湖北江河盛腾工程咨询有限公司湖北武汉430000
摘要：当前沥青混凝土心墙坝已成为坝工界重点关注的坝型，是国际大坝委员会（ICOLD）推广的坝型之一。中国沥青混凝土心墙坝的应用起步较晚，1973年率先建成了甘肃党河沥青混凝土心墙坝，坝高54m。近年来这种坝型得到了较快的发展，先后建成了近百座工程。如坝高125m的冶勒沥青混凝土心墙；坝高104m三峡茅坪溪沥青混凝土心墙；黑龙江尼尔基沥青混凝土心墙坝，该坝坝高40m，其坝长达1829m，堪称世界同类坝之首。本文主要针对沥青混凝土心墙高坝应力应变特性进行简要分析。
关键词：沥青混凝土；浇筑式；碾压式；心墙坝；应力应变
1沥青混凝土心墙坝渗漏检测
沥青混凝土心墙坝发生渗漏，首先应分析渗漏原因、性质及部位。针对设置在坝体内部的沥青混凝土心墙渗漏，目前没有单一、有效、可靠的检测方法和技术，一般多在心墙上、下游侧布置钻探孔，以水为媒介，采用水下声纳、孔内彩电观测、示踪连通试验、坝体内水位分析、物探等多种检测方法，根据检测成果，综合分析、判定渗漏情况。
1.1水下声纳检测
水下声纳检测是利用声波在水中的优异传导特性，实现对水流渗漏场的测量。利用水下声纳检测获取心墙上、下游钻孔和垂直心墙断面的渗漏水流声场，通过解析渗漏场流速数学模型，测量坝体的渗漏通道及其竖向分布情况，结合渗漏部位的渗漏流速，可将坝体心墙渗漏强弱情况在平面和铅直向上进行分区界定。
1.2孔内彩电观测
应用孔内彩电观测孔内水流悬浮物或标示物的运动状态以获得直观信息，可确定渗漏水流流向，初估水流速度，从而确定渗漏部位分布高程。利用全孔壁数字电视功能采集孔壁及孔内渗漏水流流态完整图像信息，通过观察图像信息来判定孔内地下水流流态和地层信息。
1.3示踪连通试验
现场示踪连通试验主要采用在心墙上、下游钻探孔内分孔分时投放示踪剂，在心墙下游钻探孔内及坝脚排水沟观测其出逸情况，为便于观测及分析，宜在坝脚排水沟出水点依序预先布设观测点。通过现场示踪连通试验成果分析判定坝体渗漏水流的流向，初估渗漏流速，并结合上述检测方法成果综合分析判定心墙渗漏部位及其渗漏强弱。
1.4坝体内水位分析
根据坝体各类钻孔终孔水位观测资料，绘制坝体内水位等值线图，分析心墙前、后坝内地下水位及其对应的变化关系，心墙渗漏部位一般会在紧靠心墙上游侧局部形成“降落漏斗”，渗漏较弱或者渗漏不明显部位，水位无明显变化；心墙下游侧相反，终孔水位偏高则表明该处得到较大渗漏补给。通过分析心墙前、后地下水位等值线图，可判断心墙渗漏部位及其强弱的分布。
1.5物探检测
物探检测采用地震映像或声波对渗漏进行测试。地震映像利用在沥青混凝土心墙顶部激发的地震波在心墙介质传播过程中遇到分界面时会产生一定能量的反射波原理，对反射波振幅、频率、速度等信息进行计算，分析差异界面埋深及结构形态；声波测试通过在心墙钻孔内进行单孔或跨孔不同频率波速测试，以声波波速来分析判断检测范围内心墙质量情况。
2沥青混凝土心墙坝应力应变性状分析
2．1位移
表2给出了浇筑式与碾压式沥青混凝土心墙坝，两种坝型典型剖面的应力应变分析成果，以及不同温度下的位移分析成果。
2．1．1坝体位移
图2给出了满蓄期浇筑式沥青混凝土心墙坝25℃时沉降与水平位移的等值线分布图。由图2可知其最大沉降值为26．69cm，向上游水平位移9．3cm，向下游水平位移为16．74cm。图2为满蓄期碾压式沥青混凝土心墙坝25℃时的沉降与水平位移的等值线分布。其最大沉降值为25．18cm，向上游水平位移9．43cm，向下游水平位移为16cm。
图225℃碾压式沥青混凝土心墙坝满蓄期位移等值线图
从整体上看，两种坝型的坝体位移量级在同一数量级上，二者的位移分布规律相同，无显著差别，这表明坝体的位移与心墙采用何种沥青混凝土无关。
2．1．2沥青混凝土心墙垂直沉降
图3给出了相同温度25℃下浇筑式与碾压式沥青混凝土心墙竣工期和满蓄期垂直沉降沿坝高的分布，可以看出两种类型心墙垂直沉降沿高程分布基本重合，分布规律与沉降量级均在同一水平上，无显著差别。垂直沉降极值都发生在坝高中部附近，约为25cm上下，占坝高的0．25%，与已建工程的观测成果分布规律相同，并在同一数量级上。
尽管浇筑式与碾压式沥青混凝土的材料配合比不同，处在不同温度下的应力应变参数各异，从位移的角度看，两种坝型的各位移的计算结果均在同一量级上，最大位移发生的几何位置基本相同，沿坝高分布规律相同，反映出浇筑式与碾压式沥青混凝土心墙各运行工况下，其位移性状是一致的，与心墙材料性状无关。
2．2应力
2．2．1坝体大、小主应力
图5给出了满蓄期浇筑式沥青混凝土心墙坝25℃时的大、小主应力的等值线分布。由图6可知其大主应力极值为2．20MPa，小主应力极值1．16MPa。
图6为满蓄期碾压式沥青混凝土心墙坝25℃时的大、小主应力等值线分布。大主应力极值为
2．24MPa，小主应力极值为1．14MPa。大、小主应力沿坝高递减而增加，在坝基处达到最大。在心墙上下游界面邻区，大、小主应力等值分布形态急剧变化，表明心墙内主应力产生了降低，原因在于心墙变形模量小于堆石，其变形受坝壳约束，产生拱效应作用所致。
2．2．2沥青混凝土心墙的大、主应力
表2给出了不同温度下，浇筑式与碾压式沥青混凝土心墙大主应力极值统计，心墙中大、小主应力均为压应力，无拉应力产生。大、小主应力值均在已建工程的经验范围内。
3结论
（1）通过以上研究，在相同坝料条件下，浇筑式沥青混凝土心墙坝与碾压式沥青混凝土心墙坝的应力应变性态几乎无差别，大坝的工程性态是由坝壳料性能所控制，心墙沥青混凝土自身的性能的影响较小，这表明沥青混凝土心墙，在大坝中是传力结构和防渗结构，控制填筑坝体性状优劣是大坝安全的保证。
（2）不论心墙采用何种沥青混凝土，相同坝壳料和坝高条件下，大坝的应力应变性状各指标具有相同的量级，这表明大坝的应力应变性态，受心墙沥青混凝土材料性质影响较小，采用两种心墙材料所得大坝的应力变形规律变化不大。
参考文献：
［1］王为标，申继红．中国土石坝沥青混凝土心墙简述［J］．石油沥青，2016，16（4）：27-31．
［2］张庆春．库什塔依水电站冬季施工的碾压式土石坝沥青混凝土心墙配合比试验研究［J］．水利与建筑工程学报，2014，12（4）：137-142．
［3］吕智，李亚．浅谈沥青混凝土心墙坝在新疆塔城地区的应用及发展［J］．内蒙古水利，2015（1）：33-34．