壩體防滲結(jié)構(gòu)型式比選及設(shè)計與施工

闕 文

（阜康市農(nóng)業(yè)供水管理站，新疆 阜康 831500）

1 工程概況

四工河為阜康市境內(nèi)獨立水系，河流長40km，流域面積874km2。四工河水庫位于河道干流上，為河流上山區(qū)控制工程，控制流域面積119km2，壩址多年平均年徑流量3220萬m3。設(shè)計四工河水庫總庫容821萬m3，屬Ⅳ等小（1）型工程，設(shè)計洪水標準50年一遇。該工程建設(shè)目標為：提高當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉保證率，改善流域地下水環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 壩體防滲結(jié)構(gòu)方案比選

經(jīng)過專家組實地考察，建議壩體采用新型防滲結(jié)構(gòu)——瀝青混凝土防滲墻。該防滲技術(shù)屬于一種柔性結(jié)構(gòu)，防滲性、耐久性、使用壽命等均表現(xiàn)優(yōu)良，目前被廣泛應(yīng)用于水工建筑防滲結(jié)構(gòu)中。

2.1 瀝青混凝土防滲墻類型比選

四工河水庫大壩可采用的防滲墻結(jié)構(gòu)有兩種：瀝青混凝土斜墻和瀝青混凝土心墻。這兩種結(jié)構(gòu)形式特點如表1。從施工難易度、限制條件等考慮，四工河水庫大壩防滲結(jié)構(gòu)最終決定采用碾壓式瀝青混凝土心墻。

表1 瀝青混凝土斜墻和心墻優(yōu)特點對比

續(xù)表1

2.2 碾壓式瀝青混凝土防滲心墻特點

（1）根據(jù)現(xiàn)場試驗，碾壓式瀝青混凝土滲透系數(shù)小于1×10-7～10-8cm/s，防滲性極好，且工程量小，用料少，經(jīng)濟效益顯著。

（2）瀝青混凝土具有較好的柔性，如果因不均勻沉降而導致心墻發(fā)生裂縫，其在重力、擠壓力作用下有一定的自愈能力。

（3）應(yīng)用瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)后，便不需要黏土防滲，因此可簡化制料、配料等過程，簡化操作。

3 瀝青混凝土心墻重點結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 心墻厚度計算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，瀝青混凝土心墻厚度最大為（1/60-1/100）H（H為壩體高度），最小厚度不得小于30cm。在該原則下，借助公式（1）對該項目防滲心墻厚度d進行計算。為保證心墻的抗震穩(wěn)定性，設(shè)計心墻底部厚1200mm，頂部厚600mm。

式中 k為瀝青混凝土防滲系數(shù)；Hn為防滲墻平均水頭；q為單位面積防滲體允許滲透量。

根據(jù)心墻的厚度變化情況，可將其分為等厚式、漸變式、階梯式。其中等厚式僅適用于低壩工程；漸變式因施工難度大被逐步淘汰；階梯式即保證了心墻穩(wěn)定性，又減少了材料浪費，且施工簡單。所以四工河水庫大壩防滲心墻為階梯式結(jié)構(gòu)，其中200m高程以下為1200mm，以上為600mm，如圖1。

圖1 四工河水庫大壩瀝青混凝土防滲心墻結(jié)構(gòu)

3.2 心墻與下部基礎(chǔ)混凝土防滲墻連接設(shè)計

四工河水庫大壩的瀝青混凝土防滲心墻設(shè)計坐落于基礎(chǔ)混凝土防滲墻之上，為了使心墻和基礎(chǔ)防滲墻更好地結(jié)合，本項目在基礎(chǔ)防滲墻頂部設(shè)計一個基座（長×寬=2.6m×2m）。在心墻和基座之間設(shè)計1層厚2cm的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂和兩道止水銅片，如圖2。這樣的結(jié)構(gòu)能從下至上依次將“灌漿帷幕、基礎(chǔ)混凝土防滲墻、瀝青混凝土防滲心墻”緊密結(jié)合。

圖2 心墻與基礎(chǔ)混凝土防滲墻連接設(shè)計

3.3 心墻與岸坡混凝土基座連接設(shè)計

四工河水庫壩址兩側(cè)山坡坡度較大，約45°，為保證心墻與岸坡混凝土基座之間更緊密結(jié)合，在兩岸岸坡的混凝土基座連接處設(shè)置長度較大的水平擴大段，且加長過渡層擴大段水平距離，如圖3。

圖3 心墻與岸坡混凝土基座連接設(shè)計

3.4 心墻兩側(cè)過渡層設(shè)計

過渡層位置設(shè)于心墻兩側(cè)，其變形模量介于心墻和壩殼之間，能夠使兩者變形有個過渡區(qū)，要求過渡料耐久性、防滲性好，顆粒級配連續(xù)。為增加排水能力，四工河水庫壩體在下游過渡層位置增設(shè)1個過渡層Ⅱ區(qū)。過渡層具體設(shè)計技術(shù)要求如表2。

表2 心墻過渡層設(shè)計技術(shù)要求

4 瀝青混凝土心墻施工要點

4.1 混合料制備要點

瀝青是混合料的核心，結(jié)合其他工程經(jīng)驗，四工河水庫大壩心墻瀝青采用克拉瑪依瀝青，其具有較好的抗裂性、抗老化性，含臘量也低。

本項目瀝青混合料制備的控制要點有以下規(guī)定：①要求加熱瀝青時其針入度降低10%以下；②骨料拌合時，溫度不得超過瀝青溫度20℃，拌合時間不低于15s。具體對混合料的技術(shù)指標如表3。

表3 碾壓式瀝青混凝土技術(shù)指標

4.2 心墻填筑要點

心墻填筑步驟：“立模→過渡料攤鋪、初壓→瀝青混凝土攤鋪→拆模→過渡料及瀝青混凝土同步碾壓”。嚴格分層鋪筑，層厚小于25cm（規(guī)定20cm），攤鋪速度為1～3m/min，1～2層/d； 混合料碾壓溫度要求在140～150℃；上下層橫縫錯開不小于2m，重疊碾壓30～50cm。心墻填筑結(jié)束后，在4m范圍內(nèi)禁止大型機械碾壓。

4.3 心墻質(zhì)量檢測

采用無損檢測技術(shù)對心墻質(zhì)量進行檢測，利用美國產(chǎn)的HS-500IEZ型核子密度儀，用Rc表示測定值；然后采用鉆芯法進行驗算，用Rn表示測定值（選定樣本60個）。在此定義換算系數(shù)Ar=Rc/Rn，得出擬合結(jié)果，如圖4。

圖4 核子密度儀和瀝青混凝土密度換算系數(shù)

由圖4可知，兩種檢測方法擬合度較好，說明無損檢測數(shù)據(jù)的準確性、可靠性沒問題。通過檢測，四工河水庫大壩心墻施工質(zhì)量合格率100%。

5 結(jié)語

（1）瀝青混凝土心墻對氣候環(huán)境、溫度、地質(zhì)條件等均具有較好的適應(yīng)性，且防滲性能好，適合在新疆高海拔、寒冷地區(qū)使用。

（2）四工河水庫大壩心墻經(jīng)多年使用，壩體滲漏量均處于規(guī)定值以下，且沒有上漲趨勢，因此完全證明了瀝青混凝土心墻的可靠性和優(yōu)越性，值得大力推廣。

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