新壩水庫瀝青混凝土心墻堆石壩設(shè)計與施工控制

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川 德陽，618000)

1 工程概況

新壩水庫位于四川省興文縣麒麟苗族鄉(xiāng)境內(nèi)落巖河上，屬長江水系古宋河右岸一級支流，壩址以上控制集水面積50.8km2，多年平均徑流量4029×104m3，是一座以灌溉及城鄉(xiāng)供水為主的中型水利工程，水庫總庫容3380×104m3。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高52.0m，為3級建筑物。

2 工程地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)位于四川盆地南緣低山丘陵與云貴高原的黔北山地北緣接壤地帶。壩址處于茶園溝與落葉溝交匯口下游700m，河谷兩岸不對稱，左岸為向上游凸出的條形山脊，坡角32°～60°，右岸山體順直，自然坡角為28°～38°。河床水面寬16m～38m，其上覆蓋層主要由漂卵礫石夾砂組成，厚2.05m～7.54m，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組粉砂質(zhì)泥巖、含鈣砂質(zhì)泥巖與灰?guī)r。

3 天然建筑材料

海峽村石料場位于水庫左岸海峽村后側(cè)山坡上，距壩址約0.5km，有鄉(xiāng)村公路相通，交通方便。料場基巖裸露，地形坡度24°～60°。有用層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)灰?guī)r，中～厚層狀。巖層產(chǎn)狀N78°E/SE∠29°，上覆無用剝離層為強(qiáng)風(fēng)化與泥巖夾層，強(qiáng)風(fēng)化平均厚度約5m，有用層為弱風(fēng)化和新鮮灰?guī)r，厚度73.2m，儲量1968×104m3。經(jīng)取樣試驗(yàn)，灰?guī)r骨料無堿活性、強(qiáng)度高，滿足人工骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求。料場儲量大，質(zhì)量較好，亦可作堆石料、過渡料料場。

4 大壩結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)壩址區(qū)地質(zhì)條件及當(dāng)?shù)亟ú男再|(zhì)、儲量，經(jīng)比較壩型采用瀝青混凝土心墻堆石壩。大壩壩頂高程467.50m，壩頂寬8.0m，長224.0m。瀝青混凝土心墻厚0.5m，基座置于弱風(fēng)化含鈣砂質(zhì)泥巖上。心墻兩側(cè)為新鮮灰?guī)r人工破碎而成的過渡料，水平厚度2.5m。上下游壩殼均采用新鮮～弱風(fēng)化灰?guī)r堆石料碾壓填筑，上游壩坡為1∶1.6，死水位以下棄渣回填，坡度1∶3.0。下游壩坡為1∶1.6，分別在高程447.50m和428.00m處設(shè)置馬道，寬度3.0m，大壩最大壩高52.0m，基礎(chǔ)及兩岸采用帷幕灌漿防滲。大壩橫剖面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 新壩水庫瀝青混凝土心墻堆石壩橫剖面

5 大壩設(shè)計與施工質(zhì)量控制

5.1 大壩基礎(chǔ)處理

大壩壩殼基礎(chǔ)需將表層植被、亂石、腐殖土等清除，并做好地質(zhì)鉆孔、泉眼等洞穴處理。兩岸坡不能出現(xiàn)直立和倒懸體邊坡，對于局部凹坑、反坡，可用混凝土或漿砌塊石填平。瀝青混凝土心墻基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上，與岸坡接合須采用斜面，不得有臺階、急劇變坡。開挖應(yīng)采用控制爆破，使開挖面基本上平順，必要時可預(yù)留保護(hù)層。

混凝土心墻基座下設(shè)置固結(jié)灌漿和帷幕灌漿各兩排，左壩肩平臺灌漿三排布孔，一排主帷幕，主帷幕上下游1.0m各設(shè)一排固結(jié)孔兼輔助帷幕。施工前選擇河床、岸坡和壩肩平臺做生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)，以驗(yàn)證灌漿孔排距、孔深，并推薦適宜的施工方法、灌漿壓力、漿液配比等。試驗(yàn)后對灌漿孔排距、孔深進(jìn)行了設(shè)計變更。施工后的灌漿帷幕經(jīng)自檢和第三方檢測單位抽檢質(zhì)量合格，達(dá)到設(shè)計要求。

5.2 瀝青混凝土心墻

瀝青混凝土心墻等厚布置為0.5m，心墻在底部1.0m范圍內(nèi)漸變擴(kuò)大，厚度由0.5m擴(kuò)大為1.0m。心墻和混凝土基座間采用厚2.0cm的瀝青瑪?shù)僦辰?，并設(shè)置一道“Z”字型止水銅片。瀝青混凝土心墻碾壓后孔隙率不大于3%，滲透系數(shù)不大于1×10-8cm/s，水穩(wěn)定系數(shù)不小于0.9。

瀝青混凝土心墻施工前需進(jìn)行原材料檢測、室內(nèi)配合比和現(xiàn)場鋪筑試驗(yàn)。

原材料瀝青采用中海油36-1的70號水工瀝青，粗、細(xì)骨料采用海峽村石料場灰?guī)r加工而成，粗骨料粒徑分19.0mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm、4.75mm～2.36mm三級，細(xì)骨料為灰?guī)r人工砂，粒徑2.36mm～0.075mm，填料采用銅底鎮(zhèn)窩頭石廠加工的灰?guī)r礦粉，經(jīng)各項(xiàng)指標(biāo)檢測，原材料性能均滿足設(shè)計要求。

室內(nèi)試驗(yàn)擬定了多種配合比，針對不同的礦料級配指數(shù)、瀝青含量、溫度等進(jìn)行試驗(yàn)，最終得到滿足要求的配合比。現(xiàn)場鋪筑試驗(yàn)主要對施工機(jī)械、工藝、質(zhì)量控制等進(jìn)行研究，并調(diào)整瀝青配合比參數(shù)。經(jīng)多次鋪筑試驗(yàn)，現(xiàn)場取芯樣進(jìn)行了馬歇爾擊實(shí)、抽提試驗(yàn)，密度、孔隙率、水穩(wěn)定性及滲透性試驗(yàn)，小梁彎曲及力學(xué)三軸試驗(yàn)，各指標(biāo)驗(yàn)證后，最終確定了瀝青混凝土配合比及施工碾壓主要控制參數(shù)：碾壓機(jī)具采用1.5t振動碾，行走速度為25m/min～30m/min。鋪料厚30cm，靜壓2遍+振壓10遍。瀝青混凝土配合比見表1。

表1瀝青混凝土配合比

現(xiàn)場鋪筑施工中應(yīng)特別注意對瀝青混凝土的溫度控制和心墻層面處理。瀝青混合料的出機(jī)口溫度宜控制在145℃～175℃。初碾溫度不低于130℃，終碾溫度不低于110℃。在正常施工和天氣條件下，宜每天鋪筑兩層，下層瀝青混凝土表面溫度應(yīng)降至90℃以下后方可攤鋪上層混合料。當(dāng)停歇時間較長繼續(xù)鋪筑時，應(yīng)將結(jié)合面清理干凈，使其干燥并加熱至70℃以上后，方可鋪筑瀝青混合料。

瀝青混凝土心墻施工中，各種抽樣自檢和第三方抽檢成果顯示，瀝青混凝土干密度、滲透系數(shù)、孔隙率、水穩(wěn)定系數(shù)等指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

5.3 過渡層

過渡層位于心墻上下游側(cè)，水平厚度2.5m，要求質(zhì)地堅硬，具有較高的抗水性和抗壓強(qiáng)度。采用海峽村石料場新鮮灰?guī)r人工破碎加工，質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。過渡層要求級配良好，最大粒徑不大于80mm，小于5mm顆粒含量25%～35%，小于0.075mm顆粒含量不大于5%。滲透系數(shù)1×10-3cm/s～1×10-4cm/s，孔隙率不大于21%。

施工前進(jìn)行了顆粒級配分析和碾壓試驗(yàn)，實(shí)測顆粒級配曲線在設(shè)計包絡(luò)曲線范圍內(nèi)。碾壓試驗(yàn)與瀝青混凝土攤鋪試驗(yàn)同時進(jìn)行，確定了施工填筑主要控制參數(shù)：碾壓設(shè)備為一臺3t振動碾，行駛速度為(25～30)m/min。過渡料攤鋪厚度為30cm，先靜碾1遍，然后振動碾6遍，最后再靜碾1遍。抽樣檢測試驗(yàn)成果顯示，過渡料干密度、滲透系數(shù)、孔隙率等均滿足設(shè)計要求。過渡料主要控制參數(shù)見表2。

表2大壩填筑主要控制參數(shù)

5.4 壩殼料

上下游壩殼堆石料均采用海峽村石料場新鮮～弱風(fēng)化灰?guī)r碾壓填筑，要求級配連續(xù)，最大粒徑不超過壓實(shí)層厚度，小于5mm顆粒含量不大于20%，小于0.075mm顆粒含量不大于5%。滲透系數(shù)大于1×10-1cm/s，孔隙率不大于20%。壩殼料主要控制參數(shù)見表2。

施工前在料場進(jìn)行爆破試驗(yàn)，對爆破堆料進(jìn)行顆粒級配分析，實(shí)測顆粒級配曲線在設(shè)計包絡(luò)曲線范圍內(nèi)。通過碾壓試驗(yàn)確定了施工填筑主要控制參數(shù)：碾壓機(jī)具采用25t自行式振動平碾，車速控制在2.0km/h～3.0km/h。鋪料厚度為80cm，碾壓靜2+振8遍。抽樣檢測試驗(yàn)成果顯示，堆石料干密度、滲透系數(shù)、孔隙率、力學(xué)指標(biāo)等均滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

新壩水庫結(jié)合壩址區(qū)地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)亟ú那闆r，對碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩進(jìn)行基礎(chǔ)處理和壩體分區(qū)材料設(shè)計，對施工中質(zhì)量控制進(jìn)行了研究，希望給類似工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。