淺談麥海因水庫中“澆筑式瀝青混凝土心墻”的設計

蘇 彬，馮耀輝

（奎屯農七師勘測設計研究院，新疆奎屯 833200）

1 工程概況

麥海因水庫地處新疆塔城地區額敏縣境內，壩址距農九師167團團部約9.0k m，距塔城地區額敏縣城約55.0k m。麥海因河發源于塔爾巴哈臺山東段南坡，左鄰卡布阿他錄蘇河，右傍別其爾蘇河，河流走向自北向南，自然狀態下匯入額敏河，屬于額敏河水系。河水源以降水、融雪水補給為主。

麥海因水庫總庫容為995×104m3，興利庫容8 51×104m3，工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型。水庫是一座以灌溉、草原生態保護及飲水安全為主兼顧下游灌區防洪的綜合性利用水庫。

2 大壩設計

2.1 壩址擬定

麥海因河為額敏河流域上游的一條支流。經過對麥海因河山區河段的地形、地貌進行多次踏勘，對河道沿線地層巖性、工程地質條件進行比較，擬選的麥海因水庫壩址是整個河流上目前選擇的成庫條件較好的壩址，此處庫盤相對開闊，大壩相對較短，工程量相對較小，投資相對較少，且能滿足本工程規模的需要。若將壩址下移，水庫將出山，下游丘陵無建壩條件，若將壩址上移，壩軸線將加長，水庫投資將增加且沒有較好的庫盤條件，綜合考慮，此處為建壩的唯一理想壩址，故選此處為麥海因水庫擬建壩址。

2.2 壩體輪廓尺寸

大壩壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩全長120 m，壩頂高程1 218.32m，壩頂寬5 m，壩頂鋪設步行磚路面，路面自上游向下游傾斜，坡度為2%。大壩最大壩高52.65 m。防浪墻頂高程1219.32m，防浪墻高2.7m，高出壩頂1.0m，厚0.3m，采用鋼筋混凝土現澆。澆注式瀝青心墻與防浪墻底部相連，心墻厚度為0.5 m，采用等厚布置。大壩上游壩坡1∶2.0，采用15 cm厚C20F200現澆混凝土護坡，下游壩坡1∶2.25，采用6cm厚混凝土預制六棱塊護坡。擬定大壩壩體與圍堰相結合，圍堰頂高程1 192.5 m，圍堰頂寬5 m，圍堰上游壩坡1∶2.0，下游壩坡為1∶2.0。圍堰也采用砂礫石填筑。

2.3 瀝青混凝土心墻防滲結構設計

2.3.1 心墻型式選擇

瀝青混凝土心墻分為澆筑式心墻和碾壓式心墻，兩種心墻的布置型式基本一致，主要區別是瀝青含量和施工方法不同。澆筑式瀝青心墻主要有以下特點：瀝青含量較大，占礦料總量的10%～16%，心墻澆筑不用碾壓工具，只需鋼筋棒插搗排氣即可，孔隙率一般小于2%，滲透系數小于10-11cm/s。其工序簡單，最大優點是基本不受氣候條件的影響，適于在嚴寒條件下施工。澆筑式瀝青混凝土的良好柔韌性、可塑性和可壓縮性一般可使心墻內部產生裂縫自動愈合，冬季保護措施也可簡化。

本工程利用冬季枯水期填筑壩體，因此結合本工程的氣候特點和施工進度安排等各種因素考慮，選用澆筑式瀝青混凝土心墻方案。

2.3.2 瀝青混凝土心墻防滲體結構布置

瀝青混凝土心墻受氣候影響小，對壩基壩體變形適應性強，抗震性能好。瀝青混凝土心墻有垂直、傾斜和上部傾斜下部垂直三種布置型式。垂直式瀝青混凝土心墻面積較小，工程量小，施工簡單，心墻對壩體沉降引起的變形反應不像傾斜式那樣敏感，各種高度的壩均可采用。墻體靠上游側布置，可改善大壩受力條件并能很好地和壩頂防浪墻連接。所以本工程采用垂直式心墻。

2.3.3 瀝青混凝土心墻的技術指標

根據D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》初步提出本工程瀝青混凝土心墻壩對瀝青混凝土的技術要求，見表1。

表1 澆筑式瀝青混凝土的主要技術指標Table 1:Main technical indexes of the pouring asphalt

2.3.4 瀝青混凝土心墻厚度設計

壩體防滲采用澆筑式瀝青混凝土心墻，心墻軸線位于壩軸線上游1.9m處，與壩軸線平行。由于瀝青混凝土心墻厚度的確定目前尚無成熟的理論公式可供應用，主要參考已建工程和施工要求確定。根據D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》，澆筑式瀝青心墻的厚度宜為壩高的1/100，最小厚度不宜小于20cm，根據已建工程的經驗，本工程心墻厚度為0.5 m，采用等厚布置。

瀝青混凝土心墻頂部嵌入防浪墻底板50cm，與防浪墻緊密結合。

2.4 瀝青混凝土心墻配合比設計

根據D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》，瀝青混凝土配合比應通過室內試驗和現場鋪設試驗進行選擇。所選配合比的各項技術指標應滿足設計對瀝青混凝土提出的要求，有良好的施工性能，且經濟合理。瀝青混凝土室內試驗應根據當地溫度（水溫和氣溫）、壩高、壩殼料性能、施工和蓄水速度（加載速度）、施工配料精度等條件進行。本階段參照附錄A初選瀝青混凝土的配合比，最終以試驗成果為準。

2.4.1 瀝青混凝土心墻材料要求

瀝青混凝土制備所采用的原材料包括瀝青、粗骨料、細骨料、填料，其必須滿足技術要求。

（1）瀝青

所用的瀝青材料主要是石油瀝青，其品種和標號應根據當地氣溫、運用條件和施工要求等進行選擇。本工程初選克拉瑪依瀝青，其水工瀝青、道路石油瀝青、重交通道路石油瀝青均質地優良，抗老化性能好，溫度穩定性和低溫性較好，能滿足相應行規的技術要求。克拉瑪依水工瀝青具有低溫延度大、蠟含量低、脆點低、粘度大、抗老化性能好等特點；克拉瑪依重交通道路石油瀝青低溫延伸度、粘結性、抗漲性非常優異，具有較低的蠟含量，高溫性能優異，低溫性能好；道路石油瀝青具有良好的熱安定性、低溫延伸度、粘結性、抗張性非常優異，低溫韌性和塑性較好，與拌和料粘結性良好。其主要指標見表2。

澆筑式瀝青混凝土是無空隙型的，其礦料空隙全部由瀝青充填并有剩余，其瀝青材料宜采用抗流變性好和感溫系數小的石油瀝青。針入度越大，塑性越好（即延度越大），瀝青就愈軟，為了提高澆筑式瀝青混凝土的抗滲流變性，一般選用針入度指數較大的普通道路瀝青。結合本工程高寒、強震、變形大的特點，從針入度、軟化點、延伸度、含蠟量及價格上考慮，澆筑式瀝青混凝土心墻采用的瀝青初選為A-100甲道路石油瀝青。

（2）混凝土骨料

表2 克拉瑪依瀝青的技術指標對比表Table 2:Technical indexes of the Kelamayi asphalt

根據料源勘察及混凝土骨料比選，本工程骨料選用混凝土骨料場骨料，質量和儲量均能滿足工程要求。根據D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》的要求，混凝土粗細骨料技術要求見表3、表4。

（3）填料

填料應采用石灰巖粉、白云巖粉等堿性巖石加工的石粉。填料應不結團塊、不含有機質及泥土，其技術標準見表5。

2.4.2 初選瀝青混凝土配合比

本次瀝青混凝土配合比的選擇根據當地工程材料的性能和氣溫條件并結合工程對瀝青混凝土的力學性能要求初定，最終通過試驗研究選定。配合比設計主要是確定礦料級配和瀝青含量，確定瀝青混凝土配合比主要參數包括級配指數r、最大骨料粒徑Dmax、礦粉含量F和瀝青含量B。

表3 混凝土粗骨料的主要技術指標Table 3:Technical indexes of the coarse aggregate

表4 混凝土細骨料的主要技術指標Table 4:Technical indexes of the fine aggregate

表5 填料的技術要求Table 5:Technical indexes of the filler

根據D L/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》和以往的工程經驗，初步選定瀝青混凝土采用中粒密級配，Dmax為20m m，礦料級配指數r選擇為0.35，油石比為12%，填料濃度選擇為1.45。初擬澆筑式瀝青混凝土配合比見表6。

表6 初擬瀝青混凝土配合比表Table 6:Mix proportion of the asphalt concrete

3 結 語

瀝青混凝土心墻壩的主要優點是構成簡單，對混凝土骨料級配要求不是很高，建造經濟合理；若采取了嚴格的抗老化措施，該結構具有很好的耐久性，受氣候等條件的影響小。可以隨壩殼材料同步施工，施工進度大大提高，適應壩體和地基變形的能力較強。瀝青心墻不僅有良好的防滲及適應變形的性能，且能承受并傳遞應力，水庫蓄水后心墻一般不會發生水力劈裂，若壩體設計合理，地震區的瀝青心墻壩具有較強的自愈能力。心墻受外界氣候及光照影響較小，幾乎不受酷暑及嚴寒冰凍的影響。本設計初選的瀝青混凝土配合比還有待試驗研究確定。

[1]D L/T5411-2009,土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范[S].中國電力出版社,2010.

[2]王為標,申繼紅.中國土石壩瀝青混凝土心墻簡述[J].石油瀝青,2002,16(4):27-31.

[3]李茂昌.堆石壩澆筑式瀝青混凝土防滲心墻設計[J].東北水利水電,1991,(12):2-11.