水利工程瀝青混凝土心墻壩設計探析

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【摘要】本文對瀝青混凝土心墻的相關概念及技術特點進行了闡述，并以金平縣三岔河水庫大壩工程的設計做了進一步的分析。

【關鍵詞】瀝青混凝土；心墻壩；水利工程

瀝青混凝土心墻由于其良好的防滲、防震性能以及適應變形性能，是一種柔性的防滲結構，具有很強的適應性，獲得了越來越廣泛的應用。但與國外利用這一壩型的歷史相比，我國還是存在一段差距，因此我們應熟悉和掌握瀝青混凝土心墻壩的概況、技術，同時不斷積累經驗，為后期的水利工程建設打下基礎。

1瀝青混凝土心墻壩概述

瀝青混凝土（bituminousconcrete）俗稱瀝青混凝土，是將一定含量比例的礦質材料與適量的路用瀝青，在特定條件下攪拌而成的混凝土材料，如圖1所示。瀝青混凝土是一種重要的建筑材料，其可以根據工程不同的施工要求確定不同的配合比，從而滿足工程建設對材料的要求。在水利工程中以瀝青混凝土作為中央防滲體的土石壩就是所謂的瀝青混凝土心墻壩，工程中多采用密實瀝青混凝土心墻形式，分層填筑，振動碾壓實。心墻底一般厚約為壩高的1/50，心墻兩側設置碎石過渡層，下游側可作為排水層，上游側可用于心墻漏水時灌漿，此外，還有塊石瀝青混凝土心墻與油碴瀝青混凝土心墻等形式[1]。以瀝青混凝土作為中央防滲體的土石壩主要由壩支承體、瀝青混凝土心墻及其過渡層、棱體排水以及上、下游護坡等組成，心墻底部通常設置觀測廊道[1]。目前建設中的瀝青混凝土心墻堆石壩最高已達105m。

2瀝青混凝土心墻技術特點

2.1瀝青混凝土心墻壩的前期準備。為了保障瀝青混凝土心墻的施工質量，首先應做好施工材料的準備工作和施工設備的選擇工作，表1為兩種常用混凝土攪拌機的比較。前期工作是指瀝青混合料的采購、拌和制備瀝青混凝土，并將瀝青混凝土運輸到施工現場。2.2瀝青混凝土心墻的施工工藝。瀝青混凝土心墻的施工工藝流程為：清理混凝土表面→放線測量→瀝青混合料、過渡料分別裝入攤鋪機內→攤鋪機攤鋪→瀝青混合料碾壓→過渡料碾壓[2]。為保障瀝青混凝土心墻的整體性，可以采用聯合攤鋪機完成。2.3瀝青混凝土心墻優點。（1）瀝青混凝土心墻墻體位于壩體中間，運行環境條件穩定，受外部荷載等因素影響較小，墻體耐久性和裂縫自愈能力好[3]。（2）瀝青混凝土心墻對壩基工程技術要求相對較低，心墻的塑性性能較好，可有效吸收壩體變形，抵抗沖擊能力較強，對不同工程地質條件適用性強。（3）施工工藝較簡單，主要指瀝青混凝土攤鋪、壓實方面；較容易與河床兩岸混凝土底座連接，同時灌漿量少于面板壩。2.4瀝青混凝土心墻缺點。①瀝青混凝土心墻壩一般情況下僅下游壩體產生水壓力，施工條件較為復雜，受水平和垂直應力的影，工程量大；②瀝青混凝土心墻埋于壩體內部，防滲面積大，若壩體發生較大漏水，后期漏水檢查與修補工作難度較大，檢查修復工作比較困難。

3案例分析

現以金平縣三岔河水庫大壩為例，進行瀝青混凝土心墻施工技術分析。根據《水利水電工程施工導流設計規范》（SL623—2013）規定，臨時導流建筑物為5級，導流建筑物（土石結構）洪水標準為5-10年一遇。結合當地工程經驗與本工程實際情況，導流建筑物洪水標準采用上限10年一遇，枯水期（11月-翌年4月）相應設計洪峰流量為71.0m3/s。本工程大壩施工需考慮施工導流，根據本工程特點和河段水文特征及施工進度要求，本工程導流方式為采用河床一次斷流，土石圍堰結合大壩臨時擋水，隧洞導流的方式。3.1工程背景。三岔河水庫工程庫區位于紅河支流龍博河上游，水庫壩址控制面積為上壩址24.2km2、下壩址28.3km2。三岔河水庫是一座兼顧城鎮及農村人畜飲水和農業灌溉供水的中型水利工程，水庫壩址以上徑流區無任何水利工程。項目區位于金平苗族瑤族傣族自治縣馬鞍底鄉西部的中良村委會竹林腳村，壩址距竹林腳村2.7km，距離馬鞍底鄉鄉政府17.4km，距金平縣縣城146km，壩址旁有鄉村道路，交通比較便利。下壩址瀝青心墻堆石壩樞紐平面布置圖如圖4所示。3.2下壩瀝青心墻堆石壩布置。根據壩址地形地質條件，該壩址壩軸線設置成折線型，并在折線處設置為0+000點，將其分為主壩和副壩，主副壩軸線垂直于河道軸線布置。大壩防滲體為瀝青混凝土心墻，心墻軸線距壩軸線2.0m，心墻頂寬0.6m，頂高程為1714.60m，與“L”型混凝土防浪墻連接，心墻與防浪墻間涂厚度為2cm的砂質瀝青瑪蹄脂，并設置一道銅片止水。主壩心墻厚度采用階梯式布置，即由上至下厚度依次為0.6m（高程1648.0～1714.60m）、1.0m（高程1637.6.00～1648m），下部設1.6m高的瀝青混凝土基礎擴大段，即由1.0m擴大到1.8m。心墻基座采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚2.0m。為使主副壩心墻更便于連接，副壩心墻厚度采用等厚布置，厚度為0.6m，下部設1.6m高的瀝青混凝土基礎擴大段，即由0.6m擴大到1.4m。心墻與基座間涂厚度為2cm的陽離子乳化瀝青，并設置兩道銅片止水。在心墻上、下游側均設過渡層，過渡層Ⅰ厚度為1.45m，過渡層Ⅱ厚度為2.0m。3.3設備的選擇確定。參考表1本工程擬選用固定強制式攪拌機進行攪拌工作，同時采用碾壓式的攤鋪機進行鋪筑施工。根據碾壓式瀝青混凝土心墻施工的需求，性能完善的瀝青混凝土心墻攤鋪機應具備以下幾個功能：①可以連續攤鋪且滿足心墻壩體一定厚度的要求，同時還要做好初步壓實工作[4]；②在進行上述攤鋪工作的同時，鋪筑一定寬度、厚度的砂石料過渡層，并保障過程中沒有過渡料灑落到心墻攤鋪層表面；③心墻壩體的寬度隨著壩體的升高而逐漸減小，因此攤鋪心墻的寬度變化必須在一定范圍內；④攤鋪機上要設置層面結合設備，保障心墻的整體性；⑤嚴格控制攤鋪機走向，滿足心墻線的要求。3.4瀝青混凝土心墻鋪筑施工（1）在進行瀝青混合料攤鋪前，應先按要求標注心墻軸線，注意推進過程中中心線的偏差情況，偏差應控制在±5cm內。（2）啟動攤鋪機預熱，熨平板溫度不低于100℃，瀝青混合料攤鋪溫度，正常情況下應控制在150~165℃之間，超過170℃或低于145℃時廢棄，攤鋪氣溫應高于10℃。再用裝載機向攤鋪機的兩個料斗中裝入瀝青混凝土熟料和心墻一側的過渡料，裝入適量的材料后向前推動攤鋪機。（3）攤鋪厚度小于23cm，壓實后厚度大約為20cm。受尺寸限制的影響，攤鋪機無法進行周邊的攤鋪，需要人工來完成心墻兩端與岸坡連接段的攤鋪。（4）攤鋪面開始受料前，應在受料斗和送料刮板上涂刷少許隔離劑（洗衣粉混合液），防止瀝青混合料粘在其上。3.5瀝青混合料碾壓施工。瀝青混合料的壓實是保證瀝青面層質量的重要環節，瀝青混凝土攤鋪完成后便開始壓實工作，本工程采用振動碾碾壓，在碾壓過程中應當注意以下幾點：（1）瀝青混合料的壓實溫度控制在140～150℃范圍內，有事半功倍的作用，保證施工的質量。（2）在碾壓過程中，壓路機應以緩慢而均勻的速度碾壓，碾壓的行進速度控制在30m/min，路線及方向不應突然改變，不準剎車制動。相關研究表明，瀝青混凝土的容重隨著碾壓遍數的增加而增加，在碾壓過程中不應過分碾壓或者太多次碾壓，防止游離瀝青析出。（3）初壓應在混合料攤鋪后較高溫度下進行，從低的一側往高的一側行進，相鄰碾壓帶應重疊1/3~l/2輪寬，最后碾壓路中間地段，壓完全幅為一遍；當邊緣有擋板、路緣石、路肩等支檔時，應緊靠支擋碾壓，如果邊緣無支擋，可用耙子將邊緣的混合料稍稍耙高，然后將壓路機的外側輪伸出邊緣10cm以上碾壓。也可在邊緣先空出寬30~40cm，待壓完第一遍后，將壓路機大部分重量位于已壓實過的混合料面上再壓邊緣，以減少向外推移。（4）壓實溫度應根據瀝青稠度、壓路機類型、氣溫、鋪筑層的厚度、混合料的類型經試驗確定，溫度過低可能會使壓實效果不明顯，施工質量不合格，溫度過高有可能使得游離瀝青析出。（5）復壓應緊接在初壓后進行，復壓宜采用重型的輪胎壓路機，也可采用振動壓路機或鋼筒壓路機。碾壓遍數應經試壓確定，一般不宜少于4~6遍，達到要求的壓實度，并無顯著輪跡。（6）終壓應緊接在復壓后進行。終壓可選用雙輪鋼筒式壓路機或關閉振動的振動式壓路機碾壓，不宜少于2遍，并無輪跡，最后進行質量檢測。

4結語

綜上所述，瀝青混凝土心墻壩的施工過程，流程雖然簡單，但是各道工藝復雜，面對不同的情況需要采取不同的設計方案，在施工中需要遵守施工規范、嚴格按照施工工藝流程施工，只有這樣，才能保障工程的質量。

參考文獻

[1]楊潔.瀝青混凝土心墻壩心墻滲水原因分析與防滲處理簡述[J].中國新技術新產品，2015（6）：132.

[2]楊春雁，吳俊杰.新疆EDG水庫瀝青混凝土心墻壩三維有限元分析[J].廣西水利水電，2016（2）：51-53.

[3]胡小虎.深厚覆蓋層上瀝青混凝土心墻壩二維有限元分析[J].陜西水利，2019（4）：17-18，21.

[4]余林.澆筑式、碾壓式與組合式瀝青混凝土心墻特性研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2016.

作者:邱麗榮 李旭東 單位:紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質勘察咨詢規劃研究院