浇筑式沥青混凝土防渗心墙的新型结构及施工工艺优化

（一）浇筑式沥青混凝土防渗心墙的新型结构形式研究

以往设计施工的浇筑式沥青混凝土防渗心墙的结构型式是采用沥青砂浆砌混凝土预制块作为沥青混凝土防渗心墙的副墙，中间浇筑自密实沥青混凝土——浇筑式沥青混凝土。这样的结构型式已经在我国北方地区的十几座中小型工程中应用，积累了丰富的科研、设计、施工经验。但由于混凝土预制块墙具有一定的刚性，与柔性沥青混凝土防渗心墙的变形能力差异较大，当坝体蓄水受力（或坝体产生较大变形）后，柔性的浇筑式沥青混凝土防渗心墙将受到来自预制块的挤压剪切应力作用，变形较大时沥青混凝土防渗心墙会被拉裂的副墙预制块被动拉裂，在一定程度上影响到防渗心墙的整体稳定性和防渗效果。为了消除这种挤压剪切应力和限制变形的影响，结合其他类似工程的防渗经验，用柔性的布基材料（如无纺布等）取代刚性的沥青砂浆混凝土预制块副墙可以有效地改善浇筑式沥青混凝土防渗心墙的运行工况，提高复合浇筑式沥青混凝土防渗心墙的整体韧性。此外，这种复合浇筑式沥青混凝土防渗心墙在受力的过程中其布基材料不仅可以有效地隔开浇筑式沥青混凝土防渗心墙和过渡料，防止浇筑式沥青混凝土浸入过渡料，确保浇筑式沥青混凝土防渗心墙的有效断面尺寸，增加沥青混凝土防渗心墙在下游过渡料上面的承载能力，提高复合浇筑式沥青混凝土防渗心墙的抗变形能力，解决浇筑式沥青混凝土防渗心墙工程的潜在问题，延长浇筑式沥青混凝土防渗心墙坝的使用寿命。但这种结构如何实施是摆在我们面前的难题，为此，进行了浇筑式沥青混凝土新型复合防渗心墙的施工工艺研究。

（二）浇筑式沥青混凝土新型防渗心墙的施工工艺研究

1.试验场地与气候条件

试验场地长50m，按试验要求进行了场地平整和碾压，可以在其上面做浇筑式沥青混凝土滑模及立模施工模拟试验。

试验采用中水一局自制的骨料加热和拌和设备加热拌和浇筑式沥青混凝土，采用自行设计的滑模体进行浇筑。

施工时段内平均气温为-14～-16．5℃，从混合料摊铺开始到结束气温呈上升趋势。

2.模板结构

借鉴其他类似工程施工经验，采用滑动加组合模板铺布进行浇筑式沥青混凝土新型复合防渗心墙的施工工艺研究，即开始阶段采用滑动模板铺布施工工艺，最后一段采用组合模板铺布施工工艺进行浇筑式沥青混凝土新型复合防渗心墙的施工。为了满足防渗心墙的施工速度要求，滑动模板仓分碾压仓、铺膜仓和浇筑仓三部分，其中碾压仓长度为4m、铺膜仓长度为1m、浇筑仓长度为4m，模板仓高35cm；滑动模板仓采用卷扬机或其他牵引设备，为提高滑动模板仓各部分的刚度，模板采用6～10mm的钢板制作，碾压仓内部焊接一定数量的支撑，铺膜仓设置铺膜转轴，在铺膜仓与浇筑仓之间设置逆向挡料板，用于布基材料定位和防止浇筑仓内沥青混凝土混合料流入铺膜仓，滑动模板仓宽度为30cm；组装式活动模板为钢板所制，每组模板由两块长2m、高0．4m、厚8mm的钢板组成；布幅宽50cm，每卷长度约30m。

3.铺筑试验成果

（1）布基材料选择。布基材料应选择耐高温材料，主要有帆布、无纺布、玻璃丝布等。由于玻璃丝布较薄、较脆，变形较小，无保温性能，与浇筑式沥青混凝土形成防渗心墙后柔性不足，且在受力过程中容易破损；帆布的变形能力虽好于玻璃丝布，但保温性能和在坝中的耐久性能均不及无纺布，因此选用无纺布作为浇筑式沥青混凝土防渗心墙的布基材料。为提高无纺布的保温性能，无纺布的厚度应大于2mm，试验时选用大连恒大高新材料开发有限公司生产的涤纶耐高温无纺布，将其浸入230℃的沥青中3min，仍无明显变形，但是当沥青温度大于237℃时，无纺布迅速卷曲，其他性能检测结果如表4-24和表4-25所示。

表4-24　无纺布强度检测结果

表4-25　无纺布孔径试验结果

表4-24和表4-25的试验结果表明，本次选用的无纺布的技术指标可以满足试验研究和浇筑式沥青混凝土防渗心墙的运行需要。

（2）滑动模板仓行走试验。将我们自行研制的滑动模板仓定位在试验场地上，两侧摊铺过渡料并碾压密实，用50t装载机牵引滑动模板仓滑出过渡料体，考察滑动模板仓的刚度和行走方向是否满足施工需要，观察无纺布的铺入效果。试验时用三道支撑分别固定浇筑仓两侧模板的上部和底部，将其组合成一个刚性整体，然后在整体模板两侧铺筑并碾压过渡料，待过渡料压实后取出模板底部支撑和上部支撑，通过沥青混凝土混合料下料斗向模内浇筑沥青混凝土混合料，然后滑动模板仓，同时铺设耐高温无纺布，使无纺布留在沥青混凝土与过渡料之间，如图4-19所示。

图4-19　滑模施工前的过渡料碾压与无纺布铺设(www.xing528.com)

图4-20　滑模施工浇筑式沥青混凝土效果

试验结果表明，模板仓滑动时铺膜仓内的铺膜转轴转动灵便，无纺布紧贴过渡料表面，铺设效果很好，如图4-20所示。滑模体刚度能够保证模板在碾压过渡料、仓体滑动、振捣沥青混凝土时不变形，因而在以后的施工试验中过渡料可以通仓碾压。由于浇筑式沥青混凝土不需要进行加热就可以确保沥青混凝土的层间结合良好，因此原设计的由碾压仓、铺膜仓和浇筑仓三部分组成的滑动模板仓在用于浇筑式沥青混凝土施工时可改为铺膜仓和浇筑仓两部分。当上述滑模体用于振捣式沥青混凝土施工试验时，为了确保振捣式沥青混凝土的层间结合良好，可以将碾压仓改为加热仓，即振捣式沥青混凝土滑动模板仓分为加热仓、铺膜仓和浇筑仓三部分。

（3）施工效果检验。浇筑式沥青混凝土施工试验分为两部分进行，一是采用滑动模板仓在其两侧填筑过渡料，待过渡料碾压合格后浇筑满仓沥青混凝土，然后用50t装载机牵引滑动模板仓前行，无纺布的铺设随模体的移动自动完成；一是采用活动模板人工装拆进行浇筑，在浇筑沥青混凝土之前，先将模板两侧的沥青混凝土防渗心墙过渡料碾压合格，在模板内侧人工铺设无纺布，然后再浇筑沥青混凝土。待沥青混凝土冷却后，挖开沥青混凝土防渗心墙两侧的过渡料，发现浇筑式沥青混凝土成墙性很好，无纺布已被浇筑式沥青混凝土中的沥青浸润，与沥青混凝土粘接良好，如图4-21和图4-22所示，沥青混凝土试验检测成果如表4-26所示。

表4-26　浇筑式沥青混凝土低温施工试验研究成果

图4-21　滑模施工的浇筑式沥青混凝土与过渡料交界面效果图

图4-22　滑模施工的浇筑式沥青混凝土与无纺布交界面效果图

由图4-21、图4-22和表4-26的试验结果可知，利用浇筑式沥青混凝土滑动模板仓施工的浇筑式沥青混凝土新型复合防渗心墙侧面与无纺布结合良好，采用无纺布替代固定混凝土预制块模板后，沥青混凝土防渗心墙侧面平整度较好；检测结果表示芯样孔隙率低，可以满足设计要求；由于浇筑式沥青混凝土沥青含量较大，在施工过程中出现粗骨料下沉、沥青上浮的分离现象，如图4-23所示。在心墙施工时由于热沥青混凝土混合料可以烫化前一层沥青混凝土上浮的约1cm沥青填料体，因此，沥青上浮对沥青混凝土的层间结合是有利的。由于检测时采用中下部沥青混凝土芯样，这就使得沥青混凝土抗弯强度增大、应变降低、劲度模量增大，因而沥青混凝土的柔性变形是不均匀的。由此可见，浇筑式沥青混凝土具有孔隙率低、渗透系数小等优点，但其匀质性受沥青混凝土骨料级配、填料用量、沥青含量、混合料温度等因素影响很大，因此，施工时应严格控制浇筑式沥青混凝土的各个生产施工环节，以确保浇筑式沥青混凝土的施工质量。

（三）试验小结

由于传统的浇筑式沥青混凝土施工是不受环境气温条件限制的，所以本次试验研究浇筑式沥青混凝土新型结构的成墙稳定性、施工工艺的可操作性以及施工后沥青混凝土的质量可靠性。通过浇筑式沥青混凝土提模和滑模施工模拟试验，取得了理想的科研成果，可以在水利水电工程沥青混凝土防渗心墙施工中应用。具体研究成果如下：

图4-23　滑模施工的浇筑式沥青混凝土芯样

（1）采用柔性的布基材料（如无纺布等）取代刚性的沥青砂浆混凝土预制块副墙，可以有效地隔开浇筑式沥青混凝土防渗心墙和过渡料，防止浇筑式沥青混凝土浸入过渡料，确保浇筑式沥青混凝土防渗心墙的有效断面尺寸，增加沥青混凝土防渗心墙在下游过渡料上面的承载能力，提高复合浇筑式沥青混凝土防渗心墙的抗变形能力，延长浇筑式沥青混凝土防渗心墙坝的使用寿命。

（2）采用无纺布替代固定混凝土预制块模板后，无纺布与沥青混凝土粘结牢固，防渗心墙侧面平整度较好，心墙芯样孔隙率低，可以满足设计要求。

（3）利用提模和滑动模板仓施工浇筑式沥青混凝土新型复合防渗心墙，将浇筑式沥青混凝土施工工艺推向了机械化，使浇筑式沥青混凝土的各个施工环节控制得更加严格，确保浇筑式沥青混凝土的施工质量更加可靠。