雙橋水庫瀝青混凝土心墻設(shè)計淺析

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院規(guī)劃設(shè)計分院，四川 德陽，618000)

1 工程概況

雙橋水庫位于巴河左岸一級支流龍?zhí)断希且蛔怨喔葹橹?，兼顧灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水，并作為平昌縣城區(qū)應(yīng)急備用水源的中型水利工程。水庫正常蓄水位456.40m，總庫容1784×104m3，設(shè)計灌溉面積0.38萬hm2。大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高74.90m。壩基防滲采用帷幕灌漿，壩體防滲采用瀝青混凝土心墻，心墻和防滲帷幕之間采用混凝土心墻基座連接，河床及岸坡段的心墻混凝土基座均置于經(jīng)過固結(jié)灌漿處理的弱風化基巖面上。瀝青混凝土心墻堆石壩設(shè)計剖面見圖1。

圖1 雙橋水庫瀝青混凝土心墻堆石壩橫剖面

2 心墻施工方式選擇

瀝青混凝土心墻根據(jù)施工方法的不同，有碾壓式和澆筑式兩種型式。碾壓式瀝青混凝土心墻的瀝青含量較少，一般為瀝青礦料總量的6.0%～7.5%，采用分層振動壓實，適宜于高壩及機械化施工；澆筑式瀝青混凝土心墻的瀝青含量較多，一般為礦料總量的10.0%～16.0%，采用分層立模，墻體依靠自重流變密實，無須振動壓實，適宜于低壩及在寒冷地區(qū)人工施工。

雙橋水庫壩址多年平均氣溫16.80℃，最大壩高74.9m，瀝青混凝土填筑量約0.46×104m3，瀝青運距較遠，經(jīng)綜合比較采用了瀝青含量少、適宜于機械化施工的碾壓式瀝青混凝土心墻。

3 心墻結(jié)構(gòu)型式選擇

瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)有垂直心墻、斜心墻及垂直心墻上接斜心墻三種結(jié)構(gòu)型式。

垂直心墻具有最小的防滲面積，瀝青混凝土用量少，在壩基與壩殼沉陷較大的情況下，垂直心墻有較好的適應(yīng)性。

斜心墻瀝青混凝土用量較大，與周邊防滲結(jié)構(gòu)的連接相對較困難，與垂直心墻相比會出現(xiàn)更大的剪切應(yīng)變。同時，斜心墻在施工中需進行錯層處理，施工工藝相對較復雜。

垂直心墻上接斜心墻是瀝青混凝土垂直心墻與斜心墻組合結(jié)構(gòu)的一種最簡單的組合形式，它綜合了二者的優(yōu)點，也克服了二者本身的缺陷。

就瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)本身而言，三種心墻結(jié)構(gòu)型式都能滿足本工程壩體防滲要求?？紤]到垂直布置瀝青混凝土心墻的堆石壩在國內(nèi)外已有許多成功的經(jīng)驗，可以保證工程安全運行，經(jīng)綜合考慮，本工程選擇了防滲面積小、適應(yīng)變形能力強的垂直瀝青混凝土心墻。

4 心墻厚度選擇

瀝青混凝土心墻在堆石壩中的首要任務(wù)是壩體防滲，但也要保證在壩殼填料的擠壓作用下不會造成心墻瀝青混凝土的破壞和在壩殼填料的支撐下不至于產(chǎn)生大的應(yīng)力集中和變形。根據(jù)《堆石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》(SL 501-2010)的規(guī)定，心墻底部最大厚度(不含擴大段)宜為壩高的1/110～1/70，心墻頂最小寬度不宜小于40cm。雙橋水庫最大壩高74.9m，心墻底部厚度應(yīng)為0.68m～1.07m。設(shè)計擬定心墻厚度為：高程402.00m以上寬度0.5m；高程402.00m以下寬度0.6m，心墻基座以上1.20m處心墻由0.6m逐漸擴大至1.2m。通過應(yīng)力應(yīng)變計算，壩體完建工況及正常運行工況下，心墻的應(yīng)力應(yīng)變值均小于心墻材料本身應(yīng)力應(yīng)變值，因此，本工程心墻厚度的選值是合適的。

5 瀝青混凝土材料

5.1 瀝青混凝土設(shè)計參數(shù)

心墻瀝青混凝土的主要任務(wù)是防滲，要求壓實后的瀝青混凝土應(yīng)滿足孔隙率為≤3%、滲透系數(shù)≤1×10-8cm/s、水穩(wěn)定系數(shù)不小于0.90；同時，心墻還須具有一定的強度、柔性和耐久性，能適應(yīng)壩體的變形，滿足壩體應(yīng)力、應(yīng)變要求。通過瀝青材料試驗修正，選擇瀝青混凝土材料及其配合比，滿足瀝青混凝土的防滲和受力要求。

表1瀝青混凝土主要設(shè)計參數(shù)

5.2 瀝青混凝土原材料

5.2.1 礦料

瀝青混凝土礦料包括粗骨料、細骨料和填料。本工程瀝青混凝土的粗、細骨料均采用天然砂礫石加工料，質(zhì)地較堅硬，在加熱過程中未出現(xiàn)開裂、分解等現(xiàn)象，堅固性較好，壓碎率合格，骨料呈酸性。采用普通硅酸鹽水泥作為填料，瀝青與骨料的粘附性也滿足了不小于4級的要求。粗、細骨料的主要技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場檢測結(jié)果見表2，填料主要技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場檢測結(jié)果見表3。

表2瀝青混凝土粗、細骨料現(xiàn)場檢測結(jié)果

表3瀝青混凝土填料現(xiàn)場檢測結(jié)果

5.2.2 瀝青材料

瀝青采用克拉瑪依AH-70號，其主要技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場檢測結(jié)果見表4。

表4瀝青主要技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場檢測結(jié)果

5.3 配合比

瀝青混凝土配合比是根據(jù)不同原材料、不同骨料級配指數(shù)、不同填料和油石比組成各種不同配合比，通過基本性能(孔隙率、變形和強度)試驗確定。本工程瀝青混凝土配合比見表5。

表5推薦瀝青混凝土配合比的材料和級配參數(shù)

試驗階段材料配比最大骨料粒徑(mm)級配指數(shù)填料濃度油石比(%)粗骨料含量(%)細骨料含量(%)填料(%)室內(nèi)試驗配合比190.391.86.94145.913.1

5.4 瀝青涂料及瀝青瑪蹄

瀝青涂料用于處理水泥混凝土表面，以增強瀝青混凝土與水泥混凝土間的粘附性和防滲性能。通過試驗時采用的配合比(重量比)為瀝青(<100℃)∶汽油=1.0∶1.5，效果較好。

瀝青瑪蹄脂由瀝青、礦粉及砂配制而成，要求具有瀝青混凝土的防滲性能?？紤]到河砂是酸性材料，而瑪蹄脂用砂必須是堿性材料，本工程采用灰?guī)r人工砂，細度模數(shù)1.4～2.2。經(jīng)試驗論證，施工時采用的配合比(重量比)為瀝青∶填料∶人工砂=1.0∶2.0∶1.5。

6 結(jié)語

根據(jù)雙橋水庫壩址區(qū)的地質(zhì)條件及天然建筑材料情況，選擇了垂直瀝青混凝土心墻作為大壩防滲體。通過瀝青混凝土原材料和配合比試驗，確定了心墻原材料和配合比及物理力學參數(shù)。采用普通硅酸鹽水泥作為填料改善了骨料的酸堿性，解決了瀝青和骨料之間的粘附性問題，為其它類似工程提供了參考經(jīng)驗。本工程已于2018年11月通過下閘蓄水驗收，目前運行良好。