張俊濤，朱田勝

（西藏旁多水利樞紐管理局，850000，拉薩）

一、工程概況

旁多水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5km處的拉薩河干流上，為拉薩河中段梯級開發(fā)之首，是西藏自治區(qū)“十五”期間重點水利工程項目，工程任務(wù)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水。

樞紐由大壩、泄洪洞、泄洪兼導(dǎo)流洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、灌溉輸水洞等組成。工程規(guī)模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等，大壩為1級建筑物。水庫總庫容12.3億m3，設(shè)計正常蓄水位4 095 m，洪水位4 096 m，校核洪水位4 098.7 m，本工程地震基本烈度為Ⅷ度，大壩地震設(shè)計烈度采用Ⅸ度。

大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程為4 100 m，最大壩高72.30 m，壩頂長為1 052 m。瀝青混凝土心墻中心線位于壩軸線上游3 m處，心墻頂高程4 098.7 m。瀝青混凝土心墻采用變厚度設(shè)計，4 078 m高程以上心墻厚度0.7 m，4 078～4 053 m高程之間心墻厚度0.85 m，4 053 m高程以下心墻厚度1 m，底部3 m高范圍瀝青混凝土心墻厚度由1m擴大到2.2 m，兩岸瀝青混凝土心墻與岸坡基座、一二期瀝青混凝土心墻之間采用擴大端頭型式連接。瀝青混凝土心墻與基礎(chǔ)混凝土防滲墻采用混凝土基座連接，在基座的下游側(cè)設(shè)置灌漿廊道。瀝青心墻兩側(cè)設(shè)4 m厚的砂礫石過渡料。

壩體填筑分兩期施工，一期施工左岸灘地，二期施工右岸河床。一、二期瀝青心墻接頭設(shè)計采用擴大接頭型式，縱向1∶3斜坡。實際施工過程中高程4 046 m以上一期瀝青心墻未能預(yù)留擴大接頭，擴大接頭無法實現(xiàn)。

二、接頭方案擬定

圖1 擬定接頭示意圖

經(jīng)綜合考慮，初步擬定采用包裹式接頭型式?？紤]旁多工程覆蓋層深，地震設(shè)計烈度高，地處高海拔地區(qū)，一期與二期心墻之間、心墻與過渡料之間、分期施工及蓄水后心墻變形及應(yīng)力條件復(fù)雜。為驗證包裹式接頭型式的合理性，選擇合理瀝青砂漿配合比和砂漿厚度等參數(shù)，保證接頭具有良好的適應(yīng)變形能力、抗?jié)B性能、抗震性能等，需開展包裹式接頭型式專項研究。

初步擬定試驗及計算方案為包裹搭接水平長度3 m，瀝青砂漿過渡層厚10 cm，兩側(cè)包裹混凝土厚度50 cm，最終瀝青砂漿厚度、瀝青砂漿配合比、二期包裹水平長度、二期包裹兩側(cè)心墻寬度等參數(shù)通過試驗確定，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

三、接頭試驗

1.試驗過程

為了論證包裹式接頭型式的技術(shù)可行性，選擇合理的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，提出施工指導(dǎo)意見，開展瀝青砂漿性能與黏接厚度及接合處整體性能試驗。針對材料性能和工藝開展專項試驗研究，包括：瀝青砂漿材料試驗、瀝青砂漿厚度與瀝青混凝土接合處整體性能試驗、接頭型式工藝性試驗。

針對此次各項試驗內(nèi)容，試驗使用的主要儀器設(shè)備如下：LSZ—300A微機控制瀝青混凝土三軸試驗系統(tǒng)、WDW—20E微機控制電子式萬能試驗機、瀝青混凝土電動脫模器、DF—4/—5型電腦瀝青針入度測定儀、DF—10（11）型多功能電腦全自動軟化點測定儀、SY—2B型低溫雙數(shù)顯瀝青延伸度儀、82型瀝青旋轉(zhuǎn)膜烘箱、HWY—30恒溫水浴、瀝青混合料拌和機、瀝青混合料標(biāo)準(zhǔn)篩、電子天平（感量 1 mg）、電子天平（感量 0.01 g）等。

2.試驗結(jié)論與建議

經(jīng)過各項試驗研究，得出如下結(jié)論和建議：

①根據(jù)室內(nèi)試驗和現(xiàn)場模擬試驗結(jié)果，采用8 cm或10 cm作為砂漿過渡層施工厚度都能夠達到很好的黏結(jié)、緩沖和防滲作用，且力學(xué)性能和適應(yīng)變形能力差別不大，考慮到經(jīng)濟因素，選擇8 cm作為推薦施工厚度。

②瀝青砂漿具有良好柔性和抗?jié)B性能，可以較好地適應(yīng)瀝青混凝土心墻整體變形，將分期施工瀝青混凝土心墻鏈接為一個完整的防滲體系，但其材料彈性模量較小，建議施工過程嚴(yán)格控制砂礫石過渡料壓實度和二期澆瀝青混凝土孔隙率，保證對瀝青砂漿形成剛性約束，限制材料可能產(chǎn)生的變形。

四、接頭有限元計算分析

1.計算內(nèi)容

模擬瀝青混凝土心墻壩的分期施工過程，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)選擇合理計算參數(shù)，分析不同工況、不同部位的應(yīng)力應(yīng)變情況。

選取一、二期瀝青心墻接頭高程4 046 m處為典型剖面進行應(yīng)力應(yīng)變計算，計算剖面樁號0+661.45 m。

計算方案：靜力計算和動力計算。動力計算采用擬靜力法，模擬正常運行期遭遇9級地震的情況。

計算工況：靜力計算按照旁多心墻壩分期施工的填筑順序，自底向上模擬施工填筑的過程。填筑完成后模擬兩級蓄水的過程。動力計算模擬穩(wěn)定滲流時的正常運行期間遭遇9級地震的情況。計算方案及工況見表1。

表1 計算方案及工況

表2 推薦瀝青砂漿配合比參數(shù)

2.計算方法

計算采用二維非線性有限元計算方法。壩體堆石、基巖、過渡層和瀝青混凝土均采用Duncan—Chang E—B模型，混凝土基座、廊道襯砌和防滲墻采用理想彈塑性模型。計算考慮了材料楊氏模量、體積模量、抗剪強度的非線性特性，以及兩種材料接觸面上剪應(yīng)力與相對變位的非線性特性，還考慮了加卸荷過程中材料的非線性彈塑特性。

3.綜合分析

①目前高程4 046 m以下壩體變形已基本完成。新填筑的高程4 046 m以上壩體完工期沉降值為40.6 cm。

②蓄水后上游壩體由于上浮力作用沉降減小，最大沉降點移向下游。完工期上下游水平位移基本對稱，蓄水后向下游位移增大。位移結(jié)果符合心墻壩的變形規(guī)律。

③基礎(chǔ)為深厚砂礫石覆蓋層，k值偏低，因此水平方向位移最大值位于基礎(chǔ)中；基礎(chǔ)沉降值較大，壩體最大沉降位于壩底。

④心墻接頭處有0.029 MPa拉應(yīng)力，繼續(xù)填筑后消失。

五、方案設(shè)計

1.技術(shù)可行性

根據(jù)試驗結(jié)果，包裹式接頭型式中瀝青砂漿能較好結(jié)合一、二期瀝青混凝土，具有一定的變形適應(yīng)能力和抗?jié)B性能。根據(jù)有限元計算分析結(jié)果，接頭型式的改變對壩體整體應(yīng)力變形情況無改變，僅對接頭部位心墻應(yīng)力變形產(chǎn)生影響。在靜力工況下心墻接頭僅在施工期局部時段產(chǎn)生0.029 MPa拉應(yīng)力，隨著壩體填筑拉應(yīng)力消失。根據(jù)試驗和計算分析結(jié)果，采用包裹式接頭技術(shù)上是可行的。

2.瀝青砂漿厚度確定

根據(jù)接頭試驗結(jié)果，包裹式接頭上下游側(cè)面瀝青砂漿厚度與接頭力學(xué)性能和抗?jié)B性能存在如下規(guī)律：

（1）接頭處密實性能

隨著瀝青砂漿厚度的增加，其孔隙率逐漸減小。當(dāng)瀝青砂漿厚度增加至8 cm后，孔隙率趨于穩(wěn)定。這是由于瀝青砂漿厚度增加，易于瀝青砂漿流淌，填充密實。

（2）接頭處抗?jié)B性能

采用逐級增加水壓的方式測試滲漏情況。接頭處抗?jié)B性能試驗測試結(jié)果均不滲漏。

（3）接頭處剪切性能

接頭處剪切強度值最大為1.31 MPa，最小為1.08 MPa。接頭處剪切強度與接合面粗糙程度、表面骨料形態(tài)等有關(guān)，瀝青砂漿過渡層與瀝青接合效果較好。

（4）接頭處拉伸性能

隨著瀝青砂漿厚度的增加，其抗拉強度并未出現(xiàn)明顯變化，當(dāng)瀝青砂漿過渡層厚度達到8 cm后，拉伸試驗各項性能指標(biāo)趨于穩(wěn)定。

（5）接頭處彎曲性能

隨著瀝青砂漿厚度的增加，其抗彎強度并未出現(xiàn)明顯變化，當(dāng)瀝青砂漿過渡層厚度達到8 cm后，其他彎曲性能指標(biāo)趨于穩(wěn)定，故瀝青砂漿厚度取8 cm。

3.包裹式接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）結(jié)構(gòu)布置

包裹式接頭型式中，包裹搭接水平長度3 m，兩側(cè)包裹混凝土厚度0.52 m，在一期心墻上下游側(cè)面設(shè)8 cm厚瀝青砂漿過渡層，以改善豎直面新老混凝土接合面的性能。從高程4 046 m開始，每10 m高設(shè)一組兩向測縫計和滲壓計，以觀測接頭部位變形和滲漏情況。

二期心墻瀝青混凝土仍采用原設(shè)計材料和配合比，瀝青砂漿原材料可利用工程現(xiàn)有瀝青混凝土原材料，細(xì)骨料可采用成品料適當(dāng)調(diào)整級配，建議配比見表2，并根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗最終確定。

（2）技術(shù)要求

①一期瀝青混凝土心墻端頭及上下游側(cè)面表部不密實瀝青混凝土應(yīng)予鑿除，露出新鮮、密實瀝青混凝土面，鑿除面平整度差不大于1 cm，同時保證一期心墻厚度不小于原設(shè)計厚度。二期心墻鋪筑前接觸面按規(guī)范要求進行加熱處理。

②一期瀝青混凝土心墻上下游側(cè)面瀝青砂漿應(yīng)采取立模鋪筑措施，以保證砂漿結(jié)構(gòu)尺寸，接頭部位瀝青鋪筑厚度與二期瀝青心墻鋪層厚度一致。

③考慮包裹接頭部位一期心墻已經(jīng)施工完成，碾壓設(shè)備無法靠近一期心墻，靠近接合面局部可采用夯實方法。同時上下游側(cè)面為豎直接合面，只能靠側(cè)向擠壓作用和混合料的流動性使接合面銜接緊密，故施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青砂漿及混合料的入倉溫度，選擇適當(dāng)?shù)哪雺夯蚝粚崊?shù)，同時避免上層施工對下層已施工完接合面的干擾。對接合面采區(qū)針對性的質(zhì)量控制和檢測措施。施工單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗情況選擇合適的施工方法。