瀝青混凝土心墻連續(xù)轉(zhuǎn)彎在水利樞紐防滲中的應(yīng)用

陳 雷

(重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計研究院，重慶 400020)

1 工程概況

重慶市武隆區(qū)河心煙草援建水源工程位于重慶市武隆南部巷口鎮(zhèn)蘆紅村的河心河上游，攔水壩為瀝青混凝土心墻堆石壩。堆石壩壩軸線長137m，壩頂高程1294.3m，壩頂寬6.0m。上下游壩坡坡比為1:1.55，大壩最低建基面高程1260.3m，最大壩高34m。當(dāng)?shù)匾苑N植煙草等經(jīng)濟(jì)作物作為主要收入來源，受制于灌溉水源保證率不足問題，作物收成難以保障，居民收入較低，總體貧窮落后。工程建成后，將解決武隆區(qū)巷口鎮(zhèn)楊家、廣坪、蘆紅和出水4個村共2610畝耕地的灌溉用水，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)村人口的貧窮情況。

工程防滲采用瀝青混凝土心墻形式，心墻為豎直式布置，心墻軸線布置在壩軸線上游1.5m處。頂部高程為1292.7m，心墻頂寬為0.6m，心墻兩側(cè)坡比為1：0.005，近底部3m位置處寬度放寬至1.8m。心墻與壩殼料間上、下游均各設(shè)一層水平寬度為3m的過渡層。心墻底部設(shè)3m厚C25混凝土基座，心墻與基座連接處鑿毛，然后噴涂稀釋瀝青，最后涂一層1～2cm砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。瀝青心墻與基座接觸處縱向周邊縫設(shè)兩道“W”型銅片止水。

工程所在流域地處亞熱帶濕潤氣候區(qū)，氣候主要表現(xiàn)為冬寒、夏熱、秋陰，氣溫較低，濕度大，雨量充沛，陰雨天多，晴天少，無霜期長，受大陸性季風(fēng)影響顯著，災(zāi)害性天氣頻繁。多年平均相對濕度為79.0%，多年平均風(fēng)速1.6m/s，多年平均最大風(fēng)速18m/s，極端最大風(fēng)速31m/s。所在區(qū)域冬季極易起霧，溫度較低，時常出現(xiàn)霜降和降雪情況。

2 工程瀝青混凝土心墻轉(zhuǎn)彎布置及可能不利影響

工程選址時考慮了上下壩址，兩壩址均具備建壩條件。上壩址在地形條件、庫區(qū)情況等方面要優(yōu)于下壩址；下壩址的交通條件、工程布置以及工程投資上又有較明顯的優(yōu)勢。綜合考慮，下壩址建設(shè)條件及工程投資較優(yōu)，最終選擇下壩址作為工程推薦壩址。但推薦壩址處地形相對較復(fù)雜。壩址處河心河由南向北流入，河谷由開闊變狹窄，河道較順直，巖層傾向下游，為橫向谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中公路上游約25m為已損毀原土壩壩線位置，左岸堆積有厚度較大的覆蓋層，公路下游河流比降增大。河谷橫斷面呈開闊“U”型，河床寬10～20m，河床高程1265～1266m，水庫正常蓄水位1292.5m時谷寬151～156m。壩址右岸前部壩肩較雄厚，后部地形陡降。右岸尚有一淺切溝由南東向北西方向匯入。左岸下游段地形坡角23～25°，地表堆積有殘坡崩積堆積物，向上游地形變陡，地形坡角約為45°，可見基巖出露地表。右岸地形高程1285m以下地形坡角30°～42°，高程1285m以上地形坡角15°～25°。

壩址巖性主要為頁巖及粉砂質(zhì)頁巖，基本呈現(xiàn)垂直風(fēng)化分帶特征，根據(jù)鉆孔揭示，其風(fēng)化特征是表層巖體強(qiáng)風(fēng)化，巖心破碎多呈碎粒及碎塊，其下巖體弱風(fēng)化，巖心多呈柱狀。左壩肩強(qiáng)風(fēng)化帶厚0.50～9.70m，相應(yīng)底界高程1256.30～1299.60m，其中ZK18、ZK19等孔覆蓋層厚度大但強(qiáng)風(fēng)化層厚度較小，分析可能原屬河床，后經(jīng)崩坡積及人工堆積覆蓋而成。

根據(jù)樞紐地形情況，本工程基巖為頁巖，承載力較低，不適合修建壩高30m以上的重力壩。柔性壩壩型選擇面板堆石壩和心墻堆石壩作為對比。壩體高度30～40m，堆石料抗剪強(qiáng)度較高，面板堆石壩壩坡坡比為1∶1.4，心墻壩壩坡坡比為1∶1.55，心墻堆石壩較面板堆石壩壩體填筑料略多，但心墻堆石壩較面板堆石壩防滲線更短?？傮w經(jīng)濟(jì)性心墻堆石壩較優(yōu)，故工程采取瀝青混凝土心墻堆石壩作為攔水壩。

大壩樞紐布置河床為瀝青混凝土心墻堆石攔水壩，右壩肩設(shè)置重力泄水低壩、取水塔和取水隧洞。為銜接右岸泄洪建筑物，適應(yīng)樞紐地形，同時降低工程投資，大壩軸線需在壩軸線樁號壩橫0+100m至壩橫0+130m位置進(jìn)行轉(zhuǎn)折，壩軸線轉(zhuǎn)折形態(tài)總體呈“S”型。為配合壩軸線的轉(zhuǎn)折，本工程瀝青混凝土心墻在壩軸線樁號壩橫0+095.83至壩橫0+105.86位置和樁號壩橫0+123.07m至壩橫0+133.42位置處分別設(shè)置轉(zhuǎn)折。樁號壩橫0+095.83至壩橫0+105.86位置轉(zhuǎn)彎半徑為18m，弧長為10.1m；樁號壩橫0+123.07m至壩橫0+133.42位置轉(zhuǎn)彎半徑為18m，弧長為10.7m。如圖1所示，壩軸線轉(zhuǎn)彎后，軸線長度較直線段減少約26m，壩體最大基礎(chǔ)寬度和總體填筑量減少，溢洪道進(jìn)水泄水更加平順，提高了工程泄洪安全性，工程建筑投資減少約850萬元。

大壩壩軸線轉(zhuǎn)彎后對工程布置帶來了有利的影響，但對瀝青混凝土心墻的設(shè)計和施工提出了較高的要求。心墻連續(xù)轉(zhuǎn)彎呈“S”型后的受力情況較直線心墻與拱形心墻復(fù)雜， “S”彎間的連接情況較直線心墻更易發(fā)生形變。轉(zhuǎn)彎段心墻的彎曲、拉伸極易產(chǎn)生較大的變形，使心墻的孔隙率不滿足防滲要求產(chǎn)生滲漏。故心墻連續(xù)轉(zhuǎn)彎對瀝青混凝土心墻防滲存在著不利影響，需采取工程措施消除隱患。

3 為保證心墻轉(zhuǎn)彎段防滲效果采取的措施

為增強(qiáng)轉(zhuǎn)彎段心墻的物理強(qiáng)度，減小心墻不利變形，確保心墻防滲安全可靠，工程設(shè)計中采取了以下措施：

工程瀝青混凝土心墻采用了最大粒徑不超過19mm的新鮮灰?guī)r作為粗骨料、粗骨料原料為堿性，質(zhì)地堅硬，加熱過程中不易出現(xiàn)開裂、分解等現(xiàn)象，與瀝青黏附力強(qiáng)，堅固性較好；采用了粒徑在2.36～0.075mm的灰?guī)r人工砂材料作為細(xì)骨料，細(xì)骨料在密度，水穩(wěn)定性等級、吸水率和含泥量等方面均滿足瀝青混凝土心墻規(guī)范要求；心墻填料采用了白云巖礦粉和石灰?guī)r礦粉，均進(jìn)行了密度試驗、含水率試驗、親水系數(shù)試驗及級配篩分試驗，選取滿足要求的礦粉填料；采用了針入度、延度、軟化點、溶解度、閃點、密度等均滿足規(guī)范要求的克拉瑪依70號A級瀝青作為瀝青混凝土心墻的原料。從原料上嚴(yán)格把控，確保心墻使用滿足要求和規(guī)范的合格原料。

同時在心墻澆筑前對瀝青混凝土配合比進(jìn)行了四種不同配合比的試驗，選取了配合比最優(yōu)值。根據(jù)不同骨料級配指數(shù)、不同礦粉含量和不同油石比組成各種不同配合比，通過孔隙率、變形和強(qiáng)度試驗，選擇出滿足工程要求的較優(yōu)配合比瀝青混凝土。

設(shè)計從壩體樁號壩橫0+090.83—0+095.83和樁號壩橫0+138.42—0+133.42，將心墻厚度逐漸從0.6m漸變?yōu)?.8m，使樁號壩橫0+095.83—0+133.42段心墻厚度為0.8m。轉(zhuǎn)彎段心墻加厚后，對其自身的剛度有較大提高，同時更有利于心墻在壩體蓄水受力變形后的“自愈”，提高防滲的可靠性。

圖1 心墻軸線平面布置圖

對右岸樁號壩橫0+123.07處發(fā)育卸荷裂隙位置心墻基座進(jìn)行刻槽處理，減少心墻位移隱患。開挖揭示卸荷裂隙長約16m，深度約1.6m，頂部裂隙張開最寬處為1m。先采用C15混凝土對裂隙進(jìn)行充填，隨后設(shè)置心墻鍵槽，鍵槽深度為2.5m，鍵槽底寬為2m，鍵槽側(cè)邊坡比為1∶0.2的倒坡，刻槽長度為20m。

轉(zhuǎn)彎段上下游心墻過渡層及下游壩體堆石料均采用新風(fēng)化灰?guī)r料，保證上下游填料的支撐作用。心墻兩側(cè)過渡料應(yīng)與心墻同時鋪筑碾壓，過渡層厚為3000mm，均選用堅硬、無污染、耐風(fēng)化和具有較強(qiáng)抗水性的灰?guī)r料。過渡料要求具有連續(xù)級配，最大粒徑不大于80mm，小于5mm的含量為25%～40%，小于0.075mm的含量不超過5%，滲透系數(shù)K≥5×10-2cm/s，控制壓實干密度2.16g/cm3，孔隙率不大于21%。下游堆石料最大粒徑不超過600mm，小于50mm 的含量不超過20%，滲透系數(shù)K≥5×10-2cm/s。設(shè)計干密度2.16g/cm3，孔隙率不大于21%。

工程地處重慶市山區(qū)，海拔約1300m，當(dāng)?shù)囟径囔F多雨，濕度較大、溫度較低。工程心墻澆筑高峰期處于秋冬季節(jié)，在施工中采取不間斷烘烤方法；同時瀝青從恒溫罐至拌和樓應(yīng)采用外部保溫的雙層管道輸送，內(nèi)管與外管管間可通導(dǎo)熱油，以避免瀝青在輸送過程中凝固堵塞管道，保證瀝青混合料出機(jī)口溫度控制在165～175℃。各種措施對瀝青混凝土入倉和填筑溫度提供了有力的保障，保證瀝青混凝土心墻在冬季的澆筑質(zhì)量。

4 結(jié)語

現(xiàn)工程已順利蓄水至設(shè)計正常蓄水位。位于樁號壩橫0+122.67處的滲壓計P6顯示2019年8月4日蓄水初期滲透壓力為14.271kPa，2019年10月12日穩(wěn)定蓄水兩月后滲透壓力為14.328kPa；同樁號位置的心墻位移計SR3 2019年8月4日蓄水初期位移為-1.16mm，2019年10月12日穩(wěn)定蓄水兩月后位移為-1.23mm；位于樁號壩橫0+089.98處的心墻固定式測斜儀IN5、IN6與IN7顯示2019年8月4日蓄水初期數(shù)據(jù)分別為-2411、765、712，2019年10月12日穩(wěn)定蓄水兩月后數(shù)據(jù)分別為-2407、773、710。根據(jù)監(jiān)測儀器反饋資料，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)反應(yīng)變化情況均在可接受范圍內(nèi)，且數(shù)據(jù)變化幅度為逐漸縮小趨勢，證明工程心墻變形情況趨于穩(wěn)定，防滲效果良好。

通過工程實踐，瀝青混凝土心墻在實際應(yīng)用中，通過科學(xué)的工程設(shè)計和正確的施工方法，是可以根據(jù)工程要求進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)彎的，轉(zhuǎn)彎段的心墻變形和防滲性質(zhì)滿足工程對瀝青混凝土心墻的防滲要求。