浅谈沥青混凝土心墙坝在缺乏土料地区的应用

浅谈沥青混凝土心墙坝在缺乏土料地区的应用

自佳春

云南省水利水电勘测设计院     云南 昆明 650021

摘要：在我国，采用沥青混凝土防渗技术有几十年的历史，沥青混凝土筑坝技术基本成熟，目前正处于高速发展的阶段，施工技术推广迅速，已成为土石坝筑坝技术的新亮点。沥青混凝土防渗体约为粘性土体积的1/20～1/50，防渗体的工程量小，劳动力更加集中，可以提高施工功效，加快施工进度，减少施工成本，不用挖土破坏植被和耕地，可有效的保护环境及农田，目前国内已建好的沥青混凝土心墙坝工程都表现较好的运行效果，将成为未来土石坝的研究及发展趋势。

关键词：水利水电；结构设计；沥青混凝土心墙坝。

1工程地质条件

热水河水库坝址区地形为对称的“U”形谷，两岸坡地形较陡，坡度38～52°，第四系残坡积层主要为碎石土、含碎石砂壤土,河床段冲洪积层主要为砂卵砾石夹孤石、漂石，结构松散；下伏基岩为侏罗系中上统坝注路组（J2-3b）粉砂岩及含砾砂岩，岩层倾向下游。左岸坡残坡积层厚1.2～3.0m，下伏强风化基岩埋深12.8～44.1m；右岸坡残坡积层厚1.5～2.9m，下伏强风化基岩埋深5.7～23.9m;河床段冲洪积层厚3.7～14.8m，下伏弱风化基岩。强风化岩体风化破碎、裂隙发育、强度指标低。坝基为中硬岩-较软岩，岩体风化较强，物理力学均一性差，变形和抗剪性能差，坝基适宜建土石坝，不宜修建重力坝、拱坝。

2天然建筑材料的勘察情况

风化料场位于坝址下游右岸，运距2km，料场岩性为白垩系下统景星组下段（K1j 1）砂岩夹泥质粉砂岩，有用料为强-弱风化岩体，经取料试验紧密密度为1.82～2.07g/cm3，含泥量5.02～17.41%，内摩擦角33.6～37.8°，碾压后渗透系数为2.1×10-4～5.13×10-1cm/s，料场储量321.2万m3，剥采比0.15，质量、储量基本满足风化料的要求，弱风化岩石满足块石料的要求。混凝土面板堆石坝填筑料为弱风化岩石，料场剥采比为0.48，存在料场剥离量大，占地面积较大，加之坝壳料场顶部占用公益林、生态红线和基本农田等制约因素，从建筑材料看不适宜修筑混凝土面板堆石坝。过渡料从小十二家小组南侧，运距8km，经取样试验分析，满足过渡料储量、质量要求。混凝土骨料和沥青混凝土骨料从思茅区南屏镇莲花村石料场购买，运距为90km，料场岩性为二叠系上统长兴组（P2c）中厚层灰岩，有用料为弱-微风化。经取样试验，不具碱活性危害，质量、储量满足混凝土骨料、沥青混凝土骨料要求。防渗土料共勘察四个防土料场，有用层为残坡积层，下伏母岩为砂泥岩，有用层厚度变化较大，含水量偏高的组数较多，有用层储量基本满足用料要求。但现状无施工道路，需新修7.7km道路及15km道路养护。总储量为54.35万m3，料场开采面积590亩，其中占用基本农田221.5亩，占用生态红线13亩，扣除制约性因素料场储量为32.6万m3小于51.8万m3（设计用料的1.5倍）。防渗土料场占用部分基本农田和生态红线，料场征地困难，需修建道路，不征地的料场范围的有用层储量不满足用料要求，坝型最终推荐沥青混凝土心墙风化料坝是合适的。

3坝工设计

3.1坝体结构

大坝为沥青混凝土心墙风化料坝，最大坝高94m，坝轴线长251m，坝顶宽10m，坝顶高程1158.60m，大坝上游坝坡由上到下分别为1：2.2、1:2.3、1：2.4，下游坝坡由上到下分别为1：2.1、1:2.0、1：2.0、1:2.0，马道宽均为2m。上游采用C20混凝土预制块护坡，下游坡面采用C20网格梁草坪护坡。度汛坝体采用强风化砂岩填筑，大坝上游坝壳料高程1115.40m以上水位变幅区、心墙下游1076.00m高程采用弱风化砂岩填筑的排水区，其余区采用强-弱风化砂岩混合料。沥青混凝土心墙设置于大坝坝轴线上游2m处，采用碾压式施工工艺，心墙采用垂直分段等厚设计，共分4段，自上而下为0.5～1.1m，心墙底部3m高范围内两侧按1:0.2边坡扩大后与宽10m厚1.5m的C20W8F50混凝土基座相连，基座与沥青混凝土连接处需涂抹阳离子乳化沥青再涂一层3cm厚的砂质沥青玛蹄脂，基座处沥青混凝土心墙扩大至2.3m。

3.2基础处理和防渗处理

心墙基座清基河床段清除第四系冲洪积层置于弱风化基岩，两岸坡清除第四系残坡积层，置于强-弱风化基岩上，坝壳区清除冲洪积层和残坡积层，建基于强-弱风化基岩上。坝基防渗采用帷幕灌浆，帷幕边界左右岸以设计正常蓄水位与地下水位线交点为界限，底界深入到q≤5Lu的相对隔水层以下5m。帷幕灌浆总长为504m，坝基段长251.5m，坝肩采用单排孔、孔距1.5m；坝基为双排孔，排距1.3m、孔距2m，平均灌浆深度约65m。对心墙基座基础进行固结灌浆，上下游各布置2排，排距2m，孔距2.5m，孔深8m。

3.3抗震措施

热水河水库工程枢纽区地震动峰值加速度为0.2g，地震动反映谱特征周期为0.45s，水库地震基本烈度为Ⅷ度，枢纽工程建筑物按8度设防，对工程抗震采取以下措施：①坝顶高程计算中，地震工况下安全超高考虑了1m地震涌浪高度及0.9m（约1%坝高）地震附加沉陷，保证在地震时库水不漫坝。②采用柔性的沥青混凝土心墙作为大坝防渗体，在心墙上下游各设置水平宽度各3m级配连续的过渡料，加强心墙与坝壳料的协调变形；心墙底部采用厚度逐渐扩大的连接形式，与基座接触带设置厚度1mm的紫铜止水片。③对上下游坝体进行分区，在上游坝体在1115.40m高程以上、下游坝体1076.00m高程以下采用弱风化砂岩填筑，保证下上下游坝体排水通畅。④大坝下游坝坡采用自上而下1：2.1、1:2.0、1:2.0、1:2.0的上缓下陡的坡比，抵抗地震情况下顶部放大效应可能造成的顶部局部破坏。⑤在1113.60马道以上上下游大坝填筑体靠近坝面水平20m范围内按高程间距1.6m设置加筋层，层面铺设加筋聚丙烯土工格栅，增加填筑体抗剪强度。⑥施工时在岸坡建基面附近2～3m范围内采用较细坝壳料填筑，使坝壳与岸坡结合更紧密；将超径坝壳料填筑在上下游坝坡面附近2～3m范围内，使其成为一相对的硬壳，保证地震情况下坝坡表面免受局部破坏。⑦坝壳料填筑孔隙率不大于21%，过渡料相对密度不小于0.8，提高坝体填筑密实度。

4结语

随着我国水利事业的快速发展,水利建设用地和土地资源紧张之间的矛盾越来越突出。节约用地就是各项建设都要尽量节省土地，千方百计地不占或少占耕地；节约土地资源、保护生态环境也成为了水利建设不可避让条件，设计单位只有在前期过程中充分论证比较，在土料缺乏地区或占用耕地、基本农田、生态红线、公益林、自然保护区等制约因素的前提下，从地形地质、建筑材料、工程布置、施工、建设征地及移民安置、环境保护及水土保持、投资等条件，找到经济、可行的方案，才能充分发挥水利工程的最大效益。

参考文献

[1]杜振坤,贾金生,陈肖蕾.水工沥青混凝土防渗技术发展与应用[J].水利规划与设计,2007.06.019.

[2]韩文利,徐星星.论水工沥青混凝土防渗结构的技术特点[J].建筑与预算,2011,(005 ):75-76.

[3]马智法,胡国兴,郭洪娟.碾压式沥青混凝土防渗心墙施工质量控制要点[J].东北水利水电.2009,(5).13-14,24.