沥青砼心墙坝工程设计

沥青砼心墙坝工程设计

拓筱杨 辛丽

新疆昌吉方汇水电设计有限公司 新疆昌吉 831100

【摘要】沥青砼心墙坝以其优越的抗渗性能，良好的适应变形能力，可与坝体同步填筑快速施工，对坝基的广泛适应性，正发展成为当地材料坝中的重要坝型之一。目前，世界上虽然建设了一批采用沥青砼心墙防渗的砂砾坝壳与堆石体等土石坝，但所占比例不大，起步较晚，尚未形成完整的理论体系。在我国，随着三峡茅坪溪沥青砼心墙坝等工程的兴建，使我国水工大坝沥青砼心墙的发展应用前景越来越广阔。本文以新疆吉木萨尔县水溪沟水库工程实例，对沥青砼心墙坝的优缺点、适应性、筑坝方法及工程设计等进行分析评述。

【关键词】水溪沟水库；沥青砼心墙；大坝；设计

1、前言

沥青砼心墙坝是在坝体中部设置沥青砼心墙作为防渗体的土石坝。当水库工程附近缺乏天然防渗土料时，可采用沥青砼作为防渗心墙修筑土石坝，两侧坝壳料可用各种透水、半透水的砂砾石料或堆石体等多种材料。沥青砼心墙具有良好的适应变形能力、抗冲蚀能力、抗老化能力，心墙无须设置结构缝与变形缝，因此，沥青砼心墙的施工不受气候条件和海拔高度等环境的限制。

自1962年第一座采用机械碾压的沥青砼心墙坝在德国建成，在之后的几十年，工程技术人员对沥青砼心墙坝不断的试验研究，在世界范围内建成近100座沥青砼心墙坝，其中百米高坝约10座，从而引起了坝工界的重视。在沥青砼心墙坝的建设和工程实践的过程中，为设计、施工及质量控制等方面积累了很多的经验，技术水平有了较大的发展。

2、沥青砼心墙坝工程技术特性

2.1 沥青砼心墙坝优点

（1）沥青砼心墙位于坝体中部，不受气候和海拔高度等环境影响。沥青砼较为密实、孔隙率较小，水无法渗入其中，因此，也不会受到冰冻的影响，筑坝施工无须防渗透、防冰冻处理。

（2）与其他防渗材料不同，沥青砼属于非冲蚀材料，即使沥青砼产生裂缝，在渗流作用下也不会产生危及大坝安全的冲蚀性破坏，其次，由于沥青具有很好的塑性，因此，即使产生裂缝，也将有较好的自愈能力，在荷载压力作用下，裂缝能够短时段闭合。

（3）沥青砼具有较好的柔性和粘滞性，因此，沥青砼心墙具有较好的抗震稳定性，当坝体沉陷时对心墙的影响较小。

（4）沥青砼心墙可与大坝施工导流围堰相互结合， 在下个汛期可采用坝体度汛，能够有效降低围堰规模与高度。沥青砼在零度以下低温时段也可以施工，加快施工进度，这就允许在高海拔寒冷地区有较长的施工工期，提早实现水库下闸蓄水，及早发挥效益。

2.2 沥青砼心墙坝缺点

（1）沥青砼心墙坝一般仅下游坝体承受水压力，下游坝坡相对面板坝等大坝较缓，工程量相对较大。

（2）沥青砼心墙埋置于坝体内部，防渗面积大，若大坝坝体发生较大的渗漏问题时，对坝体渗漏检查较为困难，同时渗漏部位也不易进行修复处理。

3、沥青砼心墙填筑施工方法

（1）浇筑式施工。浇筑式施工沥青砼的发展起步于20世纪20年代，施工工艺较为成熟。但浇筑式沥青砼防渗结构多用于工程等级较低、防渗心墙较低的土石坝，以及高寒等施工环境条件恶劣地区。浇筑式沥青含量高，拌制的混合料流动性大，施工简单，不需用专门的摊铺碾压机械施工，而是依靠自重对下部已浇筑的沥青砼进行压实。

（2）碾压式施工。碾压式施工沥青砼防渗技术应用始于20世纪70年代，我国内陆最先采用碾压式沥青砼心墙防渗技术的工程是三峡茅坪溪水库土石坝，也是世界上最高的沥青砼心墙土石坝。碾压式沥青含量少，组成材料要求高，拌和物松散，需借助摊铺碾压机械进行施工，以达到技术要求的渗透性和强度，这是目前沥青砼心墙较为常用的施工方法。

3784、工程实例

4.1 工程概况

水溪沟水库位于新疆吉木萨尔县水溪沟河上，距离出山口附近S303省道3.5km，距吉木萨尔县城约25km。是一座以农业灌溉、工业供水、防洪为主兼顾生态用水的具有综合开发任务的小（1）型Ⅳ等水利枢纽工程，总库容为738.52万m3。大坝为碾压式沥青砼心墙砂砾石坝，最大坝高55.3m。水库每年工农业供水1367.5万m3，其中农业供水947.5万m3，工业供水420万m3，生态用水260.66万m3。工程总投资1.75亿元。

4.2 工程地质

水溪沟水库工程坝址河床：宽度约35～90m，海拔高程为

945m，卵石覆盖层厚度为2.5～3.2m，下伏基岩为泥岩和砾岩，埋深3.2～35m为泥岩，35m以下为砾岩，

右坝肩：山顶高程为990～1010m，山体由两套地层组成，其中高程978m以上为灰绿色泥岩、粉砂岩夹细砂岩；高程978m以下为红褐色泥岩夹薄层泥质砂岩。

左坝肩：左岸发育Ⅱ、Ⅲ级阶地，卵石层厚度为3～5m， 下伏基岩：高程978m以上为灰绿色泥质砂岩、泥岩，高程978m以下为浅灰色砂岩。

4.3 挡水大坝设计

大坝为碾压式沥青心墙砂砾石坝，最大坝高55.3m，坝顶长420m，坝顶宽6m，上游坝坡1:2.25；下游坝坡1:2，上游坝坡采用20cm厚砼面板护坡，下游坝坡采用预制砼网格砂砾石护坡。

过渡层设在沥青心墙心墙两侧，水平宽度上、下游均为2.5m，过渡层从砼基座底部填筑至心墙顶部。

4.4 沥青砼心墙设计

沥青砼防渗心墙一般偏向坝体上游侧布置，以改善大坝受力条件，并方便与坝顶防浪墙连接形成封闭防渗体系。水溪沟水库沥青砼心墙防渗体轴线距坝轴线2.7m，心墙宽0.4～0.6m，心墙顶部至高程971.9m墙厚0.4m，971.9m高程以下厚0.6m。砼基座为厚0.7m，宽6m的C20F250砼。为了保证沥青砼心墙底部与砼基座的有效连接，在沥青砼心墙底部3m高范围内厚度由0.6m扩大为1.5m，设置渐变扩大段，以扩大心墙同砼基座的接触面。心墙与基座之间接触面铺垫厚10mm的沥青玛蹄脂，并在沥青砼心墙与基座砼之间设置紫铜片止水连接，以适应较大的水平剪切变形和保证接触面的良好防渗。5、结语

沥青砼心墙坝以其优越的防渗性能，良好的适应变形能力，可与坝体同步填筑快速施工，对坝基的广泛适应性，发展成为当地材料坝中重要的坝型之一，具有很大的发展前景。沥青砼防渗心墙在水工筑坝技术中的应用也有上百年的历史，而在我国，其应用仅有40多年的历史，还处于发展阶段，如何发展和完善水工沥青砼应用理论，是摆在水电建设工程界的重要课题。相信采用沥青砼心墙防渗的当地材料土石坝将是未来超高坝建设的合适坝型，水工大坝沥青砼心墙的发展应用前景越来越广阔。

参考文献：

[1]赵科. 水工沥青砼力学性能试验研究[D].长江科学院,2014.