深覆蓋層上修建瀝青混凝土心墻壩

白生貴

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆吐魯番市 838000）

深覆蓋層上修建瀝青混凝土心墻壩

白生貴

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆吐魯番市 838000）

龍灣水庫大壩座落在45m厚的深厚覆蓋層上，且左右壩基存在不均勻沉陷問題，壩址處30km范圍內(nèi)無防滲土料，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，壩型選定碾壓式瀝青混凝土心墻壩，工程目前已建成。本文將瀝青混凝土心墻壩設(shè)計中的一些技術(shù)問題提出，旨在探索同類工程較成熟的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。

深厚覆蓋層 瀝青混凝土心墻壩 不均勻沉陷

1 工程概況

龍灣水庫所在的河道多年平均徑流量為2807萬m3，流域內(nèi)多年平均降雨量16mm，多年平均蒸發(fā)量為2700mm，屬于典型的內(nèi)陸暖溫帶干旱荒漠氣候。

龍灣水庫是一座具有工農(nóng)業(yè)供水、滯洪、生態(tài)等綜合效益的三等中型水利樞紐工程，水庫校核洪水位為1201.01m，設(shè)計洪水位為1199.75m，正常蓄水位為1197.20m，死水位為1165.20m，總庫容1180萬m3，有效庫容1000萬m3，死庫容80萬m3。水庫正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量為207m3/s，非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，洪峰流量為356 m3/ s。水庫主要建筑物為3級，包括大壩、導(dǎo)流兼引水洞和溢洪道。大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，設(shè)計最大壩高51.3m，壩頂長度320m。導(dǎo)流兼引水洞全長330m，其中洞身段長186m，斷面尺寸為2.2×3.03m城門洞形，設(shè)計引水流量2.0m3/s，導(dǎo)流期設(shè)計最大流量為29.3m3/s。由于受地形條件限制，綜合考慮投資、工期等因素，結(jié)合本工程特點(diǎn)，將溢洪道布置在左壩肩壩體上，屬壩體溢流的溢洪道，最大下泄流量為281m3/s，最大流速21m/s。

2 壩基工程地質(zhì)條件

左右壩肩均為砂巖與泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層的梳狀地形，巖梁風(fēng)化卸荷裂隙強(qiáng)烈，構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，強(qiáng)風(fēng)化層水平深度為11～15m，弱風(fēng)化層水平深度為33m～45m。基巖透水率見下表1。

表1 基巖透水率（單位：Lu）

河床左側(cè)為沖積含漂礫的砂卵石層，厚3～40m，結(jié)構(gòu)較松散，滲透系數(shù)為（3～17.4）×10-3m/s，干容重2.0～2.19t/m3；河床中部為含漂礫石的砂卵礫石層，表層0～5m干容重為1.97～2.04t/m3，滲透系數(shù)為（2～5）×10-2m/s，5m以下干容重為2.15～2.25t/ m3，滲透系數(shù)為（1.39～2.89）×10-2m/s；河床右側(cè)上部（1136m高程以上）為坡洪積含粉質(zhì)土的碎礫石層，具有一定的壓縮性，下部為沖積含漂礫土的砂卵礫石層。河床段基巖巖性為砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，砂巖弱風(fēng)化層透水率為3.9～25Lu，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖弱風(fēng)化層透水率為0.08～2.0Lu。

3 壩基處理

3.1 槽孔混凝土防滲墻

沿壩體心墻軸線布置槽孔混凝土防滲墻，總長216m，防滲墻頂高程為1150m，最大深度40m，底部嵌入基巖0.5～1.0m，墻體寬0.8m，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號為C15二級配，防滲標(biāo)號為S8。為保證施工質(zhì)量，待槽孔混凝土成墻后，要求鑿除槽孔混凝土頂部1m，并鑿出墻頂內(nèi)預(yù)埋的鋼筋籠（預(yù)埋鋼筋籠總高2.0m），在鋼筋籠上部安裝鋼筋，澆筑混凝土頂帽。頂帽寬度1.4m，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號為C20，作為大壩瀝青混凝土心墻基座。

3.2 帷幕灌漿

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，結(jié)合本工程基巖條件及工程規(guī)模，確定防滲標(biāo)準(zhǔn)為兩壩肩透水率小于5Lu，壩基透水率小于7.5Lu。灌漿材料為純水泥漿液，水泥為本地產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為425號。

河床段沿防滲墻軸線布置單排帷幕灌漿，孔距2.0m，與防滲墻主孔間距一致，利用防滲墻主孔進(jìn)行灌漿，即在防滲墻主孔完成后不進(jìn)行副孔的開挖，先在主孔內(nèi)填一定量的膠泥作為灌漿蓋重，對防滲墻下的基巖進(jìn)行灌漿，待灌漿完成后再進(jìn)行防滲墻副孔開挖及砼澆筑。為確定防滲墻下帷幕灌漿深度，每槽段（8m）內(nèi)在灌漿前必須先打一先導(dǎo)孔，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，連續(xù)兩段透水率小于5Lu的深度即為灌漿深度。要求先導(dǎo)孔在造孔時連續(xù)取芯，以檢驗(yàn)防滲墻主孔是否按設(shè)計要求深入基巖。

根據(jù)兩壩肩鉆孔壓水試驗(yàn)資料，確定兩壩肩灌漿深度均為25m，孔排距為2.0m，左壩肩布置五排，右壩肩布置四排。

3.3 壩肩混凝土截水墻

左、右壩肩分別開挖削坡為1∶1.0和1∶1.1的邊坡，并開挖寬2.0m、深2.0m的齒墻，澆筑C15混凝土截水墻，截水墻以上為1.0m厚C15混凝土灌漿蓋板，同時也為大壩瀝青混凝土心墻基座，心墻軸線處設(shè)銅止水與心墻邊接。

4 大壩設(shè)計

4.1 壩體結(jié)構(gòu)

龍灣水庫壩頂高程為1201.3m，最大壩高51.3m，壩頂寬度6m，上下游壩坡均為1：2.0，1175m高程設(shè)2.0m寬馬道。壩殼為砂礫石填筑，心墻為碾壓式瀝青混凝土心墻，1174m高程以下寬度為0.6m，1174m高程以上寬度為0.4m，心墻兩側(cè)設(shè)過渡層，上游寬度均為4m。

4.2 瀝青混凝土心墻

瀝青混凝土心墻軸線位于壩軸線上游1.5m處，頂高程為1198.8m，1174m高程以下寬度為0.6m，1174m高程以上寬度為0.4m。心墻底部與砼基座連接處（1150m高程）作擴(kuò)大處理，寬度分別為1.2m、1.0m、0.8m，三層共0.6m高。心墻兩端與岸坡混凝土基座連接處也作擴(kuò)大連接，心墻寬度由0.6m（或0.4m）漸變?yōu)?.6m，漸變長度為2.0m。心墻底部及兩端與混凝土連接處均設(shè)銅片止水，并作10cm深的凹槽，內(nèi)填瀝青砂質(zhì)瑪蹄脂，心墻與混凝土接觸面先涂冷底子油，再涂瀝青瑪蹄脂，以加強(qiáng)心墻與基礎(chǔ)的連接。心墻頂部嵌入鋼筋混凝土防浪墻內(nèi)，形成完整的防滲體系。

瀝青混凝土心墻采用碾壓式施工工藝，配合比見表2。

表2 瀝青混凝土心墻采用碾壓式施工工藝（瀝青含量為6.3%）

4.2.1 瀝青混凝土主要設(shè)計指標(biāo)

經(jīng)試驗(yàn)對比，龍灣水庫瀝青材料選用新疆克拉瑪依生產(chǎn)的70#水工瀝青。瀝青的主要設(shè)計要求指標(biāo)見表3。

瀝青混凝土設(shè)計指標(biāo)見表4。

4.2.2 瀝青混凝土主要施工技術(shù)要求

（1）材料計量。拌和瀝青混凝土?xí)r對原材料要進(jìn)行嚴(yán)格的計量，瀝青、骨料、填料均以重量計，允許的計量誤差為：瀝青±0.3%，粗細(xì)骨料±2%，填料±1%。

（2）溫度控制。瀝青混凝土施工中原材料及混合料的溫度控制是很關(guān)鍵的指標(biāo)，要求如下：

瀝青脫水溫度110±10℃，脫水后加熱溫度160±10℃，溫度超過180℃時按廢料處理。

混合料拌和溫度為150±10℃，嚴(yán)格控制上限溫度，當(dāng)出機(jī)口溫度超過180℃時按廢料處理。混合料入倉溫度以140±10℃為宜，人工鋪筑碾壓溫度為140～160℃，機(jī)械攤鋪溫度控制在120～130℃，當(dāng)攤鋪溫度低于100℃時按廢料處理。

4.2.3 過渡料

過渡料分為Ⅰ區(qū)過渡料和Ⅱ區(qū)過渡料。

緊靠心墻上下游兩側(cè)各1.0m寬為Ⅰ區(qū)過渡料，要求鋪土厚度為0.2m，采用2.0t的小型振動碾進(jìn)行碾壓，與心墻同時升高。Ⅰ區(qū)過渡料采用粗砂填筑，設(shè)計干容重2.0t/m3，最大粒徑不大于50mm，不均勻系數(shù)Cu=13.25，曲率系數(shù)Cc=0.68。顆粒級配見表5。

Ⅰ區(qū)過渡料外側(cè)為Ⅱ區(qū)過渡料，寬度為3.0m，設(shè)計鋪土厚度0.4m，采用河床砂礫石人工剔除超徑料進(jìn)行填筑，設(shè)計干容重2.16 t/m3，顆粒級配見表5。

4.2.4 壩殼

壩殼采用河床砂礫石進(jìn)行填筑，16t振動碾壓，設(shè)計干容重2.26 t/m3。根據(jù)直剪試驗(yàn)，壩殼料干燥狀態(tài)下Φ=43o，飽和狀態(tài)下Φ=39o，不均勻系數(shù)Cu=53.03，曲率系數(shù)Cc=2.5。顆粒級配見表5。

表3 瀝青的主要設(shè)計要求指標(biāo)

表4 瀝青混凝土設(shè)計指標(biāo)

表5 大壩各區(qū)顆分表

5 結(jié)語

龍灣水庫2005年蓄水運(yùn)行至今，所有大壩原型觀測設(shè)備運(yùn)行正常。雖然壩基存在不均勻沉降問題，但從已獲得的觀測資料分析，大壩防滲性能良好，應(yīng)力應(yīng)變均小于瀝青混凝土允許范圍，體現(xiàn)了瀝青混凝土防滲性能好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.024

TV33

B

1672-2469(2014)09-0080-03

白生貴（1977年—），男，工程師。