淺析瀝青混凝土心墻砂礫石壩設計要點

陳玉蓮

（新疆塔城地區水利管理處 新疆 塔城 834700）

1 工程概況

烏雪特水庫地處新疆塔城地區托里縣境內，壩址位于托里縣境內的烏雪特河出山口處，距離托里縣城40km。水庫總庫容322萬m3，控制灌溉面積1.66萬畝，為Ⅳ等工程，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。水庫具有灌溉、人畜飲水等綜合效益，設計引水流量0.99m3/s。水庫建成后新增牧民定居戶數150戶，改善定居戶數64戶，牧民定居數達到214戶。

2 水文氣象及工程地質

2.1 水文

烏雪特河是托里縣與額敏縣的界河，屬降雨、融雪混合型補給的河流。烏雪特河源于加依爾山東北部的塔斯巴斯它烏山北坡，壩址以上流域面積44.5km2。多年平均氣溫為5.0℃，極端最高氣溫為40.2℃，極端最低氣溫-36.6℃，多年平均年降水量244.9mm，年蒸發量2088.7mm（Ф20cm口徑蒸發皿）。最大積雪深在40cm左右，最大凍土深在154cm左右。多年平均最大風速14.68m/s，風向為 SES。

烏雪特河多年平均徑流量634.1萬m3，設計洪水標準為50年一遇，洪峰流量48m3/s；校核洪水標準為1000年一遇，洪峰流量88.8m3/s。

2.2 工程地質

工程區位于準噶爾弧形構造的西翼與塔爾巴哈臺山區域東西向構造的斜接復合部位，主要出露有上古生界、新生界地層。壩址區地震基本烈度為Ⅵ度。

左壩肩地層巖性為凝灰質砂巖，巖石屬較軟巖。巖體強風化層厚度1.0m～3.0m，其下為弱風化層，巖體透水率小于10Lu的界線埋深25m～38.0m。

壩址河床段河谷呈“U”型，谷寬約50m。河床覆蓋層厚度5.0m～7.0m，為級配不良砂礫石，天然干密度2.00g/cm3～2.10g/cm3，相對密度0.64～0.66，滲透系數0.96×10-2cm/s～1.37×10-2cm/s；下伏基巖巖性為凝灰質砂巖，巖體強風層厚度1.0m～3.0m，其下為弱風化層，巖體透水率小于10Lu的界線埋深33.1m～38.0m。

右壩肩地層巖性為凝灰質砂巖，巖體強風化層厚度1.0m～4.0m，其下為弱風化層37.0m。巖體透水率小于10Lu界線埋深33m～46m。

3 樞紐布置

水庫由大壩、放水隧洞和溢洪道組成。放水隧洞位于大壩左岸山體中，進口底板高程993.00m，全長294.5m（洞身段長155.2m）。溢洪道位于大壩左岸山體內，全長244.91m，堰頂高程1027.23m。

4 大壩設計

4.1 壩體輪廓尺寸

大壩壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，正常蓄水位1027.23m，設計洪水位1028.55m，校核洪水位1029.04m，壩頂高程1028.82m、寬4m、長220m，最大壩高49.42m。防浪墻頂高程1029.97m，上游壩坡為1∶2.5，采用15cm厚的C20F200W4混凝土板護坡，下游壩坡為1∶2.25，采用6cm厚的預制六棱塊護坡。

上游圍堰與壩體相結合，堰頂高程996.00m，堰頂寬4m，圍堰上游壩坡為1∶2.5，下游壩坡為1∶2.0，采用砂礫石填筑，堰體及基礎均采用土工膜防滲，底部截滲至基巖。

4.2 壩體分區設計

壩體填筑分區從上游到下游分為七個區，分別為：圍堰砂礫石區、大壩砂礫石區、過渡料區、澆筑式瀝青混凝土心墻、反濾區、排水區、下游堆石區。

圍堰砂礫石區：采用大壩清基料填筑，砂礫石相對密度Dr≥0.8。

大壩砂礫石區：壩殼砂礫料的相對密度Dr≥0.80。

過渡料區：設于心墻兩側，在高程1000m以上時水平寬度2.0m，在高程1000m以下時水平寬度1.90m，采用級配連續、最大粒徑為80mm，小于5mm的粒徑含量為25%～40%左右的砂礫料，含泥量（粒徑小于0.075mm的顆粒）小于5%，滲透系數不小于 1×10-3cm/s。

瀝青混凝土心墻區：澆筑式瀝青混凝土心墻采用垂直布置形式，軸線位于大壩軸線上游1.55m處，與壩軸線平行。高程979.4m～1000m之間厚度0.5m；高程1000m～1027.12m（心墻頂部高程）之間，厚度為0.3m。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。瀝青混凝土心墻與混凝土基座結合處處理：首先在基座表面與瀝青心墻交界處涂一層冷底子油，再涂一層厚1.5cm的瀝青馬蹄酯，最后在澆筑瀝青混凝土心墻。

表1 烏雪特水庫澆筑式瀝青混凝土的主要技術指標

表2 烏雪特水庫澆筑式瀝青混凝土粗骨料主要技術指標

表3 烏雪特水庫澆筑式瀝青混凝土細骨料主要技術指標

反濾層區：由于壩體填筑料顆粒較細（滲透系數為10-3cm/s～10-4cm/s），在大壩下游設反濾層（90cm）和排水體，為滿足壩料層間反濾要求，反濾層共分為三層，每層厚30cm。

排水區：在樁號0+095～0+200段下游設1m厚豎向排水體，排水體頂部高程為1027.12m。河床段每隔20m設一條水平排水體，寬度為3m（共三道），坡度i=0.01。粒徑10mm～300mm，孔隙率控制在20%～23%，滲透系數K≥1×10-2cm/s。

下游堆石區：下游堆石區采用溢洪道和放水隧洞開挖料填筑，堆石區頂高程1020m，頂寬10m，底高程為1010m，最大粒徑小于600mm，小于0.075mm的顆粒小于5%，堆石區設計孔隙率不大于23%。

4.3 瀝青混凝土心墻配合比設計

4.3.1 主要技術指標

根據《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》(DL/T5411-2009)本工程對瀝青混凝土心墻的技術要求見表1。

4.3.2 配合比設計

（1）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，借鑒已建工程成功經驗，瀝青選用A-100甲道路石油瀝青。

（2）混凝土骨料

因當地無符合技術要求的堿性骨料，本工程骨料選用當地水泥廠加工的成品料。混凝土粗細骨料技術要求參見表2和表3。

（3）填料

填料采用堿性巖石加工的石灰巖粉。填料應不結團塊、不含有機質及泥土。

4.3.3 瀝青混凝土配合比

瀝青混凝土配合比的選擇結合當地工程材料性能和氣溫條件，通過實驗研究選定。最大骨料粒徑為20mm，礦料級配指數為0.35，油石比為12%，填料濃度為1.45。

4.4 基礎處理

根據地質條件需將河床段壩基內的覆蓋層清除1m，瀝青混凝土心墻處覆蓋層全部清除，基座坐落于弱風化層上，基座厚1.5m，采用C25F200W6混凝土現澆。壩肩沿瀝青心墻軸線方向開挖基巖槽至弱風化層上，然后澆筑C20混凝土基座，以封閉巖石裂隙，并可作為基礎灌漿的蓋板。

固結灌漿的深度為5m，孔排距均為2m。帷幕灌漿沿瀝青混凝土心墻軸線布置，灌漿孔設置一排，孔距為2m在兩排固結灌漿孔的中間，深度按巖石吸水率q＜10Lu控制，最大灌漿深度為43m。

5 施工

5.1 導流時段和導流標準

工程施工總工期為2年。烏雪特河汛期為3月到5月。計劃第二年6月進行截流，大壩施工導流分為3個時段：初期導流時段，第一年的8月至第二年的5月，采用10年一遇（P=10%），洪峰流量QP=27.4m3/s，原河床導流；中期導流時段，第二年的6月至第三年的2月，采用枯水期10年一遇（P=10%），洪峰流量QP=1.15m3/s。大壩開始截流，圍堰擋水，放水隧洞導流；后期導流時段，第三年的3月至第三年的8月，采用20年一遇，洪峰流量QP=36.10m3/s。大壩臨時斷面擋水，放水隧洞導流。

5.2 施工總進度

第一年8月～11月完成四通一平；放水隧洞的開挖、溢洪道的開挖。第二年4月～第二年12月完成放水隧洞的襯砌，溢洪道的襯砌。瀝青心墻的澆筑（1005.00m高程以下）、大壩填筑（1005.00m高程以下）、金屬結構安裝等工作。第三年8月工程完工。

6 結語

由于烏雪特水庫處于北疆嚴寒地區，全年有效施工期較短，故選用澆筑式瀝青混凝土心墻壩，心墻能在冬季-20℃～-30℃施工，可保證施工總工期。澆筑式瀝青心墻壩高49.42m，目前在新疆屬前例，居先進水平。※