碾壓混凝土防滲心墻施工及質檢控制要點分析

張 臻

（水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

水庫大壩防滲性直接決定了其安全性和穩定性，全球超過60%的潰壩事故是因為滲漏破壞。我國很多中小型壩體由于年代久遠、建設標準低，目前很多已經變成危壩，而滲漏破壞是最常見問題。瀝青混凝土防滲心墻憑借施工簡單、防滲效果、成本低等優點在防滲除險加固中得到廣泛應用。本文以新疆柯柯亞水庫大壩防滲加固工程為例，對瀝青混凝土心墻施工質量控制要點進行分析。

1 工程概況

柯柯亞水庫位于新疆吐魯番市鄯善縣境內，該水庫大壩建設于上世紀50 年代，總庫容約為1320萬 m3，主要承擔了附近區域4.5 萬畝農田灌溉任務，兼顧養殖和防洪。柯柯亞水庫大壩為土石壩結構，長632 m，高18 m～22 m。最初的防滲結構為上游壩坡鋪設混凝土面板，但目前面板損毀、脫落嚴重，已經無法有效起到防滲作用。經過有關部門組織專家現場調研，確定對柯柯亞水庫大壩進行防滲加固處理。

2 防滲加固方案確定

目前，在土石壩防滲加固中，常用的方案包括：瀝青混凝土心墻、粘土心墻、瀝青混凝土面板三種[1]。這三種防滲方案的對比結果見表1。經過對比，瀝青混凝土心墻充分結合了粘土心墻和瀝青混凝土材料的優點，既能保證防滲效果、使用壽命，又能降低施工成本，因此確定將瀝青混凝土防滲心墻作為柯柯亞水庫大壩的防滲加固方案。

表1 三種防滲加固方案對比

3 瀝青混凝土心墻施工質量控制分析

3.1 瀝青混凝土原料規格

（1）瀝青

在水利工程中，目前主要應用的是石油瀝青，本項目使用的是中石化新疆金石瀝青股份有限公司的產品，具體質量檢驗結果見表2[2]。經檢測：本項目所使用瀝青質量合格率100%。

表2 瀝青質量檢驗結果（部分）

（2）骨料

①粗骨料

瀝青混凝土中要求粗骨料粒徑大于2.5 mm，一般優選石灰巖、白云巖等堿性巖石，與瀝青的粘結力不得低于4 級[3]。本項目選用鄯善縣境內的一座石子加工廠產品（石灰巖，粒徑2.65 mm～10 mm），部分質檢結果見表3，合格率100%。

表3 粗骨料質量檢驗結果（部分）

②細骨料和填料

瀝青混凝土中要求細骨料粒徑范圍0.074 mm～0.25 mm，材質一般為海砂、河砂、人工砂等，要求清潔、堅固。本項目采用河砂，各項指標也均合格，在此不再詳述。本項目填料使用石灰巖加工而成，粒徑小于0.074 mm，其主要作用是填充骨料縫隙，使瀝青混凝土材料的孔隙率盡量小，保證心墻防滲性[4]。

3.2 瀝青混凝土材料最佳配比確定

結合其他工程項目，本項目固定骨料級配指數（0.38），填料用量設計3 種（11%、13%、15%），油石比設計3 種（6.6、6.9、7.2），具體配比見表4。由于本項目是用于防滲心墻，所以采用“劈裂試驗”重點分析不同配比對混凝土瀝青的孔隙率影響[5]。

表4 瀝青混凝土配比設計（部分）

圖1是級配指數0.38，油石比6.9%的曲線，由圖1 可知：隨著填料含量增加，瀝青混凝土料孔隙率也在逐漸變大，這對于心墻防滲是不利的。且當填料含量大于15%時，孔隙率超過了2%，這是不符合規范的。因此應盡量減少填料含量。

圖1 填料含量對孔隙率的影響曲線

圖2 是級配指數0.38，填料含量11%的曲線，由圖2 可知：隨著油石比值的增加，瀝青混凝土料孔隙率呈先增加、后降低的過程，在6.9% 時達到最大值2%，在7.2%降低至1.5%以下，防滲性更好。

圖2 油石比對孔隙率的影響曲線

通過試驗對比，最終確定柯柯亞水庫瀝青混凝土防滲心墻的最佳配比為：級配指數0.38，油石比7.2%，填料含量11%。

3.3 瀝青混凝土心墻關鍵部分施工要點分析

（1）心墻和基巖連接處

心墻和基巖共同構成水壩一個完整的防滲結構，而兩個防滲體的連接處存在材質不同、剪應力較大等問題，特別容易出現裂縫，是整個防滲結構的薄弱環節，本項目施工方案如下：

1）此次柯柯亞水庫大壩防滲加固，為了保證基礎的穩定性和均質性，設計混凝土基座嵌入基巖1 m～1.5 m深處。為了使心墻與基座連接緊密，將基座表面做打毛處理（在基座澆筑初凝時，利用高壓水槍清洗和打毛）[6]。

2）在基座表面首先鋪設瀝青馬蹄脂（現場制作，瀝青：礦粉：河砂=1∶2∶2），配合比、溫度等參數需現場技術人員全程跟蹤。在鋪設馬蹄脂之前，在基座表面噴涂2 層冷底子油，待12 h后再鋪設瀝青馬蹄脂。

3）馬蹄脂的鋪設寬度要求每側超出基座20 cm以上。之后瀝青混凝土料鋪設時，注意保護止水銅片，在其附近采用小型機械夯實作業，不得有過大擾動。

（2）心墻層面施工

心墻鋪設分層進行（每層厚度5 cm），但如果心墻層面的接縫處結合不好，也會造成防滲性降低。本項目施工方案如下：

1）每層表面必須保證干凈、干燥，在鋪設新料前要求利用紅外加熱器將層面加熱至70 ℃以上（深度不低于1.0 cm，加熱時間不超過3 min）。

2）邊緣和角落處，若無法用紅外加熱器加熱，則利用人工噴燈烘烤。若新層和舊層間隔時間較長，則需用高壓水槍沖洗、人工刷毛處理后才可鋪設。

3）盡量減少橫向接縫，若無法避免，則上下層橫縫至少錯開3.0 m以上。碾壓心墻時切忌突然剎車，會造成鋪層被拉斷。

（3）層面裂縫處理

若由于人為原因出現較大問題，如油石比較低、加熱溫度不夠等，會造成攤鋪后心墻表面出現裂縫，且依靠混合料自愈能力也無法自動修復。本項目設計將該區域及附近的瀝青混凝土料全部清除干凈，涂抹3cm厚瀝青馬蹄脂，之后再正常鋪設。

4 心墻施工質量檢測分析

（1）滲透檢測

本項目采用“變水頭滲透試驗”對心墻滲透性檢測。首先利用取芯機現場取芯，再將其切成圓柱體試件（φ100 cm×70 cm），滲透系數Kr計算公式見式（1）[7]。滲透檢測結果見表5，由表中數據可知滲透標準均完全滿足設計標準。

式中：α為測壓管橫截面積，cm2；L為試件厚度，cm；A為試件面積，cm2；t為滲水測試時間，s；Δh1為檢測前t內，進、出水測壓管水位差，cm；Δh2為檢測后t內，進、出水測壓管水位差，cm。

表5 心墻滲透檢測結果

（2）彎曲檢測

對心墻材料彎曲檢測可反應其變形適應能力，本項目采用“小梁彎曲試驗機”檢測。試件尺寸標準：φ100 cm×250 cm，試驗溫度：當地多年平均氣溫：18 ℃，試驗加載速率：1.65 mm/min。檢測數據和現場圖見表6、圖3，材料變形量也遠遠大于地基變形量，可保證不產生斷裂。

表6 心墻材料彎曲檢測結果數據

圖3 心墻材料彎曲檢測結果圖

5 結語

柯柯亞水庫大壩經過本次瀝青混凝土心墻防滲加固工程，壩體滲漏量明顯降低，防滲效果較好，取得了圓滿成功。目前，壩體防滲加固方案較多，在選擇時必須緊密結合現場及原料供應情況，相關技術人員應在保證工程質量前提下兼顧成本，否則影響工程的可行性。