浅谈麦海因水库中“浇筑式沥青混凝土心墙”的设计

苏 彬，冯耀辉

（奎屯农七师勘测设计研究院，新疆奎屯 833200）

1 工程概况

麦海因水库地处新疆塔城地区额敏县境内，坝址距农九师167团团部约9.0k m，距塔城地区额敏县城约55.0k m。麦海因河发源于塔尔巴哈台山东段南坡，左邻卡布阿他录苏河，右傍别其尔苏河，河流走向自北向南，自然状态下汇入额敏河，属于额敏河水系。河水源以降水、融雪水补给为主。

麦海因水库总库容为995×104m3，兴利库容8 51×104m3，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。水库是一座以灌溉、草原生态保护及饮水安全为主兼顾下游灌区防洪的综合性利用水库。

2 大坝设计

2.1 坝址拟定

麦海因河为额敏河流域上游的一条支流。经过对麦海因河山区河段的地形、地貌进行多次踏勘，对河道沿线地层岩性、工程地质条件进行比较，拟选的麦海因水库坝址是整个河流上目前选择的成库条件较好的坝址，此处库盘相对开阔，大坝相对较短，工程量相对较小，投资相对较少，且能满足本工程规模的需要。若将坝址下移，水库将出山，下游丘陵无建坝条件，若将坝址上移，坝轴线将加长，水库投资将增加且没有较好的库盘条件，综合考虑，此处为建坝的唯一理想坝址，故选此处为麦海因水库拟建坝址。

2.2 坝体轮廓尺寸

大坝坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝，大坝全长120 m，坝顶高程1 218.32m，坝顶宽5 m，坝顶铺设步行砖路面，路面自上游向下游倾斜，坡度为2%。大坝最大坝高52.65 m。防浪墙顶高程1219.32m，防浪墙高2.7m，高出坝顶1.0m，厚0.3m，采用钢筋混凝土现浇。浇注式沥青心墙与防浪墙底部相连，心墙厚度为0.5 m，采用等厚布置。大坝上游坝坡1∶2.0，采用15 cm厚C20F200现浇混凝土护坡，下游坝坡1∶2.25，采用6cm厚混凝土预制六棱块护坡。拟定大坝坝体与围堰相结合，围堰顶高程1 192.5 m，围堰顶宽5 m，围堰上游坝坡1∶2.0，下游坝坡为1∶2.0。围堰也采用砂砾石填筑。

2.3 沥青混凝土心墙防渗结构设计

2.3.1 心墙型式选择

沥青混凝土心墙分为浇筑式心墙和碾压式心墙，两种心墙的布置型式基本一致，主要区别是沥青含量和施工方法不同。浇筑式沥青心墙主要有以下特点：沥青含量较大，占矿料总量的10%～16%，心墙浇筑不用碾压工具，只需钢筋棒插捣排气即可，孔隙率一般小于2%，渗透系数小于10-11cm/s。其工序简单，最大优点是基本不受气候条件的影响，适于在严寒条件下施工。浇筑式沥青混凝土的良好柔韧性、可塑性和可压缩性一般可使心墙内部产生裂缝自动愈合，冬季保护措施也可简化。

本工程利用冬季枯水期填筑坝体，因此结合本工程的气候特点和施工进度安排等各种因素考虑，选用浇筑式沥青混凝土心墙方案。

2.3.2 沥青混凝土心墙防渗体结构布置

沥青混凝土心墙受气候影响小，对坝基坝体变形适应性强，抗震性能好。沥青混凝土心墙有垂直、倾斜和上部倾斜下部垂直三种布置型式。垂直式沥青混凝土心墙面积较小，工程量小，施工简单，心墙对坝体沉降引起的变形反应不像倾斜式那样敏感，各种高度的坝均可采用。墙体靠上游侧布置，可改善大坝受力条件并能很好地和坝顶防浪墙连接。所以本工程采用垂直式心墙。

2.3.3 沥青混凝土心墙的技术指标

根据D L/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》初步提出本工程沥青混凝土心墙坝对沥青混凝土的技术要求，见表1。

表1 浇筑式沥青混凝土的主要技术指标Table 1:Main technical indexes of the pouring asphalt

2.3.4 沥青混凝土心墙厚度设计

坝体防渗采用浇筑式沥青混凝土心墙，心墙轴线位于坝轴线上游1.9m处，与坝轴线平行。由于沥青混凝土心墙厚度的确定目前尚无成熟的理论公式可供应用，主要参考已建工程和施工要求确定。根据D L/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》，浇筑式沥青心墙的厚度宜为坝高的1/100，最小厚度不宜小于20cm，根据已建工程的经验，本工程心墙厚度为0.5 m，采用等厚布置。

沥青混凝土心墙顶部嵌入防浪墙底板50cm，与防浪墙紧密结合。

2.4 沥青混凝土心墙配合比设计

根据D L/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》，沥青混凝土配合比应通过室内试验和现场铺设试验进行选择。所选配合比的各项技术指标应满足设计对沥青混凝土提出的要求，有良好的施工性能，且经济合理。沥青混凝土室内试验应根据当地温度（水温和气温）、坝高、坝壳料性能、施工和蓄水速度（加载速度）、施工配料精度等条件进行。本阶段参照附录A初选沥青混凝土的配合比，最终以试验成果为准。

2.4.1 沥青混凝土心墙材料要求

沥青混凝土制备所采用的原材料包括沥青、粗骨料、细骨料、填料，其必须满足技术要求。

（1）沥青

所用的沥青材料主要是石油沥青，其品种和标号应根据当地气温、运用条件和施工要求等进行选择。本工程初选克拉玛依沥青，其水工沥青、道路石油沥青、重交通道路石油沥青均质地优良，抗老化性能好，温度稳定性和低温性较好，能满足相应行规的技术要求。克拉玛依水工沥青具有低温延度大、蜡含量低、脆点低、粘度大、抗老化性能好等特点；克拉玛依重交通道路石油沥青低温延伸度、粘结性、抗涨性非常优异，具有较低的蜡含量，高温性能优异，低温性能好；道路石油沥青具有良好的热安定性、低温延伸度、粘结性、抗张性非常优异，低温韧性和塑性较好，与拌和料粘结性良好。其主要指标见表2。

浇筑式沥青混凝土是无空隙型的，其矿料空隙全部由沥青充填并有剩余，其沥青材料宜采用抗流变性好和感温系数小的石油沥青。针入度越大，塑性越好（即延度越大），沥青就愈软，为了提高浇筑式沥青混凝土的抗渗流变性，一般选用针入度指数较大的普通道路沥青。结合本工程高寒、强震、变形大的特点，从针入度、软化点、延伸度、含蜡量及价格上考虑，浇筑式沥青混凝土心墙采用的沥青初选为A-100甲道路石油沥青。

（2）混凝土骨料

表2 克拉玛依沥青的技术指标对比表Table 2:Technical indexes of the Kelamayi asphalt

根据料源勘察及混凝土骨料比选，本工程骨料选用混凝土骨料场骨料，质量和储量均能满足工程要求。根据D L/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的要求，混凝土粗细骨料技术要求见表3、表4。

（3）填料

填料应采用石灰岩粉、白云岩粉等碱性岩石加工的石粉。填料应不结团块、不含有机质及泥土，其技术标准见表5。

2.4.2 初选沥青混凝土配合比

本次沥青混凝土配合比的选择根据当地工程材料的性能和气温条件并结合工程对沥青混凝土的力学性能要求初定，最终通过试验研究选定。配合比设计主要是确定矿料级配和沥青含量，确定沥青混凝土配合比主要参数包括级配指数r、最大骨料粒径Dmax、矿粉含量F和沥青含量B。

表3 混凝土粗骨料的主要技术指标Table 3:Technical indexes of the coarse aggregate

表4 混凝土细骨料的主要技术指标Table 4:Technical indexes of the fine aggregate

表5 填料的技术要求Table 5:Technical indexes of the filler

根据D L/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》和以往的工程经验，初步选定沥青混凝土采用中粒密级配，Dmax为20m m，矿料级配指数r选择为0.35，油石比为12%，填料浓度选择为1.45。初拟浇筑式沥青混凝土配合比见表6。

表6 初拟沥青混凝土配合比表Table 6:Mix proportion of the asphalt concrete

3 结 语

沥青混凝土心墙坝的主要优点是构成简单，对混凝土骨料级配要求不是很高，建造经济合理；若采取了严格的抗老化措施，该结构具有很好的耐久性，受气候等条件的影响小。可以随坝壳材料同步施工，施工进度大大提高，适应坝体和地基变形的能力较强。沥青心墙不仅有良好的防渗及适应变形的性能，且能承受并传递应力，水库蓄水后心墙一般不会发生水力劈裂，若坝体设计合理，地震区的沥青心墙坝具有较强的自愈能力。心墙受外界气候及光照影响较小，几乎不受酷暑及严寒冰冻的影响。本设计初选的沥青混凝土配合比还有待试验研究确定。

[1]D L/T5411-2009,土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范[S].中国电力出版社,2010.

[2]王为标,申继红.中国土石坝沥青混凝土心墙简述[J].石油沥青,2002,16(4):27-31.

[3]李茂昌.堆石坝浇筑式沥青混凝土防渗心墙设计[J].东北水利水电,1991,(12):2-11.