双桥水库沥青混凝土心墙设计浅析

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

1 工程概况

双桥水库位于巴河左岸一级支流龙潭溪上，是一座以灌溉为主，兼顾灌区农村人畜饮水，并作为平昌县城区应急备用水源的中型水利工程。水库正常蓄水位456.40m，总库容1784×104m3，设计灌溉面积0.38万hm2。大坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高74.90m。坝基防渗采用帷幕灌浆，坝体防渗采用沥青混凝土心墙，心墙和防渗帷幕之间采用混凝土心墙基座连接，河床及岸坡段的心墙混凝土基座均置于经过固结灌浆处理的弱风化基岩面上。沥青混凝土心墙堆石坝设计剖面见图1。

图1 双桥水库沥青混凝土心墙堆石坝横剖面

2 心墙施工方式选择

沥青混凝土心墙根据施工方法的不同，有碾压式和浇筑式两种型式。碾压式沥青混凝土心墙的沥青含量较少，一般为沥青矿料总量的6.0%～7.5%，采用分层振动压实，适宜于高坝及机械化施工；浇筑式沥青混凝土心墙的沥青含量较多，一般为矿料总量的10.0%～16.0%，采用分层立模，墙体依靠自重流变密实，无须振动压实，适宜于低坝及在寒冷地区人工施工。

双桥水库坝址多年平均气温16.80℃，最大坝高74.9m，沥青混凝土填筑量约0.46×104m3，沥青运距较远，经综合比较采用了沥青含量少、适宜于机械化施工的碾压式沥青混凝土心墙。

3 心墙结构型式选择

沥青混凝土心墙防渗结构有垂直心墙、斜心墙及垂直心墙上接斜心墙三种结构型式。

垂直心墙具有最小的防渗面积，沥青混凝土用量少，在坝基与坝壳沉陷较大的情况下，垂直心墙有较好的适应性。

斜心墙沥青混凝土用量较大，与周边防渗结构的连接相对较困难，与垂直心墙相比会出现更大的剪切应变。同时，斜心墙在施工中需进行错层处理，施工工艺相对较复杂。

垂直心墙上接斜心墙是沥青混凝土垂直心墙与斜心墙组合结构的一种最简单的组合形式，它综合了二者的优点，也克服了二者本身的缺陷。

就沥青混凝土心墙防渗结构本身而言，三种心墙结构型式都能满足本工程坝体防渗要求。考虑到垂直布置沥青混凝土心墙的堆石坝在国内外已有许多成功的经验，可以保证工程安全运行，经综合考虑，本工程选择了防渗面积小、适应变形能力强的垂直沥青混凝土心墙。

4 心墙厚度选择

沥青混凝土心墙在堆石坝中的首要任务是坝体防渗，但也要保证在坝壳填料的挤压作用下不会造成心墙沥青混凝土的破坏和在坝壳填料的支撑下不至于产生大的应力集中和变形。根据《堆石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》(SL 501-2010)的规定，心墙底部最大厚度(不含扩大段)宜为坝高的1/110～1/70，心墙顶最小宽度不宜小于40cm。双桥水库最大坝高74.9m，心墙底部厚度应为0.68m～1.07m。设计拟定心墙厚度为：高程402.00m以上宽度0.5m；高程402.00m以下宽度0.6m，心墙基座以上1.20m处心墙由0.6m逐渐扩大至1.2m。通过应力应变计算，坝体完建工况及正常运行工况下，心墙的应力应变值均小于心墙材料本身应力应变值，因此，本工程心墙厚度的选值是合适的。

5 沥青混凝土材料

5.1 沥青混凝土设计参数

心墙沥青混凝土的主要任务是防渗，要求压实后的沥青混凝土应满足孔隙率为≤3%、渗透系数≤1×10-8cm/s、水稳定系数不小于0.90；同时，心墙还须具有一定的强度、柔性和耐久性，能适应坝体的变形，满足坝体应力、应变要求。通过沥青材料试验修正，选择沥青混凝土材料及其配合比，满足沥青混凝土的防渗和受力要求。

表1沥青混凝土主要设计参数

5.2 沥青混凝土原材料

5.2.1 矿料

沥青混凝土矿料包括粗骨料、细骨料和填料。本工程沥青混凝土的粗、细骨料均采用天然砂砾石加工料，质地较坚硬，在加热过程中未出现开裂、分解等现象，坚固性较好，压碎率合格，骨料呈酸性。采用普通硅酸盐水泥作为填料，沥青与骨料的粘附性也满足了不小于4级的要求。粗、细骨料的主要技术参数及现场检测结果见表2，填料主要技术参数及现场检测结果见表3。

表2沥青混凝土粗、细骨料现场检测结果

表3沥青混凝土填料现场检测结果

5.2.2 沥青材料

沥青采用克拉玛依AH-70号，其主要技术参数及现场检测结果见表4。

表4沥青主要技术参数及现场检测结果

5.3 配合比

沥青混凝土配合比是根据不同原材料、不同骨料级配指数、不同填料和油石比组成各种不同配合比，通过基本性能(孔隙率、变形和强度)试验确定。本工程沥青混凝土配合比见表5。

表5推荐沥青混凝土配合比的材料和级配参数

试验阶段材料配比最大骨料粒径(mm)级配指数填料浓度油石比(%)粗骨料含量(%)细骨料含量(%)填料(%)室内试验配合比190.391.86.94145.913.1

5.4 沥青涂料及沥青玛蹄

沥青涂料用于处理水泥混凝土表面，以增强沥青混凝土与水泥混凝土间的粘附性和防渗性能。通过试验时采用的配合比(重量比)为沥青(<100℃)∶汽油=1.0∶1.5，效果较好。

沥青玛蹄脂由沥青、矿粉及砂配制而成，要求具有沥青混凝土的防渗性能。考虑到河砂是酸性材料，而玛蹄脂用砂必须是碱性材料，本工程采用灰岩人工砂，细度模数1.4～2.2。经试验论证，施工时采用的配合比(重量比)为沥青∶填料∶人工砂=1.0∶2.0∶1.5。

6 结语

根据双桥水库坝址区的地质条件及天然建筑材料情况，选择了垂直沥青混凝土心墙作为大坝防渗体。通过沥青混凝土原材料和配合比试验，确定了心墙原材料和配合比及物理力学参数。采用普通硅酸盐水泥作为填料改善了骨料的酸碱性，解决了沥青和骨料之间的粘附性问题，为其它类似工程提供了参考经验。本工程已于2018年11月通过下闸蓄水验收，目前运行良好。