻壩由于施工工藝和施工方式不同，它們的性能效果也有差距，因此要結(jié)合實(shí)際的建設(shè)工程需求來選擇合適的瀝青混凝土心墻壩類型。

2 寒冷地區(qū)瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r

1949年葡萄牙修建的Vale de caio壩采用雙層防滲的施工方式，這也是史上第一個(gè)瀝青混凝土心墻壩[2]。后來德國(guó)模仿修筑了Heme壩和第一座機(jī)械碾壓式瀝青混凝土心墻壩，前者采用塊石瀝青混凝土心墻結(jié)構(gòu)型式，后者采用機(jī)械碾壓式瀝青混凝土心墻壩，這標(biāo)志著瀝青混凝土心墻壩的種類開始拓展，規(guī)模開始擴(kuò)大。隨著相關(guān)技術(shù)的提高，瀝青混凝土心墻壩被列為國(guó)際大壩委員會(huì)推廣的主要壩型，得到了推廣[3]。

1997—1981年，修建竣工的奧地利Finstertal壩就利用了碾壓式瀝青混凝土心墻壩。由于此項(xiàng)工程非常浩大，再加上奧地利常年降雨，天氣十分惡劣，導(dǎo)致工期十分漫長(zhǎng)，但是不管是在施工過程中還是后來的使用反饋都是比較成功的，它為后來瀝青混凝土心墻壩的施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。再后來就是在俄羅斯修建的鮑谷昌壩、伊爾干埃斯卡亞壩和捷爾馬姆壩，這三座澆筑式瀝青混凝土心墻壩的施工地區(qū)氣候都比較寒冷，帶動(dòng)了筑壩技術(shù)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展，至今為止其技術(shù)水平遙遙領(lǐng)先[4]。

2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

2.2.1 碾壓式心墻壩的發(fā)展現(xiàn)狀

碾壓式瀝青混凝土心墻壩在國(guó)內(nèi)發(fā)展的初期，其施工技術(shù)比較落后，因此采用的案例也比較少，而且修建類型基本上都是人工或者半機(jī)械碾壓式的。改革開放以來在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的共同帶動(dòng)下碾壓式瀝青混凝土心墻壩迅速發(fā)展，2001年修建的坎兒其瀝青混凝土心墻壩、2003年修建的茅坪溪瀝青心墻壩、2005年修建的冶勒瀝青混凝土高壩等，標(biāo)志著碾壓式瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展進(jìn)入了快速進(jìn)步期[5]。后來隨著施工技術(shù)愈加成熟，它的應(yīng)用開始拓展到了新疆這樣的寒冷的地區(qū)，例如照壁山水庫(kù)、下板地水庫(kù)、峽溝水庫(kù)等都建筑在新疆地區(qū)，目前為止，它們的運(yùn)行情況良好，展現(xiàn)出我國(guó)在寒冷地區(qū)瀝青混凝土心墻壩的建筑技術(shù)更加成熟可靠了。

2.2.2 澆筑式心墻壩的發(fā)展現(xiàn)狀

受到國(guó)內(nèi)筑壩技術(shù)的影響，澆筑式瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展現(xiàn)狀要?jiǎng)儆谀雺菏綖r青混凝土心墻壩，早在1973年第一座澆筑式瀝青混凝土心墻壩白河心墻壩就已經(jīng)修建并應(yīng)用了。白河心墻壩位于東北地區(qū)，氣候寒冷，盡管在冬季施工中的速率受到影響，但仍然及時(shí)竣工了，在其后運(yùn)行過程中一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。緊接著在東北地區(qū)又相繼修建了郭臺(tái)子、西溝、碧流河副壩等，都采用了澆筑式瀝青心墻壩施工技術(shù)，而且在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，高效率、高質(zhì)量地完成了，因此這種類型心墻壩的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)越來越突出，之后也越來越被推廣和采用了[6]。之后新疆多拉特水庫(kù)的加固擴(kuò)建工程引入澆筑式瀝青混凝土心墻壩，有效地提高了心墻的工作性能，使這個(gè)工程獲得了極高的效益，隨后新疆大部分此類工程都采用澆筑式心墻壩。由此可見，澆筑式瀝青心墻壩在寒冷地區(qū)有很大的優(yōu)越性。

3 瀝青混凝土心墻壩的改進(jìn)分析

雖然瀝青混凝土心墻壩已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用案例，但是它的修建仍然是根據(jù)之前的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，缺乏相關(guān)的理論知識(shí)，導(dǎo)致它的發(fā)展只能通過橫向比較的方式進(jìn)行，因此對(duì)于施工技術(shù)和質(zhì)量的把控不太成熟，還不能直接進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。針對(duì)這個(gè)問題可按以下方面進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 改善配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

雖然近幾年我國(guó)瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展很樂觀，但是目前它的工程成本還十分昂貴，因此當(dāng)前最主要的問題是如何降低工程造價(jià)和縮短施工周期，把整個(gè)工程的工程效益發(fā)揮到最大。要把瀝青心墻壩的有關(guān)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范化處理，提供一些可靠的理論數(shù)據(jù)支持。

3.2 加強(qiáng)應(yīng)力應(yīng)變綜合分析

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于瀝青混凝土心墻壩的應(yīng)力應(yīng)變研究都是針對(duì)碾壓式和澆筑式分別單一進(jìn)行的，因此加強(qiáng)兩者之間相互關(guān)系研究，建立合理的計(jì)算模型，綜合分析在相同條件下兩者之間的應(yīng)力應(yīng)變不同點(diǎn)和影響瀝青混凝土心墻壩的因素，構(gòu)建出可行性較強(qiáng)的瀝青混凝土心墻壩理論基礎(chǔ)，是亟待完成的重要課題。

3.3 壩體分區(qū)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

目前對(duì)于瀝青混凝土壩壩體結(jié)構(gòu)的幾何尺度無明確的定量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各分區(qū)的性能要求及相互作用的認(rèn)識(shí)不是很深入，工程建設(shè)都是基于之前的經(jīng)驗(yàn)和判斷。因此定性地進(jìn)行分區(qū)壩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)壩區(qū)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于研究各分區(qū)結(jié)構(gòu)相互作用和更好地應(yīng)用瀝青混凝土心墻壩具有重要的意義[7]。

3.4 嚴(yán)格把控施工技術(shù)

施工環(huán)境對(duì)碾壓式瀝青混凝土心墻壩的施工質(zhì)量的影響比較大，尤其是在寒冷地區(qū)的施工，因此對(duì)于施工技術(shù)有一定的要求，一般的施工技術(shù)不能直接采用。但是對(duì)于澆筑式的心墻壩的施工過程環(huán)境變化不會(huì)引起很大的問題。因此針對(duì)一些特殊的施工方案要嚴(yán)格控制好施工技術(shù)。

4 結(jié) 語

綜上所述，我們可以看出，瀝青混凝土心墻壩的建設(shè)越來越多，尤其是在寒冷地區(qū)的寒冬季節(jié)更有優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是還是有很多理論問題需要繼續(xù)研究和探討，希望加大這方面的研發(fā)力度，促進(jìn)瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展。