瀝青混凝土心墻在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

張棟厚

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂276000）

1 工程概況

安子水庫是一座?。ǘ┬退畮?，于1959 年4月建成蓄水。水庫由碾壓式土石壩、溢洪道、放水洞組成，現(xiàn)狀壩頂高程216.85～217.68 m，防滲體頂高程214.05～214.37 m，最大壩高5.50 m，壩頂寬3.83 m，設(shè)計(jì)正常水位217.40 m，總庫容約5.12 萬m3，是一座集防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的小型水庫。其中，防洪主要目標(biāo)為下游2 個(gè)村落，總?cè)丝? 500 人，牲畜0.5 萬頭，有效耕地灌溉面積20.0 hm2。2018 年平邑縣水利局組織了安全鑒定，安子水庫壩體滲漏嚴(yán)重，確定安子水庫大壩為三類壩，必須進(jìn)行防滲加固。

2 防滲加固方案比選及原料配比設(shè)計(jì)

2.1 水庫大壩防滲方案比選

結(jié)合安子水庫大壩工程地質(zhì)、地形、建筑材料等條件，相關(guān)技術(shù)專家組推薦三種防滲加固方案：瀝青混凝土心墻、黏土心墻、混凝土面板。下面針對(duì)這三種方案進(jìn)行比選分析[1]。

三種方案詳細(xì)比較見表1 所述，綜合分析，瀝青混凝土心墻在結(jié)構(gòu)特性和經(jīng)濟(jì)性上優(yōu)勢(shì)突出，其他工程應(yīng)用防滲效果較好，因此，安子水庫最終確定選擇防滲方案為瀝青混凝土心墻。

表1 三種防滲方案技術(shù)性比選

2.2 瀝青混凝土原料配比設(shè)計(jì)

瀝青混凝土心墻防滲效果主要取決于各原料配比設(shè)計(jì)，不同的工程配比會(huì)存在差異。如果照搬別的工程原料配比，可能降低心墻工程防滲效果，為保證本項(xiàng)目防滲工程質(zhì)量，在此對(duì)配比進(jìn)行設(shè)計(jì)分析[2]。

2.2.1 原材料的性能參數(shù)

1）粗骨料。安子水庫大壩心墻采用灰?guī)r粗骨料，最大骨料粒徑為19 mm，經(jīng)過篩分，本項(xiàng)目粗骨料分為三級(jí)：9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm[3]，粗骨料級(jí)配曲線見圖1 所示，技術(shù)指標(biāo)見表2。

圖1 安子水庫大壩項(xiàng)目粗骨料級(jí)配曲線

表2 粗骨料技術(shù)指標(biāo)

2）細(xì)骨料。安子水庫大壩心墻細(xì)骨料采用人工砂，粒徑范圍在0.075 mm～2.36 mm，粒徑級(jí)配曲線見圖2，技術(shù)指標(biāo)見下表3[4]。

圖2 安子水庫大壩項(xiàng)目細(xì)骨料級(jí)配曲線

表3 細(xì)骨料技術(shù)指標(biāo)

3）填料和瀝青。安子水庫大壩心墻填料采用灰?guī)r碎石礦粉，具體技術(shù)指標(biāo)詳見表4。而瀝青采用70#A 級(jí)道路石油瀝青。

表4 填料技術(shù)指標(biāo)

2.2.2 瀝青混凝土配比設(shè)計(jì)

1）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。為設(shè)計(jì)最佳瀝青混凝土配合比，項(xiàng)目結(jié)合其他成功經(jīng)驗(yàn)，采用三因素（礦料級(jí)配、填料量、油石比）三水平（每個(gè)因素設(shè)計(jì)三個(gè)水平）均勻正交試驗(yàn)方法來確定最佳配比（見表5），共設(shè)計(jì)9 組試驗(yàn)[5]。

2）馬歇爾試驗(yàn)。本項(xiàng)目馬歇爾試驗(yàn)主要針對(duì)瀝青混凝土混合料的“孔隙率、穩(wěn)定度、流值”三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。有以下幾點(diǎn)需要注意：①一組試件數(shù)量不得少于4 個(gè)；②試件尺寸誤差不得超過±2 mm；③對(duì)試件加載速率控制在50±5 mm/min；④為防止材料變質(zhì)而影響試驗(yàn)效果，所有項(xiàng)目要求在72 h 內(nèi)全部完成。

表5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

3）試驗(yàn)結(jié)果分析。本項(xiàng)目馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6（部分）。通過試驗(yàn)及極差和方差分析可知：①對(duì)三個(gè)指標(biāo)影響順序?yàn)榭紫堵?、流值、穩(wěn)定度；②對(duì)三個(gè)指標(biāo)影響順序?yàn)榭紫堵省⒎€(wěn)定度、流值；③對(duì)三個(gè)指標(biāo)影響順序?yàn)榭紫堵省⒘髦?、穩(wěn)定度。通過綜合分析可知，第8 組穩(wěn)定度和流值達(dá)到一個(gè)較為平衡的水平，而孔隙率大可以適當(dāng)調(diào)高油石比。所以水庫防滲心墻最終確定第8 組作為最終的瀝青混凝土配比標(biāo)準(zhǔn)。

表6 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果（部分）

3 瀝青混凝土防滲心墻施工要點(diǎn)分析

3．1 瀝青混凝土鋪筑

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定本項(xiàng)目瀝青混凝土鋪筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：①每層鋪筑厚度30 cm，采用1.5 t 震動(dòng)碾碾壓，按照“靜2 動(dòng)6 靜2”順序，整個(gè)心墻按照“品”字形碾壓；②初碾溫度要求大于130 ℃，終碾溫度大于110 ℃，過渡料采用3.0 t 震動(dòng)碾碾壓；③開始攤鋪時(shí)不要緊貼岸坡（控制在2 m 以上），待瀝青混凝土溫度穩(wěn)定后再攤鋪，有利于兩者黏結(jié)；④心墻兩側(cè)過渡料表面高度要低于瀝青混凝土面1～2 cm，防止積水。

3．2 瀝青混凝土心墻與剛性結(jié)構(gòu)連接

由于剛性結(jié)構(gòu)后期產(chǎn)生不均勻變形，會(huì)造成防滲體變形破裂，因此瀝青混凝土心墻與剛性結(jié)構(gòu)連接是施工重難點(diǎn)。本項(xiàng)目采用的處理方法如下：①將剛性結(jié)構(gòu)面（一般為混凝土）打磨處理，但杜絕打出深坑或骨料露出；②在打磨面涂抹均勻?yàn)r青溶劑，用量控制在0.15 kg/m3，待干燥后涂刷一層瀝青瑪蹄脂；③對(duì)于和基座連接的接縫處，可設(shè)置銅片止水，防止因?yàn)r青混凝土流動(dòng)造成的不均。

4 結(jié) 語

瀝青混凝土心墻是當(dāng)前適合中小型水庫防滲的方法之一，綜合成本低、施工工期短。瀝青混凝土配比是設(shè)計(jì)核心，必須要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、溫度、原材料性質(zhì)等實(shí)際條件進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，不可照搬其他工程配比。安子水庫大壩防滲加固后，滲漏量較加固之前降低了80%左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。