云南彌勒壩水庫瀝青混凝土心墻型式選擇

牛利凱，邊偉鵬，竇 曉

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

彌勒壩水庫坐落于云南省怒江州蘭坪縣境內，是一座以農業灌溉供水和農村安全飲水為主，兼顧城鎮生活供水、下游生態用水的小（1）型水利樞紐工程。水庫樞紐主要由攔河壩、岸邊溢洪道和輸水洞（兼導流洞）組成。攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻分區壩，壩長219m，最大壩高54.7m，總庫容497.5萬m3。

本工程攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻分區壩，設計壩頂高程2982.7m，上游設高出壩頂1.0m的混凝土防浪墻，最大壩高54.7m；壩體上游采用干砌塊石護坡，下游采用框格草皮護坡。上、下游壩坡均分三級，上游坡比1∶2.5，1∶2.75，1∶3.0，分別在高程2960.3m和2945.5m處設馬道； 下游壩坡坡比1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5，分別在高程2962.7m和2942.7m處設馬道。

攔河壩防滲瀝青混凝土心墻頂高程2982.3m，瀝青混凝土心墻通過開挖截滲槽坐落于強風化基巖上，基座下部巖石采用帷幕灌漿進行防滲處理。壩體瀝青混凝土心墻與壩基防滲帷幕形成完整的防滲系統。

2 瀝青混凝土心墻

2.1 瀝青心墻型式選擇

瀝青混凝土心墻按施工方法上一般分為澆筑式和碾壓式2種。

2.1.1 澆筑式瀝青混凝土心墻

瀝青含量相對較高（瀝青含量9%～13%），拌制的混合物流動性較大的特點。一般適用于施工條件比較惡劣的寒冷地區、壩高小于50m的中低高度土石壩。

2.1.2 碾壓式瀝青混凝土心墻

便于機械化施工，瀝青含量較少（瀝青含量6%～7.5%），拌和物可松散填筑，適用范圍較廣，是目前發展的主要趨勢。

依據工程區氣候特點、施工條件及兩種施工方法優缺點，本工程瀝青混凝土心墻選用碾壓式。

2.2 瀝青混凝土心墻軸線布置

2.2.1 瀝青混凝土心墻軸線平面布置

根據瀝青混凝土心墻壩受力狀況，運行期瀝青混凝土心墻在上游水壓力的作用下會產生壩軸線方向的拉應力。

瀝青混凝土心墻軸線位于壩軸線上游側的布置型式可增強下游壩殼對心墻的支撐力、有效減小心墻拉應力［1］；考慮瀝青混凝土心墻與壩頂防浪墻連接形成封閉的防滲體系，瀝青混凝土心墻軸線宜選擇偏向壩軸線上游側布置。

2.2.2 混凝土心墻軸線豎向布置

瀝青混凝土心墻豎向布置可采用豎直式或傾斜式，根據SL501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》及相關工程經驗，與傾斜式相比，垂直瀝青混凝土心墻具有防滲面積小、工程量少、施工方便、與基礎和兩岸防滲系統連接可靠簡單、可較大幅度降低壩體沉降引起的變形敏感度等一系列優點，因此本工程瀝青混凝土心墻采用垂直式豎向布置。

綜上分析，本工程瀝青混凝土心墻豎向軸線選用垂直式；平面軸線位于壩軸線上游側、與壩軸線平行直線布置，同時考慮壩體結構布置及瀝青混凝土心墻與防浪墻、兩側岸坡連接后，以確定心墻平面軸線位于壩軸線上游1.25m處。

2.3 瀝青心墻防滲頂高程、底高程的確定

2.3.1 防滲頂高程

壩體防滲心墻頂高程按不低于水庫正常運行最高水位2981.7m（30年一遇設計洪水位）設計；壩頂高程2982.7m，壩頂路面及墊層厚度0.4m；本次設計瀝青混凝土心墻頂高程2982.3m（高于正常運行最高水位0.6m），直接位于壩頂路面墊層之下，并與防浪墻連接成整體。

2.3.2 防滲底高程

攔河壩壩軸線地基為土巖雙層結構，上部覆蓋層以卵石、含壤土碎石為主，最大厚度12.4m；下部基巖主要為全、強、弱風化泥巖和砂巖，其中全風化層厚度1～11m。考慮攔河壩瀝青混凝土心墻為壩體防滲關鍵部位，以盡量減少瀝青心墻沉降，設計瀝青心墻坐落于強風化基巖上、基礎按深入強風化巖不少于1.0m控制。

綜合分析地質條件后，設計瀝青混凝土心墻最低建基高程2925.0m，瀝青混凝土心墻最大高度57.3m。

2.4 瀝青混凝土心墻厚度

瀝青混凝土心墻厚度主要取決于壩體高度、防滲要求、壩殼料可能的變形情況、抗震要求和施工條件等因素。國內已建瀝青心墻工程通常采用底部較厚、頂部較薄的結構型式，頂部厚度不小于0.4m，底部最大厚度（不含擴大端）宜為壩高的1/110～1/70，國內已建和在建瀝青混凝土心墻壩防滲心墻厚度統計如表1。

表1 國內瀝青混凝土心墻厚度

續表1

由表1可見，國內已建工程（壩高30～70m）中壩瀝青混凝土心墻厚度一般為0.4～1.0m；高壩（70m以上）瀝青混凝土心墻厚度一般為0.5～1.2m。本工程攔河壩為中壩，通過表1工程類比，綜合考慮壩高、防滲及施工等相關因素，設計瀝青心墻高程2953.0m（壩高的1/2）以上厚度0.5m、以下厚度0.8m。

2.5 瀝青混凝土心墻與壩基的連接

瀝青混凝土心墻與壩基和岸坡的連接，將直接影響大壩的防滲效果和安全運行。

本工程瀝青混凝土心墻基礎為強風化基巖，為避免接觸面發生集中滲漏，同時考慮基巖灌漿施工，在瀝青混凝土心墻底部設混凝土基座與基巖進行連接，瀝青混凝土心墻、混凝土基座和壩基帷幕灌漿形成完整的防滲體系。

瀝青混凝土心墻基座采用混凝土結構，軸線與心墻軸線重合布置，基座順水流方向寬度按接觸滲透坡降5～10控制，同時考慮基巖灌漿工作面施工要求，設計高程2965.0m以下基座寬度8.0m、以上基座寬度5.0m；為滿足自身穩定和灌漿壓重的要求，心墻基座厚度采用1.0m，并在基座下采用砂漿錨桿加強與基巖連接。

瀝青混凝土心墻具黏彈塑性質，而混凝土基座為剛性結構，根據SL501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》，本工程采用在瀝青心墻底部設擴大段、在混凝土基座面采用弧形底連接型式。設計瀝青混凝土心墻擴大段高度2.0m，擴大后底部寬度2.0m；混凝土基座表面弧形接觸面頂寬2.0m、深0.2m；為增加瀝青心墻與混凝土基座的黏結力和防滲效果，施工時接觸面混凝土首先進行鑿毛處理，再噴涂0.2kg/m2的陽離子乳化瀝青，待充分干燥后，最后涂刷一層厚2cm的瀝青瑪脂，并在凹槽內一道紫銅止水連接。

2.6 瀝青混凝土心墻技術指標

綜合考慮結構性能要求、當地氣溫、運行和施工條件等因素，瀝青混凝土心墻采用碾壓式，瀝青采用90#石油瀝青，瀝青含量6.0%～7.5%；設計瀝青混凝土密度不小于2.37g/cm3，滲透系數不大于1×10-8cm/s，芯樣孔隙率不大于3%，水穩定性不小于0.9，小梁彎曲應變不小于1.0，彎曲強度不小于400kPa，內摩擦角不小于25°，黏聚力不小于300kPa。

3 結語

碾壓式瀝青混凝土心墻布置于壩體內部，受光照、氣溫等外界因素影響較小，防滲心墻布設結構縫、整體施工，具有防滲性能好、抗沖蝕能力強、不存在水力劈裂破壞問題、與壩基混凝土基座容易連接等優點。目前已在防滲土料匱乏地區和寒冷、嚴寒采用土料施工困難地區得到較為廣泛應用。