瀝青混凝土心墻連續轉彎在水利樞紐防滲中的應用

陳 雷

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 400020)

1 工程概況

重慶市武隆區河心煙草援建水源工程位于重慶市武隆南部巷口鎮蘆紅村的河心河上游，攔水壩為瀝青混凝土心墻堆石壩。堆石壩壩軸線長137m，壩頂高程1294.3m，壩頂寬6.0m。上下游壩坡坡比為1:1.55，大壩最低建基面高程1260.3m，最大壩高34m。當地以種植煙草等經濟作物作為主要收入來源，受制于灌溉水源保證率不足問題，作物收成難以保障，居民收入較低，總體貧窮落后。工程建成后，將解決武隆區巷口鎮楊家、廣坪、蘆紅和出水4個村共2610畝耕地的灌溉用水，改善當地農村人口的貧窮情況。

工程防滲采用瀝青混凝土心墻形式，心墻為豎直式布置，心墻軸線布置在壩軸線上游1.5m處。頂部高程為1292.7m，心墻頂寬為0.6m，心墻兩側坡比為1：0.005，近底部3m位置處寬度放寬至1.8m。心墻與壩殼料間上、下游均各設一層水平寬度為3m的過渡層。心墻底部設3m厚C25混凝土基座，心墻與基座連接處鑿毛，然后噴涂稀釋瀝青，最后涂一層1～2cm砂質瀝青瑪蹄脂。瀝青心墻與基座接觸處縱向周邊縫設兩道“W”型銅片止水。

工程所在流域地處亞熱帶濕潤氣候區，氣候主要表現為冬寒、夏熱、秋陰，氣溫較低，濕度大，雨量充沛，陰雨天多，晴天少，無霜期長，受大陸性季風影響顯著，災害性天氣頻繁。多年平均相對濕度為79.0%，多年平均風速1.6m/s，多年平均最大風速18m/s，極端最大風速31m/s。所在區域冬季極易起霧，溫度較低，時常出現霜降和降雪情況。

2 工程瀝青混凝土心墻轉彎布置及可能不利影響

工程選址時考慮了上下壩址，兩壩址均具備建壩條件。上壩址在地形條件、庫區情況等方面要優于下壩址；下壩址的交通條件、工程布置以及工程投資上又有較明顯的優勢。綜合考慮，下壩址建設條件及工程投資較優，最終選擇下壩址作為工程推薦壩址。但推薦壩址處地形相對較復雜。壩址處河心河由南向北流入，河谷由開闊變狹窄，河道較順直，巖層傾向下游，為橫向谷地質結構。其中公路上游約25m為已損毀原土壩壩線位置，左岸堆積有厚度較大的覆蓋層，公路下游河流比降增大。河谷橫斷面呈開闊“U”型，河床寬10～20m，河床高程1265～1266m，水庫正常蓄水位1292.5m時谷寬151～156m。壩址右岸前部壩肩較雄厚，后部地形陡降。右岸尚有一淺切溝由南東向北西方向匯入。左岸下游段地形坡角23～25°，地表堆積有殘坡崩積堆積物，向上游地形變陡，地形坡角約為45°，可見基巖出露地表。右岸地形高程1285m以下地形坡角30°～42°，高程1285m以上地形坡角15°～25°。

壩址巖性主要為頁巖及粉砂質頁巖，基本呈現垂直風化分帶特征，根據鉆孔揭示，其風化特征是表層巖體強風化，巖心破碎多呈碎粒及碎塊，其下巖體弱風化，巖心多呈柱狀。左壩肩強風化帶厚0.50～9.70m，相應底界高程1256.30～1299.60m，其中ZK18、ZK19等孔覆蓋層厚度大但強風化層厚度較小，分析可能原屬河床，后經崩坡積及人工堆積覆蓋而成。

根據樞紐地形情況，本工程基巖為頁巖，承載力較低，不適合修建壩高30m以上的重力壩。柔性壩壩型選擇面板堆石壩和心墻堆石壩作為對比。壩體高度30～40m，堆石料抗剪強度較高，面板堆石壩壩坡坡比為1∶1.4，心墻壩壩坡坡比為1∶1.55，心墻堆石壩較面板堆石壩壩體填筑料略多，但心墻堆石壩較面板堆石壩防滲線更短。總體經濟性心墻堆石壩較優，故工程采取瀝青混凝土心墻堆石壩作為攔水壩。

大壩樞紐布置河床為瀝青混凝土心墻堆石攔水壩，右壩肩設置重力泄水低壩、取水塔和取水隧洞。為銜接右岸泄洪建筑物，適應樞紐地形，同時降低工程投資，大壩軸線需在壩軸線樁號壩橫0+100m至壩橫0+130m位置進行轉折，壩軸線轉折形態總體呈“S”型。為配合壩軸線的轉折，本工程瀝青混凝土心墻在壩軸線樁號壩橫0+095.83至壩橫0+105.86位置和樁號壩橫0+123.07m至壩橫0+133.42位置處分別設置轉折。樁號壩橫0+095.83至壩橫0+105.86位置轉彎半徑為18m，弧長為10.1m；樁號壩橫0+123.07m至壩橫0+133.42位置轉彎半徑為18m，弧長為10.7m。如圖1所示，壩軸線轉彎后，軸線長度較直線段減少約26m，壩體最大基礎寬度和總體填筑量減少，溢洪道進水泄水更加平順，提高了工程泄洪安全性，工程建筑投資減少約850萬元。

大壩壩軸線轉彎后對工程布置帶來了有利的影響，但對瀝青混凝土心墻的設計和施工提出了較高的要求。心墻連續轉彎呈“S”型后的受力情況較直線心墻與拱形心墻復雜， “S”彎間的連接情況較直線心墻更易發生形變。轉彎段心墻的彎曲、拉伸極易產生較大的變形，使心墻的孔隙率不滿足防滲要求產生滲漏。故心墻連續轉彎對瀝青混凝土心墻防滲存在著不利影響，需采取工程措施消除隱患。

3 為保證心墻轉彎段防滲效果采取的措施

為增強轉彎段心墻的物理強度，減小心墻不利變形，確保心墻防滲安全可靠，工程設計中采取了以下措施：

工程瀝青混凝土心墻采用了最大粒徑不超過19mm的新鮮灰巖作為粗骨料、粗骨料原料為堿性，質地堅硬，加熱過程中不易出現開裂、分解等現象，與瀝青黏附力強，堅固性較好；采用了粒徑在2.36～0.075mm的灰巖人工砂材料作為細骨料，細骨料在密度，水穩定性等級、吸水率和含泥量等方面均滿足瀝青混凝土心墻規范要求；心墻填料采用了白云巖礦粉和石灰巖礦粉，均進行了密度試驗、含水率試驗、親水系數試驗及級配篩分試驗，選取滿足要求的礦粉填料；采用了針入度、延度、軟化點、溶解度、閃點、密度等均滿足規范要求的克拉瑪依70號A級瀝青作為瀝青混凝土心墻的原料。從原料上嚴格把控，確保心墻使用滿足要求和規范的合格原料。

同時在心墻澆筑前對瀝青混凝土配合比進行了四種不同配合比的試驗，選取了配合比最優值。根據不同骨料級配指數、不同礦粉含量和不同油石比組成各種不同配合比，通過孔隙率、變形和強度試驗，選擇出滿足工程要求的較優配合比瀝青混凝土。

設計從壩體樁號壩橫0+090.83—0+095.83和樁號壩橫0+138.42—0+133.42，將心墻厚度逐漸從0.6m漸變為0.8m，使樁號壩橫0+095.83—0+133.42段心墻厚度為0.8m。轉彎段心墻加厚后，對其自身的剛度有較大提高，同時更有利于心墻在壩體蓄水受力變形后的“自愈”，提高防滲的可靠性。

圖1 心墻軸線平面布置圖

對右岸樁號壩橫0+123.07處發育卸荷裂隙位置心墻基座進行刻槽處理，減少心墻位移隱患。開挖揭示卸荷裂隙長約16m，深度約1.6m，頂部裂隙張開最寬處為1m。先采用C15混凝土對裂隙進行充填，隨后設置心墻鍵槽，鍵槽深度為2.5m，鍵槽底寬為2m，鍵槽側邊坡比為1∶0.2的倒坡，刻槽長度為20m。

轉彎段上下游心墻過渡層及下游壩體堆石料均采用新風化灰巖料，保證上下游填料的支撐作用。心墻兩側過渡料應與心墻同時鋪筑碾壓，過渡層厚為3000mm，均選用堅硬、無污染、耐風化和具有較強抗水性的灰巖料。過渡料要求具有連續級配，最大粒徑不大于80mm，小于5mm的含量為25%～40%，小于0.075mm的含量不超過5%，滲透系數K≥5×10-2cm/s，控制壓實干密度2.16g/cm3，孔隙率不大于21%。下游堆石料最大粒徑不超過600mm，小于50mm 的含量不超過20%，滲透系數K≥5×10-2cm/s。設計干密度2.16g/cm3，孔隙率不大于21%。

工程地處重慶市山區，海拔約1300m，當地冬季多霧多雨，濕度較大、溫度較低。工程心墻澆筑高峰期處于秋冬季節，在施工中采取不間斷烘烤方法；同時瀝青從恒溫罐至拌和樓應采用外部保溫的雙層管道輸送，內管與外管管間可通導熱油，以避免瀝青在輸送過程中凝固堵塞管道，保證瀝青混合料出機口溫度控制在165～175℃。各種措施對瀝青混凝土入倉和填筑溫度提供了有力的保障，保證瀝青混凝土心墻在冬季的澆筑質量。

4 結語

現工程已順利蓄水至設計正常蓄水位。位于樁號壩橫0+122.67處的滲壓計P6顯示2019年8月4日蓄水初期滲透壓力為14.271kPa，2019年10月12日穩定蓄水兩月后滲透壓力為14.328kPa；同樁號位置的心墻位移計SR3 2019年8月4日蓄水初期位移為-1.16mm，2019年10月12日穩定蓄水兩月后位移為-1.23mm；位于樁號壩橫0+089.98處的心墻固定式測斜儀IN5、IN6與IN7顯示2019年8月4日蓄水初期數據分別為-2411、765、712，2019年10月12日穩定蓄水兩月后數據分別為-2407、773、710。根據監測儀器反饋資料，所有監測數據反應變化情況均在可接受范圍內，且數據變化幅度為逐漸縮小趨勢，證明工程心墻變形情況趨于穩定，防滲效果良好。

通過工程實踐，瀝青混凝土心墻在實際應用中，通過科學的工程設計和正確的施工方法，是可以根據工程要求進行連續轉彎的，轉彎段的心墻變形和防滲性質滿足工程對瀝青混凝土心墻的防滲要求。