■蔣曉云

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 73 03 00）

關(guān)峽水庫瀝青心墻砂礫石壩心墻設(shè)計(jì)

■蔣曉云

（甘肅省甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 73 03 00）

主要介紹壩高31.88m的關(guān)峽水庫瀝青心墻砂礫石壩的瀝青心墻設(shè)計(jì)、對(duì)瀝青心墻混凝土的組成、指標(biāo)控制、及本工程采用的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)分析，說明其瀝青心墻設(shè)計(jì)的合理性，為其他相似工程的設(shè)計(jì)提供借鑒作用。

瀝青心墻砂礫石壩；瀝青心墻混凝土；骨料；填料；摻料

一、工程概況

關(guān)峽水庫位于秦州區(qū)大門鎮(zhèn)以南低中山區(qū)、大山溝下游出山口處，屬西漢水南源大門河流域，水庫壩址以上控制流域面積11.6km2，主河槽長約4.67km，比降為26.0‰，多年平均徑流量174萬m3。該河段上游居民村莊較少，水質(zhì)污染較小，其經(jīng)過常規(guī)工藝的水處理就能滿足人飲需要，宜作為供水水源地。

關(guān)峽水庫是一座以天水鎮(zhèn)的天水村、廟坪村、焦李村、杏溝村、蒲后村等5個(gè)行政村的生活、牲畜供水為主，兼有全天水鎮(zhèn)及秦州區(qū)南部農(nóng)村飲水安全工程涉及范圍內(nèi)的抗旱應(yīng)急任務(wù)的水源工程。工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2014年，設(shè)計(jì)水平年為2025年。正常供水設(shè)計(jì)保證率為95%。

本工程大壩左壩肩地處Ⅰ級(jí)階地后緣，天然岸坡坡角44°左右，上部為坡積碎石土覆蓋，厚1.0～10.0m。高程1690m以下基巖裸露，基巖巖性主要以中泥盆統(tǒng)（D22S14）灰綠色砂巖或粉砂巖為主，間夾板巖及粉砂質(zhì)千枚巖。壩基段為河床、漫灘及Ⅰ級(jí)階地，河谷寬82m，壩基段基巖埋深3.9～6.5m，基巖面高程1671.57m，河床漫灘巖性為砂礫石層，厚6.0～7.0m，呈青灰色，結(jié)構(gòu)稍密－中密，巖性主要為砂巖、粉砂巖為主，磨圓度及分選性均較好，呈棱角狀－次棱角狀，含大漂石，砂礫石底部為基巖，基巖巖性主要以中泥盆統(tǒng)（D22S14）灰綠色砂巖或粉砂巖為主，夾有板巖及粉砂質(zhì)千枚巖薄層。右壩肩地處大山溝主河道右側(cè)田間小路旁，天然岸坡坡角44°左右，上部為坡積碎石土覆蓋，厚1.0～10.0m，高程1730m以下基巖裸露，基巖巖性主要以中泥盆統(tǒng)（D22S14）灰綠色砂巖或粉砂巖為主，間夾板巖及粉砂質(zhì)千枚巖。工程區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

二、樞紐區(qū)布置

本水庫工程樞紐由瀝青心墻砂礫石壩、導(dǎo)流泄洪排沙洞、溢洪道及輸水建筑物等組成。導(dǎo)流泄洪洞布置在右岸山體內(nèi)，溢洪道布置在左岸壩肩，輸水建筑物設(shè)計(jì)為泄洪洞下埋設(shè)φ300mm的鋼管進(jìn)行輸水。其總體布置見圖1。

圖1樞紐布置圖

瀝青心墻砂礫石壩壩頂高程1700.80m，壩基高程1668.92m，最大壩高31.88m，全長147.97m。壩頂寬度為6.0m，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻高1.4m。壩體上游壩坡為1∶2.5、下游壩坡自上而下分別為1∶2.0、1∶2.5。壩體標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖2。

圖2壩體標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

下游壩坡在高程1687.00m處設(shè)寬2.0m的馬道，上游壩坡不設(shè)馬道。上游壩坡采用干砌塊石護(hù)面，厚0.5m，其下分別設(shè)0.25m厚砂礫石墊層和粗砂。下游壩坡采用C20鋼筋砼網(wǎng)格草皮護(hù)坡，厚0.2m。壩體排水型式采用排水棱體，頂寬2.0m，并在與砂礫石壩體和地基之間設(shè)反濾層。

壩體填筑料為砂礫石，填筑指標(biāo)為相對(duì)密度不小于0.85。心墻為澆筑式瀝青砼結(jié)構(gòu)，厚度0.4m，最大高度31.08m，頂部接C20鋼筋砼防浪墻，底部鑲嵌在心墻基座內(nèi)。心墻上下游設(shè)置1.5m寬砂礫石過度層。

基礎(chǔ)處理方案為：清除壩基范圍內(nèi)殘坡積粉質(zhì)壤土及河床上部疏松層砂礫石。心墻部位除左壩肩清除上部覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層表層，心墻嵌入不完整基巖巖體中；其余壩段清除覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層，將心墻嵌入較完整基巖巖體中。

左壩肩心墻基座基礎(chǔ)位于強(qiáng)風(fēng)化層段進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿深度為基巖強(qiáng)風(fēng)化層以下3.0m，雙排布置，孔距2.0m，灌漿長度約330m。

三、瀝青心墻砂礫石壩心墻設(shè)計(jì)

（一）瀝青混凝土的組成及特性

瀝青混凝土是用瀝青將天然或人工礦物骨料、填充料及各種摻加料等膠結(jié)在一起所形成的一種人工合成材料。它具有良好的柔性，能較好的適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形；其次它具有優(yōu)越的耐久性和防滲性；在嚴(yán)寒地區(qū)、高山或潮濕多雨地帶都可迅速施工；另外當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍時(shí)，它又近于熔融狀態(tài)，很便于修補(bǔ)。因此，非常適應(yīng)做水工結(jié)構(gòu)的防滲體。

瀝青混凝土主要組成材料包括瀝青、骨料、填充料。

瀝青是瀝青混凝土中的有機(jī)膠結(jié)材料，由碳?xì)浠衔锛胺墙饘傺苌锝M成。在常溫條件下呈固體、半固體或黏稠液體，不導(dǎo)電。

骨料和填充料骨料是瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的骨架，占瀝青混凝土質(zhì)量的80%左右。骨料可以分為粗骨料、細(xì)骨料以及填充料。在水工瀝青混凝土中，粗骨料通常被定義為粒徑大于2.5mm的粒料，細(xì)骨料通常是指粒徑位于0.074～2.5mm之間的粒料，填充料則是粒徑小于0.074mm的粒料。骨料宜采用性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石加工而成；骨料中針片狀顆粒的含量應(yīng)該較少；骨料表面應(yīng)清潔干凈；選擇骨料應(yīng)盡量選擇堿性骨料，當(dāng)需用酸性或中性巖石時(shí)，必須經(jīng)過充分的論證。

瀝青混凝土的性能主要有滲透性、感溫性、力學(xué)變形特性和耐久性，掌握好瀝青混凝土的特性，才能對(duì)工程進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

（二）瀝青心墻設(shè)計(jì)

本工程左右岸岸坡較對(duì)稱，對(duì)壩體的整體布置有利，且河床較為開闊，壩體應(yīng)力分布較好。但由于河床較寬，壩體在河床中間向下游方向變位撓度較大，對(duì)壩體防滲體適應(yīng)變形的要求較高，本工程經(jīng)過對(duì)砼面板堆石壩和瀝青心墻砂礫石壩進(jìn)行同精度比選后，推薦采用瀝青心墻砂礫石壩進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程中主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)為瀝青心墻的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系到工程成敗。故對(duì)瀝青心墻的設(shè)計(jì)分別從總體控制指標(biāo)、瀝青、骨料、填料、摻料四個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，已達(dá)到工程安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行的目的。

1.瀝青心墻總體控制指標(biāo)。本工程澆筑式瀝青砼心墻控制指標(biāo)為：孔隙率應(yīng)不大于2%；滲透系數(shù)應(yīng)不大于1×10-8cm/s；水穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)不小于0.9；分離度應(yīng)不大于1.05；抗流變性能好，澆筑時(shí)應(yīng)有足夠的施工流動(dòng)性和抗分層性；瀝青含量可為9%～13%；粗骨料的最大粒徑宜不大于26.5mm。施工時(shí)采用碾壓式施工方法。其具體技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1碾壓式瀝青混凝土技術(shù)性能指標(biāo)

2.瀝青性能控制指標(biāo)。根據(jù)工程區(qū)類別、結(jié)構(gòu)性能要求、當(dāng)?shù)貧鉁?、運(yùn)用條件和施工要求，本工程選用70號(hào)b瀝青，采用克拉瑪依丙脫瀝青。

3.骨料。瀝青混凝土骨料采用關(guān)子料場(chǎng)灰?guī)r為原料加工，該料巖性主要以青灰色中—厚層灰?guī)r為主，單層厚一般20～40cm，局部夾有2～10cm的砂質(zhì)頁巖、粉砂巖，灰?guī)r為塊狀構(gòu)造，致密堅(jiān)硬，巖體較為完整，強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0～2.0m，巖石比重2.79，吸水率0.20%，飽和抗壓強(qiáng)度為40～60Mpa，軟化系數(shù)0.85，凍融25次損失率僅0.07%，灰?guī)r為堿性巖石，人工破碎后可達(dá)到瀝青混凝土骨料技術(shù)要求。

細(xì)骨料采用人工砂或可摻入超過50%比例的天然砂。為改善瀝青混凝土的性能，其配制比例應(yīng)通過試驗(yàn)優(yōu)選，質(zhì)量應(yīng)符合表3的規(guī)定。

表2瀝青性能指標(biāo)

表3粗細(xì)骨料技術(shù)要求

4.填料。本工程填料采用堿性石粉（石灰?guī)r粉）。填料的儲(chǔ)存必須防雨、防潮、防止雜物混入。散裝填料應(yīng)采用筒倉儲(chǔ)存，袋裝填料應(yīng)存入庫房，堆高不應(yīng)超過1.5m，最下層距地面至少300m m。拌和機(jī)回收的粉塵可作為礦粉的一部分使用，但每盤用量不得超過填料用量的25%。填料質(zhì)量要求見表4及5。

5.摻料。根據(jù)工程需求，并按照監(jiān)理工程師指示選用利于改善瀝青混凝土物理力學(xué)性能的摻料，摻料的品種有石棉、消石灰、水泥、橡膠和塑料，其摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，并經(jīng)過計(jì)算和工程類比，本工程心墻采用等厚0.4m的澆筑式瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，最大高度31.08m，頂部接C20鋼筋砼防浪墻，底部鑲嵌在心墻基座內(nèi)。心墻上下游和壩殼料接觸區(qū)分別設(shè)置1.5m厚的砂礫石過度保護(hù)層，以滿足壩殼料和心墻之間的層間穩(wěn)定，在心墻發(fā)生裂縫或局部漏水的情況下保證整個(gè)壩體的滲透穩(wěn)定安全。

表4填料的質(zhì)量要求

表5礦粉的級(jí)配要求

四、結(jié)束語

本工程經(jīng)過以上精心設(shè)計(jì)，并通過多次方案審查，目前已經(jīng)開工建設(shè)，為工程早期發(fā)揮工程效益打下了基礎(chǔ)。經(jīng)過多次專家論證，說明本工程瀝青心墻的設(shè)計(jì)是合理可行的，本工程采用瀝青心墻砂礫石壩方案是合理可行的，本工程對(duì)心墻的控制是成功的，能夠滿足工程施工期和運(yùn)行期的安全。可為類似工程的設(shè)計(jì)作為經(jīng)驗(yàn)借鑒。

建議工程在施工過程中加強(qiáng)施工期壩體、心墻的變形變位監(jiān)測(cè)、壩體的沉降監(jiān)測(cè)，心墻的溫控監(jiān)測(cè)等，為工程后期運(yùn)行做好基礎(chǔ)資料的分析，為工程管理提供可靠的依據(jù)。

（編輯：王駿杰）

蔣曉云，1976年生，女，甘肅甘谷人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。