瀝青混凝土心墻在水庫除險加固中的應用

張棟厚

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂276000）

1 工程概況

安子水庫是一座小（二）型水庫，于1959 年4月建成蓄水。水庫由碾壓式土石壩、溢洪道、放水洞組成，現狀壩頂高程216.85～217.68 m，防滲體頂高程214.05～214.37 m，最大壩高5.50 m，壩頂寬3.83 m，設計正常水位217.40 m，總庫容約5.12 萬m3，是一座集防洪、灌溉、養殖等綜合利用的小型水庫。其中，防洪主要目標為下游2 個村落，總人口3 500 人，牲畜0.5 萬頭，有效耕地灌溉面積20.0 hm2。2018 年平邑縣水利局組織了安全鑒定，安子水庫壩體滲漏嚴重，確定安子水庫大壩為三類壩，必須進行防滲加固。

2 防滲加固方案比選及原料配比設計

2.1 水庫大壩防滲方案比選

結合安子水庫大壩工程地質、地形、建筑材料等條件，相關技術專家組推薦三種防滲加固方案：瀝青混凝土心墻、黏土心墻、混凝土面板。下面針對這三種方案進行比選分析[1]。

三種方案詳細比較見表1 所述，綜合分析，瀝青混凝土心墻在結構特性和經濟性上優勢突出，其他工程應用防滲效果較好，因此，安子水庫最終確定選擇防滲方案為瀝青混凝土心墻。

表1 三種防滲方案技術性比選

2.2 瀝青混凝土原料配比設計

瀝青混凝土心墻防滲效果主要取決于各原料配比設計，不同的工程配比會存在差異。如果照搬別的工程原料配比，可能降低心墻工程防滲效果，為保證本項目防滲工程質量，在此對配比進行設計分析[2]。

2.2.1 原材料的性能參數

1）粗骨料。安子水庫大壩心墻采用灰巖粗骨料，最大骨料粒徑為19 mm，經過篩分，本項目粗骨料分為三級：9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm[3]，粗骨料級配曲線見圖1 所示，技術指標見表2。

圖1 安子水庫大壩項目粗骨料級配曲線

表2 粗骨料技術指標

2）細骨料。安子水庫大壩心墻細骨料采用人工砂，粒徑范圍在0.075 mm～2.36 mm，粒徑級配曲線見圖2，技術指標見下表3[4]。

圖2 安子水庫大壩項目細骨料級配曲線

表3 細骨料技術指標

3）填料和瀝青。安子水庫大壩心墻填料采用灰巖碎石礦粉，具體技術指標詳見表4。而瀝青采用70#A 級道路石油瀝青。

表4 填料技術指標

2.2.2 瀝青混凝土配比設計

1）正交試驗設計。為設計最佳瀝青混凝土配合比，項目結合其他成功經驗，采用三因素（礦料級配、填料量、油石比）三水平（每個因素設計三個水平）均勻正交試驗方法來確定最佳配比（見表5），共設計9 組試驗[5]。

2）馬歇爾試驗。本項目馬歇爾試驗主要針對瀝青混凝土混合料的“孔隙率、穩定度、流值”三個指標進行分析。有以下幾點需要注意：①一組試件數量不得少于4 個；②試件尺寸誤差不得超過±2 mm；③對試件加載速率控制在50±5 mm/min；④為防止材料變質而影響試驗效果，所有項目要求在72 h 內全部完成。

表5 正交試驗設計表

3）試驗結果分析。本項目馬歇爾試驗結果見表6（部分）。通過試驗及極差和方差分析可知：①對三個指標影響順序為孔隙率、流值、穩定度；②對三個指標影響順序為孔隙率、穩定度、流值；③對三個指標影響順序為孔隙率、流值、穩定度。通過綜合分析可知，第8 組穩定度和流值達到一個較為平衡的水平，而孔隙率大可以適當調高油石比。所以水庫防滲心墻最終確定第8 組作為最終的瀝青混凝土配比標準。

表6 馬歇爾試驗結果（部分）

3 瀝青混凝土防滲心墻施工要點分析

3．1 瀝青混凝土鋪筑

通過現場試驗確定本項目瀝青混凝土鋪筑技術標準：①每層鋪筑厚度30 cm，采用1.5 t 震動碾碾壓，按照“靜2 動6 靜2”順序，整個心墻按照“品”字形碾壓；②初碾溫度要求大于130 ℃，終碾溫度大于110 ℃，過渡料采用3.0 t 震動碾碾壓；③開始攤鋪時不要緊貼岸坡（控制在2 m 以上），待瀝青混凝土溫度穩定后再攤鋪，有利于兩者黏結；④心墻兩側過渡料表面高度要低于瀝青混凝土面1～2 cm，防止積水。

3．2 瀝青混凝土心墻與剛性結構連接

由于剛性結構后期產生不均勻變形，會造成防滲體變形破裂，因此瀝青混凝土心墻與剛性結構連接是施工重難點。本項目采用的處理方法如下：①將剛性結構面（一般為混凝土）打磨處理，但杜絕打出深坑或骨料露出；②在打磨面涂抹均勻瀝青溶劑，用量控制在0.15 kg/m3，待干燥后涂刷一層瀝青瑪蹄脂；③對于和基座連接的接縫處，可設置銅片止水，防止因瀝青混凝土流動造成的不均。

4 結 語

瀝青混凝土心墻是當前適合中小型水庫防滲的方法之一，綜合成本低、施工工期短。瀝青混凝土配比是設計核心，必須要根據當地氣候、溫度、原材料性質等實際條件進行配比設計，不可照搬其他工程配比。安子水庫大壩防滲加固后，滲漏量較加固之前降低了80%左右，達到了設計要求，取得了較好的社會經濟效益。