一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及方法与流程

本发明属于沥青混凝土心墙，更具体地，涉及一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及方法。

背景技术：

1、沥青混凝土用于土石坝的防渗始于20世纪初，据统计，目前已有超过500座大坝选用沥青混凝土作为坝体的防渗结构，截止2019年，世界上已建的沥青混凝土心墙坝217座，中国占有119座，其中100m级以上沥青混凝土心墙坝国内有15座。世界上第一座沥青混凝土心墙坝为葡萄牙的va lede caio大坝，坝高45m。中国近年来建成的代表性沥青混凝土心墙坝有2006年建成坝高124.5m的四川冶勒沥青混凝土心墙堆石坝，2019年建成坝高164.2m的四川去学沥青混凝土心墙堆石坝，2020年建成的坝高128.8m的新疆大石门水库大坝。

2、沥青混凝土心墙坝之所以能够得到广泛应用，是因为其具有如下优点：(1)沥青混凝土的施工期受降雨和低温的影响小，多雨和高寒地区难以采用传统的防渗体时，采用沥青混凝土心墙能够在保证施工质量的同时，保证施工进度；(2)工程实践表明，沥青混凝土对坝体坝基变形适应性较强；(3)沥青混凝土心墙具有良好的防渗性能，其渗透系数可以达到10-8～10-10cm/s；(4)沥青混凝土心墙具有良好的抗震性能，研究表明，循环荷载对沥青混凝土的应力-应变-强度性能和防渗性能的影响非常小，此外，沥青混凝土心墙在相同动应力循环、作用相同次数工况下总应变相较堆石料要小一个数量级。

3、然而，沥青混凝土心墙坝同时也存在着薄弱部位，如若处理不善，则将会对大坝带来极大的安全隐患。一般而言，沥青混凝土心墙坝，作为土石坝的一种，会在施工期、运行前期产生较大的垂直向和水平向的位移变形，垂直向位移一般累计值能到50cm左右，对于建在深厚覆盖层上的大坝，垂直向位移则更大。随之而来的问题，则是沥青混凝土心墙端部与边坡接触面之间产生较大的剪切变形，进而导致沥青混凝土心墙与边坡之间出现错空，甚至导致心墙内部产生裂缝，以至于大坝防渗结构失效，危害工程整体安全。

4、本发明则结合沥青混凝土心墙与边坡接触面产生剪切大变形的工程痛点，提出一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及方法，通过沉降观测仪观察到沥青混凝土心墙与边坡发生较大剪切变形时，启动加热层工作，进而给沥青混凝土加热，使其恢复至塑性流动状态，自动填充与边坡的错空空间，并实现裂缝的自愈，进而保证沥青混凝土心墙与边坡之间始终保持良好的贴合状态。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及安装方法。

2、为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及方法，装置包括：金属模板、隔热材料、耐高温导热油、加热管、通水管、螺栓连接件、沉降观测仪。

4、金属模板设置在边坡混凝土基座和沥青混凝土心墙连接处，且金属模板外侧通过焊接锚筋与边坡混凝土基座固定，金属模板内侧则包裹住沥青心墙端部沥青玛蹄脂部位；

5、金属模板内部分为隔热层、加热层和冷却层，加热层靠近沥青心墙的端部侧，隔热层靠近边坡混凝土基座侧，冷却层处于加热层和隔热层中间；

6、在边坡与沥青心墙接头处设置有沉降观测仪，可按照沉降观测仪观测得到的沥青心墙与边坡的相对变形发出警示信息，并由操作人员控制装置工作状态，以保证沥青心墙与边坡时刻处于紧密结合状态。

7、进一步的，所述的金属模板可根据坝体高度分为若干段，宜定为5m一段，并在大坝施工前预制，施工时随着沥青心墙施工进度逐段连接。

8、进一步的，所述的加热层内部通过金属肋板支撑，以避免加热层发生较大的变形。

9、进一步的，所述的加热层内部均匀布置有多排u型导热管，加热层腔体内封装有耐高温导热油，以便于对沥青心墙接头均匀加热。

10、进一步的，所述的加热层工作状态下需保证沥青心墙端部可加热至150摄氏度至180摄氏度之间，以保证沥青心墙可加热至塑性流动态，同时不对沥青心墙性能产生破坏性影响。

11、进一步的，所述的冷却层内部均匀布置有多排u型冷却水管，内部通冷水，用于沥青心墙端部在加热层作用下重回塑性流动状态并重分布后，进行快速降温，以使沥青恢复固体状态，另外，还可以保证外侧边坡混凝土基座始终处与环境温度相差不大的状态下。

12、进一步的，所述的u型冷却水管和u型导热管，在金属模板的段与段之间需要互相联通。

13、进一步的，所述的隔热层需要采用隔热材料制作，主要用于保证混凝土心墙盖板不受加热层工作时高温状态影响。

14、进一步的，所述的螺栓连接件，用于金属模板段与段之间的连接，保证段与段之间的接缝紧密贴合。

15、本发明的有益效果：

16、通过本发明所构思的以上装置及方法，具有以下优点：(1)结构简单，可模块化制作，费用较低；(2)可在大坝施工前在工厂预制，施工现场模块化安装，较为简便；(3)可实时监控边坡与心墙之间的相对位移，并向工作人员及时发出警示信息；(4)可在沥青心墙出现较大剪切变形时，通过精准控温提升沥青心墙端部温度并提高其塑性性能，进而自适应填充与边坡的错动拉裂空间、自愈裂缝；(5)通过设置冷却层和隔热层，可保证边坡混凝土基座在本装置在加热工作状态下维持在环境温度，避免产生温度裂缝；(6)可在沥青心墙重分布后，通过冷却层快速降低装置及心墙温度至环境温度，使得沥青尽快恢复至固体稳定状态。

技术特征：

1.一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，包括混凝土基座(15)、沥青混凝土心墙(16)和沥青心墙端部(1)，其特征在于，所述混凝土基座(15)与所述沥青混凝土心墙(16)和所述沥青心墙端部(1)连接处设置金属模板，所述金属模板包括隔热层(13)、加热层(11)和冷却层(12)，所述隔热层(13)靠近所述混凝土基座(15)，所述冷却层(12)靠近所述沥青混凝土心墙(16)和所述沥青心墙端部(1)，所述加热层(11)设置在所述隔热层(13)与所述冷却层(12)之间；

2.如权利要求1所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，所述金属模板包括模板外侧金属板(14)和模板内侧金属板(10)，所述模板外侧金属板(14)通过焊接锚筋与混凝土基座(15)固定，所述模板内侧金属板(10)包裹住所述沥青心墙端部(1)。

3.如权利要求1所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，所述加热层(11)内部设置有金属肋板(8)。

4.如权利要求1所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，所述加热层(11)内部均匀布置有多排u型导热管(7)，所述冷却层(12)内部均匀布置有多排u型冷却水管(6)。

5.如权利要求4所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，所述u型冷却水管(6)和所述u型导热管(7)在金属模板的段与段之间互相联通。

6.如权利要求1所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，所述金属模板根据坝体高度分为若干段。

7.如权利要求6所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，金属模板段与段之间采用螺栓连接件连接。

8.如权利要求6所述的一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置，段与段的每对通水管之间使用螺栓连接件固定，每对加热管之间使用螺栓连接件固定。

9.一种权利要求1-8任一所述的适应沥青心墙接触面剪切大变形装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种适应沥青心墙接触面剪切大变形的装置及方法，装置包括金属模板、耐高温导热油、加热管、通水管、螺栓连接件，装置内部结构可分为隔热层、冷却层和加热层，并由金属模板包裹，冷却层内部均匀布置有冷却水管，在加热层加热工作完成、沥青重新分布后，将加热层和沥青心墙接头段尽快降低至环境温度。本发明可结合坝体高度分段预制，在工程现场通过螺栓连接件逐段连接，段与段之前的加热管和通水管通过外接管连接。本发明可实现沥青心墙坝在全生命周期内沥青心墙接触面自适应剪切大变形，提高大坝服役寿命，保证工程安全。技术研发人员：喻葭临,刘彪,魏芳,康雄,李祥,程正飞,侯少康,何佳龙受保护的技术使用者：水电水利规划设计总院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13