李善超

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂276000）

石嵐水庫位于山東省臨沂市費縣境內(nèi)，建成于1982年，總庫容約2 375萬m3，是一座以灌溉供水為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等的中型水庫。水庫大壩長度328.3 m，平均高度35 m，壩頂寬6.5 m。截至2018年6月，石嵐水庫大壩平均滲流量已達到56.5 m3/h，經(jīng)多年運行壩體存在諸多貫穿裂縫，經(jīng)鑒定為三類壩，最終選擇瀝青混凝土心墻加固技術(shù)。

1 瀝青混凝土最佳配合比確定

1.1 瀝青混凝土各項材料技術(shù)要求

瀝青混凝土心墻具有良好的防滲性和變形能力，組成材料包括：瀝青、粗骨料、細骨料、填料等[1]，本項目對各組成材料性能指標及檢測結(jié)果如下：

1）瀝青。采用的是東營廣發(fā)化工公司產(chǎn)的70#瀝青，心墻對瀝青的相關(guān)技術(shù)指標要求及本項目所采用瀝青指標對比見表1，經(jīng)對比可知：所選用瀝青符合要求。

表1 瀝青技術(shù)指標要求及對比

2）骨料。粗骨料首選堿性骨料，包括石灰?guī)r、白云巖等，與瀝青粘結(jié)較好。另外，要求質(zhì)地堅硬、級配良好。本項目選用本地產(chǎn)的石灰?guī)r粗骨料，具體測試結(jié)果見表2，經(jīng)檢測，粗骨料質(zhì)量合格。

表2 粗骨料指標要求及對比

細骨料粒徑范圍在0.074～0.25 mm，一般要求堅硬、耐久、潔凈，且不得含有較多泥塊等雜質(zhì)。項目選用本地產(chǎn)河砂，具體測試結(jié)果見表3，經(jīng)檢測該種河砂含泥量較大，在使用前必須進行沖洗[2]。

表3 細骨料指標要求及對比

3）填料。填料粒徑很?。?.074 mm以下），在瀝青混凝土料中填充骨料孔隙，是保證心墻防滲性的重要基礎(chǔ)，一般常采用填料為石灰?guī)r粉、碳酸巖粉、白云巖粉等[3]。項目采用石灰?guī)r粉，粒徑組成見表4，經(jīng)檢測合格。

表4 填料粒徑組成

1.2 配比試驗設(shè)計

1）配比正交試驗設(shè)計。礦料級配采用理論計算結(jié)合其他工程經(jīng)驗的方法確定范圍，參考丁樸榮公式[4]，共設(shè)計出如表5所示的4個骨料級配參數(shù)。

混合料中若瀝青含量太大，則會使心墻整體有較大彈性，能適應(yīng)較大的位移變化，但強度較小，不足以抵擋較大壓強水流沖擊；若瀝青含量太小，則容易因壩體不均勻移動而產(chǎn)生裂縫，影響抗?jié)B性[5]。參考其他工程經(jīng)驗，共設(shè)計了兩個含量作比較，見表5。

填料含量決定了瀝青混凝土的孔隙率大小，填料含量越大，孔隙率越小，越有利于提高防滲性，但同時也會降低混凝土心墻結(jié)構(gòu)的抗壓強度。參考其他工程經(jīng)驗，共設(shè)計了3個含量作比較，見表5。

表5 配比正交試驗設(shè)計中各材料含量

2）試驗結(jié)果分析。本項目共設(shè)計正交試驗組數(shù)24組，依次編號（1#～24#），為保證準確率，每組設(shè)計3個相同試件。試驗檢測內(nèi)容包括：抗拉性、抗壓性、抗剪性、水穩(wěn)定性、彎曲性[6]，由于篇幅限制，在此只做部分敘述。

（1）拉伸試驗。拉伸試驗試件設(shè)計尺寸為：40 mm×40 mm×220 mm，溫度20℃，加載拉力速率0.01 MPa/min，經(jīng)統(tǒng)計，各試件最大應(yīng)變值約為3%左右，其中8#試件此時拉應(yīng)力約為0.29 MPa，表現(xiàn)較好。

（2）抗壓試驗?？估囼炘嚰O(shè)計尺寸為：100 mm×100 mm（圓柱形），溫度20℃，加載壓力速率0.01 MPa/min，經(jīng)統(tǒng)計，各試件在位移4～5 mm時，壓應(yīng)力達到最大值；各試件最大抗壓應(yīng)力值差別較小，基本均在11～15 MPa之間，其中8#試件最大抗壓應(yīng)力為13 MPa，處于中上位置。

（3）彎曲試驗。彎曲試驗試件設(shè)計尺寸為：35 mm×40 mm×250 mm，溫度20℃，加載速率1 mm/min，經(jīng)統(tǒng)計，各試件在撓跨比為5%～6%時，載荷達到最大值，約為80～100 N；但各試件所能承受最大載荷差別較大，12#試件可達105 N，4#試件僅為80 N。其中8#試件最大抗彎應(yīng)力為100 N，處于中上位置。

通過綜合分析24種配比下的試件性能，8#試件能夠較好平衡抗拉性、抗壓性、抗剪性、水穩(wěn)定性、彎曲性，各項參數(shù)也能滿足規(guī)范要求，因此本項目確定8#試件配比作為瀝青混凝土混合料的最終配比，即：礦料級配0.42，填料含量12%，瀝青含量6.9%。

2 心墻最大變形量及最大應(yīng)力分析

采用數(shù)學(xué)模擬（鄧肯模型、修正劍橋模型）和計算機模擬技術(shù)來估算瀝青混凝土心墻的最大變形量及主應(yīng)力，以此驗證配比合理性。

2.1 心墻最大變形量

由經(jīng)驗可知：心墻應(yīng)變最大位置處于順河向河床中間，應(yīng)變程度與心墻高度有直接關(guān)系，模擬曲線詳如圖1所示。由圖1可知：（1）心墻從底到頂，應(yīng)變程度趨勢：小—大—小，在0.5倍的壩高處位移量最大；（2）相對于竣工期和死水位，心墻在正常蓄水位時應(yīng)變程度最大，最大值約為2.7%。通過之前試驗可知該配比下瀝青混凝土材料最大應(yīng)變?yōu)?%，大于正常蓄水位的應(yīng)變程度，因此滿足要求。

圖1 不同時期、不同位置心墻最大位移量曲線

2.2 心墻最大主應(yīng)力

由經(jīng)驗可知，心墻最大主應(yīng)力位置也是位于順河向河床中間，主要是受上游水給壩體壓應(yīng)力作用于心墻上。主應(yīng)力大小與心墻高度也有直接關(guān)系，模擬曲線如圖2所示。由圖2可知：（1）心墻從底到頂，主應(yīng)力變化趨勢為小—大—小，在0.3倍的壩高處主應(yīng)力最大；（2）相對于竣工期和死水位，心墻在正常蓄水位時主應(yīng)力最大，達到1.2 MPa，不過死水位與之差別很小了。通過之前試驗可知該配比下瀝青混凝土材料能承受的最大壓應(yīng)力均在10 MPa以上，遠大于正常蓄水位時的主應(yīng)力值，因此滿足要求。

圖2 不同時期、不同位置心墻最大主應(yīng)力曲線

3結(jié)語

石嵐水庫大壩經(jīng)過本次防滲加固后，徹底解決了滲漏量大的問題，并結(jié)合其他加固措施，大大延長了壩體使用壽命，取得了較好的社會經(jīng)濟效益。瀝青混凝土心墻對于配比設(shè)計要求很高，這也是很多工程失敗的根本原因。瀝青混凝土材料的配比設(shè)計切不可照搬其他工程，可以參照其經(jīng)驗再結(jié)合工程實際進行調(diào)整。