淺談麥海因水庫中“澆筑式瀝青混凝土心墻”的設(shè)計(jì)

蘇 彬，馮耀輝

（奎屯農(nóng)七師勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆奎屯 833200）

1 工程概況

麥海因水庫地處新疆塔城地區(qū)額敏縣境內(nèi)，壩址距農(nóng)九師167團(tuán)團(tuán)部約9.0k m，距塔城地區(qū)額敏縣城約55.0k m。麥海因河發(fā)源于塔爾巴哈臺(tái)山東段南坡，左鄰卡布阿他錄蘇河，右傍別其爾蘇河，河流走向自北向南，自然狀態(tài)下匯入額敏河，屬于額敏河水系。河水源以降水、融雪水補(bǔ)給為主。

麥海因水庫總庫容為995×104m3，興利庫容8 51×104m3，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。水庫是一座以灌溉、草原生態(tài)保護(hù)及飲水安全為主兼顧下游灌區(qū)防洪的綜合性利用水庫。

2 大壩設(shè)計(jì)

2.1 壩址擬定

麥海因河為額敏河流域上游的一條支流。經(jīng)過對麥海因河山區(qū)河段的地形、地貌進(jìn)行多次踏勘，對河道沿線地層巖性、工程地質(zhì)條件進(jìn)行比較，擬選的麥海因水庫壩址是整個(gè)河流上目前選擇的成庫條件較好的壩址，此處庫盤相對開闊，大壩相對較短，工程量相對較小，投資相對較少，且能滿足本工程規(guī)模的需要。若將壩址下移，水庫將出山，下游丘陵無建壩條件，若將壩址上移，壩軸線將加長，水庫投資將增加且沒有較好的庫盤條件，綜合考慮，此處為建壩的唯一理想壩址，故選此處為麥海因水庫擬建壩址。

2.2 壩體輪廓尺寸

大壩壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩全長120 m，壩頂高程1 218.32m，壩頂寬5 m，壩頂鋪設(shè)步行磚路面，路面自上游向下游傾斜，坡度為2%。大壩最大壩高52.65 m。防浪墻頂高程1219.32m，防浪墻高2.7m，高出壩頂1.0m，厚0.3m，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆。澆注式瀝青心墻與防浪墻底部相連，心墻厚度為0.5 m，采用等厚布置。大壩上游壩坡1∶2.0，采用15 cm厚C20F200現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，下游壩坡1∶2.25，采用6cm厚混凝土預(yù)制六棱塊護(hù)坡。擬定大壩壩體與圍堰相結(jié)合，圍堰頂高程1 192.5 m，圍堰頂寬5 m，圍堰上游壩坡1∶2.0，下游壩坡為1∶2.0。圍堰也采用砂礫石填筑。

2.3 瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 心墻型式選擇

瀝青混凝土心墻分為澆筑式心墻和碾壓式心墻，兩種心墻的布置型式基本一致，主要區(qū)別是瀝青含量和施工方法不同。澆筑式瀝青心墻主要有以下特點(diǎn)：瀝青含量較大，占礦料總量的10%～16%，心墻澆筑不用碾壓工具，只需鋼筋棒插搗排氣即可，孔隙率一般小于2%，滲透系數(shù)小于10-11cm/s。其工序簡單，最大優(yōu)點(diǎn)是基本不受氣候條件的影響，適于在嚴(yán)寒條件下施工。澆筑式瀝青混凝土的良好柔韌性、可塑性和可壓縮性一般可使心墻內(nèi)部產(chǎn)生裂縫自動(dòng)愈合，冬季保護(hù)措施也可簡化。

本工程利用冬季枯水期填筑壩體，因此結(jié)合本工程的氣候特點(diǎn)和施工進(jìn)度安排等各種因素考慮，選用澆筑式瀝青混凝土心墻方案。

2.3.2 瀝青混凝土心墻防滲體結(jié)構(gòu)布置

瀝青混凝土心墻受氣候影響小，對壩基壩體變形適應(yīng)性強(qiáng)，抗震性能好。瀝青混凝土心墻有垂直、傾斜和上部傾斜下部垂直三種布置型式。垂直式瀝青混凝土心墻面積較小，工程量小，施工簡單，心墻對壩體沉降引起的變形反應(yīng)不像傾斜式那樣敏感，各種高度的壩均可采用。墻體靠上游側(cè)布置，可改善大壩受力條件并能很好地和壩頂防浪墻連接。所以本工程采用垂直式心墻。

2.3.3 瀝青混凝土心墻的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》初步提出本工程瀝青混凝土心墻壩對瀝青混凝土的技術(shù)要求，見表1。

表1 澆筑式瀝青混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)Table 1:Main technical indexes of the pouring asphalt

2.3.4 瀝青混凝土心墻厚度設(shè)計(jì)

壩體防滲采用澆筑式瀝青混凝土心墻，心墻軸線位于壩軸線上游1.9m處，與壩軸線平行。由于瀝青混凝土心墻厚度的確定目前尚無成熟的理論公式可供應(yīng)用，主要參考已建工程和施工要求確定。根據(jù)D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，澆筑式瀝青心墻的厚度宜為壩高的1/100，最小厚度不宜小于20cm，根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，本工程心墻厚度為0.5 m，采用等厚布置。

瀝青混凝土心墻頂部嵌入防浪墻底板50cm，與防浪墻緊密結(jié)合。

2.4 瀝青混凝土心墻配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，瀝青混凝土配合比應(yīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場鋪設(shè)試驗(yàn)進(jìn)行選擇。所選配合比的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)對瀝青混凝土提出的要求，有良好的施工性能，且經(jīng)濟(jì)合理。瀝青混凝土室內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)販囟龋ㄋ疁睾蜌鉁兀?、壩高、壩殼料性能、施工和蓄水速度（加載速度）、施工配料精度等條件進(jìn)行。本階段參照附錄A初選瀝青混凝土的配合比，最終以試驗(yàn)成果為準(zhǔn)。

2.4.1 瀝青混凝土心墻材料要求

瀝青混凝土制備所采用的原材料包括瀝青、粗骨料、細(xì)骨料、填料，其必須滿足技術(shù)要求。

（1）瀝青

所用的瀝青材料主要是石油瀝青，其品種和標(biāo)號(hào)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁亍⑦\(yùn)用條件和施工要求等進(jìn)行選擇。本工程初選克拉瑪依瀝青，其水工瀝青、道路石油瀝青、重交通道路石油瀝青均質(zhì)地優(yōu)良，抗老化性能好，溫度穩(wěn)定性和低溫性較好，能滿足相應(yīng)行規(guī)的技術(shù)要求?？死斠浪r青具有低溫延度大、蠟含量低、脆點(diǎn)低、粘度大、抗老化性能好等特點(diǎn)；克拉瑪依重交通道路石油瀝青低溫延伸度、粘結(jié)性、抗?jié)q性非常優(yōu)異，具有較低的蠟含量，高溫性能優(yōu)異，低溫性能好；道路石油瀝青具有良好的熱安定性、低溫延伸度、粘結(jié)性、抗張性非常優(yōu)異，低溫韌性和塑性較好，與拌和料粘結(jié)性良好。其主要指標(biāo)見表2。

澆筑式瀝青混凝土是無空隙型的，其礦料空隙全部由瀝青充填并有剩余，其瀝青材料宜采用抗流變性好和感溫系數(shù)小的石油瀝青。針入度越大，塑性越好（即延度越大），瀝青就愈軟，為了提高澆筑式瀝青混凝土的抗?jié)B流變性，一般選用針入度指數(shù)較大的普通道路瀝青。結(jié)合本工程高寒、強(qiáng)震、變形大的特點(diǎn)，從針入度、軟化點(diǎn)、延伸度、含蠟量及價(jià)格上考慮，澆筑式瀝青混凝土心墻采用的瀝青初選為A-100甲道路石油瀝青。

（2）混凝土骨料

表2 克拉瑪依瀝青的技術(shù)指標(biāo)對比表Table 2:Technical indexes of the Kelamayi asphalt

根據(jù)料源勘察及混凝土骨料比選，本工程骨料選用混凝土骨料場骨料，質(zhì)量和儲(chǔ)量均能滿足工程要求。根據(jù)D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，混凝土粗細(xì)骨料技術(shù)要求見表3、表4。

（3）填料

填料應(yīng)采用石灰?guī)r粉、白云巖粉等堿性巖石加工的石粉。填料應(yīng)不結(jié)團(tuán)塊、不含有機(jī)質(zhì)及泥土，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

2.4.2 初選瀝青混凝土配合比

本次瀝青混凝土配合比的選擇根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ滩牧系男阅芎蜌鉁貤l件并結(jié)合工程對瀝青混凝土的力學(xué)性能要求初定，最終通過試驗(yàn)研究選定。配合比設(shè)計(jì)主要是確定礦料級(jí)配和瀝青含量，確定瀝青混凝土配合比主要參數(shù)包括級(jí)配指數(shù)r、最大骨料粒徑Dmax、礦粉含量F和瀝青含量B。

表3 混凝土粗骨料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 3:Technical indexes of the coarse aggregate

表4 混凝土細(xì)骨料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 4:Technical indexes of the fine aggregate

表5 填料的技術(shù)要求Table 5:Technical indexes of the filler

根據(jù)D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》和以往的工程經(jīng)驗(yàn)，初步選定瀝青混凝土采用中粒密級(jí)配，Dmax為20m m，礦料級(jí)配指數(shù)r選擇為0.35，油石比為12%，填料濃度選擇為1.45。初擬澆筑式瀝青混凝土配合比見表6。

表6 初擬瀝青混凝土配合比表Table 6:Mix proportion of the asphalt concrete

3 結(jié) 語

瀝青混凝土心墻壩的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，對混凝土骨料級(jí)配要求不是很高，建造經(jīng)濟(jì)合理；若采取了嚴(yán)格的抗老化措施，該結(jié)構(gòu)具有很好的耐久性，受氣候等條件的影響小?？梢噪S壩殼材料同步施工，施工進(jìn)度大大提高，適應(yīng)壩體和地基變形的能力較強(qiáng)。瀝青心墻不僅有良好的防滲及適應(yīng)變形的性能，且能承受并傳遞應(yīng)力，水庫蓄水后心墻一般不會(huì)發(fā)生水力劈裂，若壩體設(shè)計(jì)合理，地震區(qū)的瀝青心墻壩具有較強(qiáng)的自愈能力。心墻受外界氣候及光照影響較小，幾乎不受酷暑及嚴(yán)寒冰凍的影響。本設(shè)計(jì)初選的瀝青混凝土配合比還有待試驗(yàn)研究確定。

[1]D L/T5411-2009,土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國電力出版社,2010.

[2]王為標(biāo),申繼紅.中國土石壩瀝青混凝土心墻簡述[J].石油瀝青,2002,16(4):27-31.

[3]李茂昌.堆石壩澆筑式瀝青混凝土防滲心墻設(shè)計(jì)[J].東北水利水電,1991,(12):2-11.