云南彌勒壩水庫瀝青混凝土心墻型式選擇

牛利凱，邊偉鵬，竇 曉

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 工程概況

彌勒壩水庫坐落于云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉供水和農(nóng)村安全飲水為主，兼顧城鎮(zhèn)生活供水、下游生態(tài)用水的?。?）型水利樞紐工程。水庫樞紐主要由攔河壩、岸邊溢洪道和輸水洞（兼導(dǎo)流洞）組成。攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻分區(qū)壩，壩長219m，最大壩高54.7m，總庫容497.5萬m3。

本工程攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻分區(qū)壩，設(shè)計壩頂高程2982.7m，上游設(shè)高出壩頂1.0m的混凝土防浪墻，最大壩高54.7m；壩體上游采用干砌塊石護(hù)坡，下游采用框格草皮護(hù)坡。上、下游壩坡均分三級，上游坡比1∶2.5，1∶2.75，1∶3.0，分別在高程2960.3m和2945.5m處設(shè)馬道； 下游壩坡坡比1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5，分別在高程2962.7m和2942.7m處設(shè)馬道。

攔河壩防滲瀝青混凝土心墻頂高程2982.3m，瀝青混凝土心墻通過開挖截滲槽坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，基座下部巖石采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理。壩體瀝青混凝土心墻與壩基防滲帷幕形成完整的防滲系統(tǒng)。

2 瀝青混凝土心墻

2.1 瀝青心墻型式選擇

瀝青混凝土心墻按施工方法上一般分為澆筑式和碾壓式2種。

2.1.1 澆筑式瀝青混凝土心墻

瀝青含量相對較高（瀝青含量9%～13%），拌制的混合物流動性較大的特點(diǎn)。一般適用于施工條件比較惡劣的寒冷地區(qū)、壩高小于50m的中低高度土石壩。

2.1.2 碾壓式瀝青混凝土心墻

便于機(jī)械化施工，瀝青含量較少（瀝青含量6%～7.5%），拌和物可松散填筑，適用范圍較廣，是目前發(fā)展的主要趨勢。

依據(jù)工程區(qū)氣候特點(diǎn)、施工條件及兩種施工方法優(yōu)缺點(diǎn)，本工程瀝青混凝土心墻選用碾壓式。

2.2 瀝青混凝土心墻軸線布置

2.2.1 瀝青混凝土心墻軸線平面布置

根據(jù)瀝青混凝土心墻壩受力狀況，運(yùn)行期瀝青混凝土心墻在上游水壓力的作用下會產(chǎn)生壩軸線方向的拉應(yīng)力。

瀝青混凝土心墻軸線位于壩軸線上游側(cè)的布置型式可增強(qiáng)下游壩殼對心墻的支撐力、有效減小心墻拉應(yīng)力［1］；考慮瀝青混凝土心墻與壩頂防浪墻連接形成封閉的防滲體系，瀝青混凝土心墻軸線宜選擇偏向壩軸線上游側(cè)布置。

2.2.2 混凝土心墻軸線豎向布置

瀝青混凝土心墻豎向布置可采用豎直式或傾斜式，根據(jù)SL501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，與傾斜式相比，垂直瀝青混凝土心墻具有防滲面積小、工程量少、施工方便、與基礎(chǔ)和兩岸防滲系統(tǒng)連接可靠簡單、可較大幅度降低壩體沉降引起的變形敏感度等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此本工程瀝青混凝土心墻采用垂直式豎向布置。

綜上分析，本工程瀝青混凝土心墻豎向軸線選用垂直式；平面軸線位于壩軸線上游側(cè)、與壩軸線平行直線布置，同時考慮壩體結(jié)構(gòu)布置及瀝青混凝土心墻與防浪墻、兩側(cè)岸坡連接后，以確定心墻平面軸線位于壩軸線上游1.25m處。

2.3 瀝青心墻防滲頂高程、底高程的確定

2.3.1 防滲頂高程

壩體防滲心墻頂高程按不低于水庫正常運(yùn)行最高水位2981.7m（30年一遇設(shè)計洪水位）設(shè)計；壩頂高程2982.7m，壩頂路面及墊層厚度0.4m；本次設(shè)計瀝青混凝土心墻頂高程2982.3m（高于正常運(yùn)行最高水位0.6m），直接位于壩頂路面墊層之下，并與防浪墻連接成整體。

2.3.2 防滲底高程

攔河壩壩軸線地基為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上部覆蓋層以卵石、含壤土碎石為主，最大厚度12.4m；下部基巖主要為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化泥巖和砂巖，其中全風(fēng)化層厚度1～11m?？紤]攔河壩瀝青混凝土心墻為壩體防滲關(guān)鍵部位，以盡量減少瀝青心墻沉降，設(shè)計瀝青心墻坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖上、基礎(chǔ)按深入強(qiáng)風(fēng)化巖不少于1.0m控制。

綜合分析地質(zhì)條件后，設(shè)計瀝青混凝土心墻最低建基高程2925.0m，瀝青混凝土心墻最大高度57.3m。

2.4 瀝青混凝土心墻厚度

瀝青混凝土心墻厚度主要取決于壩體高度、防滲要求、壩殼料可能的變形情況、抗震要求和施工條件等因素。國內(nèi)已建瀝青心墻工程通常采用底部較厚、頂部較薄的結(jié)構(gòu)型式，頂部厚度不小于0.4m，底部最大厚度（不含擴(kuò)大端）宜為壩高的1/110～1/70，國內(nèi)已建和在建瀝青混凝土心墻壩防滲心墻厚度統(tǒng)計如表1。

表1 國內(nèi)瀝青混凝土心墻厚度

續(xù)表1

由表1可見，國內(nèi)已建工程（壩高30～70m）中壩瀝青混凝土心墻厚度一般為0.4～1.0m；高壩（70m以上）瀝青混凝土心墻厚度一般為0.5～1.2m。本工程攔河壩為中壩，通過表1工程類比，綜合考慮壩高、防滲及施工等相關(guān)因素，設(shè)計瀝青心墻高程2953.0m（壩高的1/2）以上厚度0.5m、以下厚度0.8m。

2.5 瀝青混凝土心墻與壩基的連接

瀝青混凝土心墻與壩基和岸坡的連接，將直接影響大壩的防滲效果和安全運(yùn)行。

本工程瀝青混凝土心墻基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化基巖，為避免接觸面發(fā)生集中滲漏，同時考慮基巖灌漿施工，在瀝青混凝土心墻底部設(shè)混凝土基座與基巖進(jìn)行連接，瀝青混凝土心墻、混凝土基座和壩基帷幕灌漿形成完整的防滲體系。

瀝青混凝土心墻基座采用混凝土結(jié)構(gòu)，軸線與心墻軸線重合布置，基座順?biāo)鞣较驅(qū)挾劝唇佑|滲透坡降5～10控制，同時考慮基巖灌漿工作面施工要求，設(shè)計高程2965.0m以下基座寬度8.0m、以上基座寬度5.0m；為滿足自身穩(wěn)定和灌漿壓重的要求，心墻基座厚度采用1.0m，并在基座下采用砂漿錨桿加強(qiáng)與基巖連接。

瀝青混凝土心墻具黏彈塑性質(zhì)，而混凝土基座為剛性結(jié)構(gòu)，根據(jù)SL501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》，本工程采用在瀝青心墻底部設(shè)擴(kuò)大段、在混凝土基座面采用弧形底連接型式。設(shè)計瀝青混凝土心墻擴(kuò)大段高度2.0m，擴(kuò)大后底部寬度2.0m；混凝土基座表面弧形接觸面頂寬2.0m、深0.2m；為增加瀝青心墻與混凝土基座的黏結(jié)力和防滲效果，施工時接觸面混凝土首先進(jìn)行鑿毛處理，再噴涂0.2kg/m2的陽離子乳化瀝青，待充分干燥后，最后涂刷一層厚2cm的瀝青瑪脂，并在凹槽內(nèi)一道紫銅止水連接。

2.6 瀝青混凝土心墻技術(shù)指標(biāo)

綜合考慮結(jié)構(gòu)性能要求、當(dāng)?shù)貧鉁?、運(yùn)行和施工條件等因素，瀝青混凝土心墻采用碾壓式，瀝青采用90#石油瀝青，瀝青含量6.0%～7.5%；設(shè)計瀝青混凝土密度不小于2.37g/cm3，滲透系數(shù)不大于1×10-8cm/s，芯樣孔隙率不大于3%，水穩(wěn)定性不小于0.9，小梁彎曲應(yīng)變不小于1.0，彎曲強(qiáng)度不小于400kPa，內(nèi)摩擦角不小于25°，黏聚力不小于300kPa。

3 結(jié)語

碾壓式瀝青混凝土心墻布置于壩體內(nèi)部，受光照、氣溫等外界因素影響較小，防滲心墻布設(shè)結(jié)構(gòu)縫、整體施工，具有防滲性能好、抗沖蝕能力強(qiáng)、不存在水力劈裂破壞問題、與壩基混凝土基座容易連接等優(yōu)點(diǎn)。目前已在防滲土料匱乏地區(qū)和寒冷、嚴(yán)寒采用土料施工困難地區(qū)得到較為廣泛應(yīng)用。