瀝青砼心墻壩工程設計拓

【摘要】瀝青砼心墻壩以其優越的抗滲性能，良好的適應變形能力，可與壩體同步填筑快速施工，對壩基的廣泛適應性，正發展成為當地材料壩中的重要壩型之一。目前，世界上雖然建設了一批采用瀝青砼心墻防滲的砂礫壩殼與堆石體等土石壩，但所占比例不大，起步較晚，尚未形成完整的理論體系。在我國，隨著三峽茅坪溪瀝青砼心墻壩等工程的興建，使我國水工大壩瀝青砼心墻的發展應用前景越來越廣闊。本文以新疆吉木薩爾縣水溪溝水庫工程實例，對瀝青砼心墻壩的優缺點、適應性、筑壩方法及工程設計等進行分析評述。

【關鍵詞】水溪溝水庫；瀝青砼心墻；大壩；設計

1、前言

瀝青砼心墻壩是在壩體中部設置瀝青砼心墻作為防滲體的土石壩。當水庫工程附近缺乏天然防滲土料時，可采用瀝青砼作為防滲心墻修筑土石壩，兩側壩殼料可用各種透水、半透水的砂礫石料或堆石體等多種材料。瀝青砼心墻具有良好的適應變形能力、抗沖蝕能力、抗老化能力，心墻無須設置結構縫與變形縫，因此，瀝青砼心墻的施工不受氣候條件和海拔高度等環境的限制。

自1962年第一座采用機械碾壓的瀝青砼心墻壩在德國建成，在之后的幾十年，工程技術人員對瀝青砼心墻壩不斷的試驗研究，在世界范圍內建成近100座瀝青砼心墻壩，其中百米高壩約10座，從而引起了壩工界的重視。在瀝青砼心墻壩的建設和工程實踐的過程中，為設計、施工及質量控制等方面積累了很多的經驗，技術水平有了較大的發展。

2、瀝青砼心墻壩工程技術特性

2.1 瀝青砼心墻壩優點

（1）瀝青砼心墻位于壩體中部，不受氣候和海拔高度等環境影響。瀝青砼較為密實、孔隙率較小，水無法滲入其中，因此，也不會受到冰凍的影響，筑壩施工無須防滲透、防冰凍處理。

（2）與其他防滲材料不同，瀝青砼屬于非沖蝕材料，即使瀝青砼產生裂縫，在滲流作用下也不會產生危及大壩安全的沖蝕性破壞，其次，由于瀝青具有很好的塑性，因此，即使產生裂縫，也將有較好的自愈能力，在荷載壓力作用下，裂縫能夠短時段閉合。

（3）瀝青砼具有較好的柔性和粘滯性，因此，瀝青砼心墻具有較好的抗震穩定性，當壩體沉陷時對心墻的影響較小。

（4）瀝青砼心墻可與大壩施工導流圍堰相互結合， 在下個汛期可采用壩體度汛，能夠有效降低圍堰規模與高度。瀝青砼在零度以下低溫時段也可以施工，加快施工進度，這就允許在高海拔寒冷地區有較長的施工工期，提早實現水庫下閘蓄水，及早發揮效益。

2.2 瀝青砼心墻壩缺點

（1）瀝青砼心墻壩一般僅下游壩體承受水壓力，下游壩坡相對面板壩等大壩較緩，工程量相對較大。

（2）瀝青砼心墻埋置于壩體內部，防滲面積大，若大壩壩體發生較大的滲漏問題時，對壩體滲漏檢查較為困難，同時滲漏部位也不易進行修復處理。

3、瀝青砼心墻填筑施工方法

（1）澆筑式施工。澆筑式施工瀝青砼的發展起步于20世紀20年代，施工工藝較為成熟。但澆筑式瀝青砼防滲結構多用于工程等級較低、防滲心墻較低的土石壩，以及高寒等施工環境條件惡劣地區。澆筑式瀝青含量高，拌制的混合料流動性大，施工簡單，不需用專門的攤鋪碾壓機械施工，而是依靠自重對下部已澆筑的瀝青砼進行壓實。

（2）碾壓式施工。碾壓式施工瀝青砼防滲技術應用始于20世紀70年代，我國內陸最先采用碾壓式瀝青砼心墻防滲技術的工程是三峽茅坪溪水庫土石壩，也是世界上最高的瀝青砼心墻土石壩。碾壓式瀝青含量少，組成材料要求高，拌和物松散，需借助攤鋪碾壓機械進行施工，以達到技術要求的滲透性和強度，這是目前瀝青砼心墻較為常用的施工方法。

4、工程實例

4.1 工程概況

水溪溝水庫位于新疆吉木薩爾縣水溪溝河上，距離出山口附近S303省道3.5km，距吉木薩爾縣城約25km。是一座以農業灌溉、工業供水、防洪為主兼顧生態用水的具有綜合開發任務的小（1）型Ⅳ等水利樞紐工程，總庫容為738.52萬m3。大壩為碾壓式瀝青砼心墻砂礫石壩，最大壩高55.3m。水庫每年工農業供水1367.5萬m3，其中農業供水947.5萬m3，工業供水420萬m3，生態用水260.66萬m3。工程總投資1.75億元。

4.2 工程地質

水溪溝水庫工程壩址河床：寬度約35～90m，海拔高程為945m，卵石覆蓋層厚度為2.5～3.2m，下伏基巖為泥巖和礫巖，埋深3.2～35m為泥巖，35m以下為礫巖，

右壩肩：山頂高程為990～1010m，山體由兩套地層組成，其中高程978m以上為灰綠色泥巖、粉砂巖夾細砂巖；高程978m以下為紅褐色泥巖夾薄層泥質砂巖。

左壩肩：左岸發育Ⅱ、Ⅲ級階地，卵石層厚度為3～5m， 下伏基巖：高程978m以上為灰綠色泥質砂巖、泥巖，高程978m以下為淺灰色砂巖。

4.3 擋水大壩設計

大壩為碾壓式瀝青心墻砂礫石壩，最大壩高55.3m，壩頂長420m，壩頂寬6m，上游壩坡1：2.25；下游壩坡1：2，上游壩坡采用20cm厚砼面板護坡，下游壩坡采用預制砼網格砂礫石護坡。

過渡層設在瀝青心墻心墻兩側，水平寬度上、下游均為2.5m，過渡層從砼基座底部填筑至心墻頂部。

4.4 瀝青砼心墻設計

瀝青砼防滲心墻一般偏向壩體上游側布置，以改善大壩受力條件，并方便與壩頂防浪墻連接形成封閉防滲體系。水溪溝水庫瀝青砼心墻防滲體軸線距壩軸線2.7m，心墻寬0.4～0.6m，心墻頂部至高程971.9m墻厚0.4m，971.9m高程以下厚0.6m。砼基座為厚0.7m，寬6m的C20F250砼。為了保證瀝青砼心墻底部與砼基座的有效連接，在瀝青砼心墻底部3m高范圍內厚度由0.6m擴大為1.5m，設置漸變擴大段，以擴大心墻同砼基座的接觸面。心墻與基座之間接觸面鋪墊厚10mm的瀝青瑪蹄脂，并在瀝青砼心墻與基座砼之間設置紫銅片止水連接，以適應較大的水平剪切變形和保證接觸面的良好防滲。

5、結語

瀝青砼心墻壩以其優越的防滲性能，良好的適應變形能力，可與壩體同步填筑快速施工，對壩基的廣泛適應性，發展成為當地材料壩中重要的壩型之一，具有很大的發展前景。瀝青砼防滲心墻在水工筑壩技術中的應用也有上百年的歷史，而在我國，其應用僅有40多年的歷史，還處于發展階段，如何發展和完善水工瀝青砼應用理論，是擺在水電建設工程界的重要課題。相信采用瀝青砼心墻防滲的當地材料土石壩將是未來超高壩建設的合適壩型，水工大壩瀝青砼心墻的發展應用前景越來越廣闊。

參考文獻：

[1]趙科. 水工瀝青砼力學性能試驗研究[D].長江科學院，2014.