努爾加水庫大壩瀝青混凝土心墻設計及施工分析

陳 剛

（昌吉市三屯河流域管理處，新疆 昌吉831100）

攔河大壩的防滲性、 安全穩定性是水庫工程正常運行的重要保證， 而目前經常利用瀝青混凝土心墻技術來提高壩身防滲性， 其具有厚度小、 防滲性好、綜合成本低、施工迅速且質量易控制等優點，心墻的參數設計和施工要點是大壩質量的基礎。

1 工程概況

努爾加水庫位于新疆昌吉市境內三屯河上，控制流域面積1933.5km2， 是三屯河山區最末一級反調節水利樞紐工程。 工程主要任務是以供水和防洪為主，兼顧灌溉。水庫總庫容6844萬m3，屬中型水庫。水庫攔河大壩設計為碾壓式土石壩， 利用瀝青混凝土防滲心墻技術，壩底高程802.00m，頂高程883.00m，防浪墻高程884.20m；壩頂寬10m，長486.7m。 在此主要對瀝青混凝土心墻的設計和施工要點進行分析。

2 瀝青混凝土心墻設計分析

2.1 心墻厚度及布置設計

DL/T5411—2009 《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》要求：碾壓式瀝青混凝土心墻頂部寬度不宜小于0.4m， 心墻底部厚度宜為壩高的1/70～1/130。 本項目根據規范并考慮方便施工，設計心墻厚度變化采用階梯式，具體設計如下：

（1）頂部高程881.00m至860.00m段，心墻厚度設計為0.4m；高程860.00m至高程840.00m段，厚度設計為0.6m；高程840.00m至建基面，厚度設計為0.7m。

（2）心墻底部設計臺階狀擴大，寬度擴至1.95m并與混凝土基座相連。

（3）心墻與左、右岸岸坡采用漸變放大連接，根據瀝青心墻的厚度按1∶2漸變放大至1.9m。

（4）心墻高程范圍881.00～802.80m，總高度78.2m。心墻軸線偏向上游側（距壩軸線3.2m），以便與壩體防浪墻連接［1］。

2.2 心墻原材料設計

瀝青混凝土心墻所需原材料包括：瀝青、粗骨料、細骨料、填料，本項目嚴格按照DL/T5411—2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》技術要求確定。

2.2.1 瀝青

本項目選用克拉瑪依瀝青AH-70， 該瀝青具有質地優良、低溫延度大、蠟含量低、脆點低、黏度大、抗老化性能好、溫度穩定性和低溫性較好等優點，經測定滿足工程要求，其具體技術指標如表1［2］。

表1 克拉瑪依瀝青的技術指標對比

2.2.2 粗骨料

本項目選用P1灰巖石料場作為瀝青混凝土粗骨料料場， 粗骨料最大粒徑19mm， 最小粒徑大于2.5mm，形狀呈方形，針片狀粒料含量小于15%，其他技術指標如表2［3］。

表2 粗骨料技術要求

2.2.3 細骨料

本項目選用的細骨料從C1砂礫石料場開采加工，級配良好，粒徑組成符合試驗提出的級配曲線要求，粒徑小于2.5mm，并不大于0.074mm，其他技術指標如表3。

表3 細骨料技術要求

2.2.4 填料

填料選用距工程區較近的屯河水泥廠礦料，要求不含泥土、有機物雜質、結塊和團粒，碳酸鈣含量大于95%，其他技術指標如表4［4］。

表4 填料技術要求

2.3 心墻與混凝土底板連接設計

瀝青混凝土心墻與混凝土壩基底板的連接處，往往是滲漏問題的多發部位，必須進行嚴格處理，才能保證耐久性和抗滲性，本項目具體設計要點如下：

為增大連接面黏結力并適應心墻水平變形，設計在心墻底部與混凝土基座連接處之間使用瀝青涂料和瀝青瑪蹄脂進行處理， 即在干凈底板表面先涂刷一層瀝青漿（即冷底子油），再噴涂一層厚10mm瀝青瑪蹄脂， 并在瀝青心墻與基座混凝土間設銅片止水連接［5］。

3 瀝青混凝土心墻施工要點分析

3.1 瀝青混凝土配合比確定

本項目礦料級配采用理論計算結合其他工程經驗確定范圍，參考丁樸榮公式如式（1）［6］，共設計出如表5所示4個骨料級配參數。

式中 Pi為篩孔di通過率；F為粒徑小于0.075mm礦粉含量（%）；Dmax為最大骨料粒徑（mm）；di為某一篩孔尺寸（mm）；d0.075為礦粉最大粒徑為0.075mm；r為級配指數。

表5 配比正交試驗設計中各材料含量

本項目共設計正交試驗組數24組，依次編號（1～24#）， 為保證準確率， 通過對比來確定材料最佳配比，對比項目包括：抗拉性、抗壓性、抗剪性、水穩定性、彎曲性，由于篇幅限制，在此只列出抗拉性、彎曲性對比結果。

3.1.1 拉伸試驗

試件設計尺寸：40mm×40mm×220mm，溫度20 ℃，加載拉力速率0.01MPa/min，各試件應變值如圖1（部分），由圖1可知：各試件最大應變值約為3%，其中8#試件此時拉應力約0.29MPa，表現較好。

圖1 各試件拉伸試驗曲線（部分）

3.1.2 彎曲試驗

試件設計尺寸：35mm×40mm×250mm，溫度20 ℃，加載速率1mm/min，各試件應變值如圖2（部分），由圖2可知：各試件在撓跨比為5%～6%時，載荷達到最大值，約為80～100N；但各試件所能承受最大載荷差別較大，12#試件可達105N，4#試件僅為80N。其中8#試件最大抗彎應力為100N，處于中上位置。

圖2 各試件彎曲驗曲線（部分）

通過綜合對比可知：8#試件在測定中各方面參數表現均良好，因此本項目將其作為最終配合比，即：礦料級配0.42，填料含量12%，瀝青含量6.9%。

3.2 心墻施工步驟及要點分析

3.2.1 心墻深度確定

本項目心墻施工槽段分兩期進行， 先一期后二期，槽段長6～10m，共20段；同一槽段內造孔分主孔和副孔， 先主孔后副孔。 通過鉆孔取芯確定基巖位置，以基巖面以下1.0m作為孔底，心墻最終深度通過相鄰兩鉆孔取芯確定出的基巖深度推算。

3.2.2 施工步驟及要點

心墻施工流程及步驟如下： 造孔→清孔→澆筑混凝土→墻段連接［7］，具體各步驟施工要點如下：

（1）造孔。 采用鉆劈法成槽和原漿護壁，施工中隨時檢查焊補沖擊錘、鉆機運行及定位對中情況，并適時添加黏土和抽筒清渣。 由專業技術人員測量認證成孔深度是否合規。

（2）清孔。在槽孔終孔驗收合格后利用抽筒清孔換漿。換漿結束，在監理旁站見證下檢測孔內泥漿密度、黏度、含砂率和孔底沉渣回淤量，驗收合格后埋設灌漿管道。

（3）瀝青混凝土攤鋪。心墻高度應與壩殼料同步上升，最大高度差不大于800mm。 分層攤鋪，每層厚度控制在200～300mm，連續攤鋪2層以上時，需等下層瀝青混凝土溫度降至90 ℃以下才可繼續。

（4）瀝青混凝土碾壓。最高采用1.5t振動碾，而且第一遍必須是無振動。 初碾溫度不得低于130 ℃，終碾溫度不得低于110 ℃。

（5）墻段連接。 采用鉆鑿法，在一期槽混凝土澆筑結束10h左右進行造孔，完成接頭處理，在二期槽清孔時用重錘鋼刷清凈接頭面泥漿，保證一、二期墻段接頭達到設計要求。 同時每個槽段混凝土澆筑結束后，適時鑿除槽段混凝土頂面，為現澆混凝土截滲墻奠定基礎。

4 結語

通過應用瀝青混凝土心墻技術， 并且鉆芯取樣38組，檢測了心墻孔隙率、密度、穩定度、流值、油石比和顆粒級配等參數，均滿足相關技術要求，有效保證了努爾加水庫大壩的防滲安全性。 瀝青混凝土防滲心墻技術原理和施工要求簡單， 但前期設計工作繁瑣，且需結合實際情況，為保證工程質量，應當將“理論、試驗、現場”三者有機結合。