水利工程沥青混凝土心墙坝设计探析

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【摘要】本文对沥青混凝土心墙的相关概念及技术特点进行了阐述，并以金平县三岔河水库大坝工程的设计做了进一步的分析。

【关键词】沥青混凝土；心墙坝；水利工程

沥青混凝土心墙由于其良好的防渗、防震性能以及适应变形性能，是一种柔性的防渗结构，具有很强的适应性，获得了越来越广泛的应用。但与国外利用这一坝型的历史相比，我国还是存在一段差距，因此我们应熟悉和掌握沥青混凝土心墙坝的概况、技术，同时不断积累经验，为后期的水利工程建设打下基础。

1沥青混凝土心墙坝概述

沥青混凝土（bituminousconcrete）俗称沥青混凝土，是将一定含量比例的矿质材料与适量的路用沥青，在特定条件下搅拌而成的混凝土材料，如图1所示。沥青混凝土是一种重要的建筑材料，其可以根据工程不同的施工要求确定不同的配合比，从而满足工程建设对材料的要求。在水利工程中以沥青混凝土作为中央防渗体的土石坝就是所谓的沥青混凝土心墙坝，工程中多采用密实沥青混凝土心墙形式，分层填筑，振动碾压实。心墙底一般厚约为坝高的1/50，心墙两侧设置碎石过渡层，下游侧可作为排水层，上游侧可用于心墙漏水时灌浆，此外，还有块石沥青混凝土心墙与油碴沥青混凝土心墙等形式[1]。以沥青混凝土作为中央防渗体的土石坝主要由坝支承体、沥青混凝土心墙及其过渡层、棱体排水以及上、下游护坡等组成，心墙底部通常设置观测廊道[1]。目前建设中的沥青混凝土心墙堆石坝最高已达105m。

2沥青混凝土心墙技术特点

2.1沥青混凝土心墙坝的前期准备。为了保障沥青混凝土心墙的施工质量，首先应做好施工材料的准备工作和施工设备的选择工作，表1为两种常用混凝土搅拌机的比较。前期工作是指沥青混合料的采购、拌和制备沥青混凝土，并将沥青混凝土运输到施工现场。2.2沥青混凝土心墙的施工工艺。沥青混凝土心墙的施工工艺流程为：清理混凝土表面→放线测量→沥青混合料、过渡料分别装入摊铺机内→摊铺机摊铺→沥青混合料碾压→过渡料碾压[2]。为保障沥青混凝土心墙的整体性，可以采用联合摊铺机完成。2.3沥青混凝土心墙优点。（1）沥青混凝土心墙墙体位于坝体中间，运行环境条件稳定，受外部荷载等因素影响较小，墙体耐久性和裂缝自愈能力好[3]。（2）沥青混凝土心墙对坝基工程技术要求相对较低，心墙的塑性性能较好，可有效吸收坝体变形，抵抗冲击能力较强，对不同工程地质条件适用性强。（3）施工工艺较简单，主要指沥青混凝土摊铺、压实方面；较容易与河床两岸混凝土底座连接，同时灌浆量少于面板坝。2.4沥青混凝土心墙缺点。①沥青混凝土心墙坝一般情况下仅下游坝体产生水压力，施工条件较为复杂，受水平和垂直应力的影，工程量大；②沥青混凝土心墙埋于坝体内部，防渗面积大，若坝体发生较大漏水，后期漏水检查与修补工作难度较大，检查修复工作比较困难。

3案例分析

现以金平县三岔河水库大坝为例，进行沥青混凝土心墙施工技术分析。根据《水利水电工程施工导流设计规范》（SL623—2013）规定，临时导流建筑物为5级，导流建筑物（土石结构）洪水标准为5-10年一遇。结合当地工程经验与本工程实际情况，导流建筑物洪水标准采用上限10年一遇，枯水期（11月-翌年4月）相应设计洪峰流量为71.0m3/s。本工程大坝施工需考虑施工导流，根据本工程特点和河段水文特征及施工进度要求，本工程导流方式为采用河床一次断流，土石围堰结合大坝临时挡水，隧洞导流的方式。3.1工程背景。三岔河水库工程库区位于红河支流龙博河上游，水库坝址控制面积为上坝址24.2km2、下坝址28.3km2。三岔河水库是一座兼顾城镇及农村人畜饮水和农业灌溉供水的中型水利工程，水库坝址以上径流区无任何水利工程。项目区位于金平苗族瑶族傣族自治县马鞍底乡西部的中良村委会竹林脚村，坝址距竹林脚村2.7km，距离马鞍底乡乡政府17.4km，距金平县县城146km，坝址旁有乡村道路，交通比较便利。下坝址沥青心墙堆石坝枢纽平面布置图如图4所示。3.2下坝沥青心墙堆石坝布置。根据坝址地形地质条件，该坝址坝轴线设置成折线型，并在折线处设置为0+000点，将其分为主坝和副坝，主副坝轴线垂直于河道轴线布置。大坝防渗体为沥青混凝土心墙，心墙轴线距坝轴线2.0m，心墙顶宽0.6m，顶高程为1714.60m，与“L”型混凝土防浪墙连接，心墙与防浪墙间涂厚度为2cm的砂质沥青玛蹄脂，并设置一道铜片止水。主坝心墙厚度采用阶梯式布置，即由上至下厚度依次为0.6m（高程1648.0～1714.60m）、1.0m（高程1637.6.00～1648m），下部设1.6m高的沥青混凝土基础扩大段，即由1.0m扩大到1.8m。心墙基座采用C25钢筋混凝土浇筑，厚2.0m。为使主副坝心墙更便于连接，副坝心墙厚度采用等厚布置，厚度为0.6m，下部设1.6m高的沥青混凝土基础扩大段，即由0.6m扩大到1.4m。心墙与基座间涂厚度为2cm的阳离子乳化沥青，并设置两道铜片止水。在心墙上、下游侧均设过渡层，过渡层Ⅰ厚度为1.45m，过渡层Ⅱ厚度为2.0m。3.3设备的选择确定。参考表1本工程拟选用固定强制式搅拌机进行搅拌工作，同时采用碾压式的摊铺机进行铺筑施工。根据碾压式沥青混凝土心墙施工的需求，性能完善的沥青混凝土心墙摊铺机应具备以下几个功能：①可以连续摊铺且满足心墙坝体一定厚度的要求，同时还要做好初步压实工作[4]；②在进行上述摊铺工作的同时，铺筑一定宽度、厚度的砂石料过渡层，并保障过程中没有过渡料洒落到心墙摊铺层表面；③心墙坝体的宽度随着坝体的升高而逐渐减小，因此摊铺心墙的宽度变化必须在一定范围内；④摊铺机上要设置层面结合设备，保障心墙的整体性；⑤严格控制摊铺机走向，满足心墙线的要求。3.4沥青混凝土心墙铺筑施工（1）在进行沥青混合料摊铺前，应先按要求标注心墙轴线，注意推进过程中中心线的偏差情况，偏差应控制在±5cm内。（2）启动摊铺机预热，熨平板温度不低于100℃，沥青混合料摊铺温度，正常情况下应控制在150~165℃之间，超过170℃或低于145℃时废弃，摊铺气温应高于10℃。再用装载机向摊铺机的两个料斗中装入沥青混凝土熟料和心墙一侧的过渡料，装入适量的材料后向前推动摊铺机。（3）摊铺厚度小于23cm，压实后厚度大约为20cm。受尺寸限制的影响，摊铺机无法进行周边的摊铺，需要人工来完成心墙两端与岸坡连接段的摊铺。（4）摊铺面开始受料前，应在受料斗和送料刮板上涂刷少许隔离剂（洗衣粉混合液），防止沥青混合料粘在其上。3.5沥青混合料碾压施工。沥青混合料的压实是保证沥青面层质量的重要环节，沥青混凝土摊铺完成后便开始压实工作，本工程采用振动碾碾压，在碾压过程中应当注意以下几点：（1）沥青混合料的压实温度控制在140～150℃范围内，有事半功倍的作用，保证施工的质量。（2）在碾压过程中，压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，碾压的行进速度控制在30m/min，路线及方向不应突然改变，不准刹车制动。相关研究表明，沥青混凝土的容重随着碾压遍数的增加而增加，在碾压过程中不应过分碾压或者太多次碾压，防止游离沥青析出。（3）初压应在混合料摊铺后较高温度下进行，从低的一侧往高的一侧行进，相邻碾压带应重叠1/3~l/2轮宽，最后碾压路中间地段，压完全幅为一遍；当边缘有挡板、路缘石、路肩等支档时，应紧靠支挡碾压，如果边缘无支挡，可用耙子将边缘的混合料稍稍耙高，然后将压路机的外侧轮伸出边缘10cm以上碾压。也可在边缘先空出宽30~40cm，待压完第一遍后，将压路机大部分重量位于已压实过的混合料面上再压边缘，以减少向外推移。（4）压实温度应根据沥青稠度、压路机类型、气温、铺筑层的厚度、混合料的类型经试验确定，温度过低可能会使压实效果不明显，施工质量不合格，温度过高有可能使得游离沥青析出。（5）复压应紧接在初压后进行，复压宜采用重型的轮胎压路机，也可采用振动压路机或钢筒压路机。碾压遍数应经试压确定，一般不宜少于4~6遍，达到要求的压实度，并无显著轮迹。（6）终压应紧接在复压后进行。终压可选用双轮钢筒式压路机或关闭振动的振动式压路机碾压，不宜少于2遍，并无轮迹，最后进行质量检测。

4结语

综上所述，沥青混凝土心墙坝的施工过程，流程虽然简单，但是各道工艺复杂，面对不同的情况需要采取不同的设计方案，在施工中需要遵守施工规范、严格按照施工工艺流程施工，只有这样，才能保障工程的质量。

参考文献

[1]杨洁.沥青混凝土心墙坝心墙渗水原因分析与防渗处理简述[J].中国新技术新产品，2015（6）：132.

[2]杨春雁，吴俊杰.新疆EDG水库沥青混凝土心墙坝三维有限元分析[J].广西水利水电，2016（2）：51-53.

[3]胡小虎.深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝二维有限元分析[J].陕西水利，2019（4）：17-18，21.

[4]余林.浇筑式、碾压式与组合式沥青混凝土心墙特性研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2016.

作者:邱丽荣 李旭东 单位:红河哈尼族彝族自治州水利水电工程地质勘察咨询规划研究院