浅析沥青混凝土心墙砂砾石坝设计要点

2015-07-25陈玉莲

陕西水利 2015年1期

陈玉莲

（新疆塔城地区水利管理处新疆塔城 834700）

1 工程概况

乌雪特水库地处新疆塔城地区托里县境内，坝址位于托里县境内的乌雪特河出山口处，距离托里县城40km。水库总库容322万m3，控制灌溉面积1.66万亩，为Ⅳ等工程，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。水库具有灌溉、人畜饮水等综合效益，设计引水流量0.99m3/s。水库建成后新增牧民定居户数150户，改善定居户数64户，牧民定居数达到214户。

2 水文气象及工程地质

2.1 水文

乌雪特河是托里县与额敏县的界河，属降雨、融雪混合型补给的河流。乌雪特河源于加依尔山东北部的塔斯巴斯它乌山北坡，坝址以上流域面积44.5km2。多年平均气温为5.0℃，极端最高气温为40.2℃，极端最低气温-36.6℃，多年平均年降水量244.9mm，年蒸发量2088.7mm（Ф20cm口径蒸发皿）。最大积雪深在40cm左右，最大冻土深在154cm左右。多年平均最大风速14.68m/s，风向为 SES。

乌雪特河多年平均径流量634.1万m3，设计洪水标准为50年一遇，洪峰流量48m3/s；校核洪水标准为1000年一遇，洪峰流量88.8m3/s。

2.2 工程地质

工程区位于准噶尔弧形构造的西翼与塔尔巴哈台山区域东西向构造的斜接复合部位，主要出露有上古生界、新生界地层。坝址区地震基本烈度为Ⅵ度。

左坝肩地层岩性为凝灰质砂岩，岩石属较软岩。岩体强风化层厚度1.0m～3.0m，其下为弱风化层，岩体透水率小于10Lu的界线埋深25m～38.0m。

坝址河床段河谷呈“U”型，谷宽约50m。河床覆盖层厚度5.0m～7.0m，为级配不良砂砾石，天然干密度2.00g/cm3～2.10g/cm3，相对密度0.64～0.66，渗透系数0.96×10-2cm/s～1.37×10-2cm/s；下伏基岩岩性为凝灰质砂岩，岩体强风层厚度1.0m～3.0m，其下为弱风化层，岩体透水率小于10Lu的界线埋深33.1m～38.0m。

右坝肩地层岩性为凝灰质砂岩，岩体强风化层厚度1.0m～4.0m，其下为弱风化层37.0m。岩体透水率小于10Lu界线埋深33m～46m。

3 枢纽布置

水库由大坝、放水隧洞和溢洪道组成。放水隧洞位于大坝左岸山体中，进口底板高程993.00m，全长294.5m（洞身段长155.2m）。溢洪道位于大坝左岸山体内，全长244.91m，堰顶高程1027.23m。

4 大坝设计

4.1 坝体轮廓尺寸

大坝坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝，正常蓄水位1027.23m，设计洪水位1028.55m，校核洪水位1029.04m，坝顶高程1028.82m、宽4m、长220m，最大坝高49.42m。防浪墙顶高程1029.97m，上游坝坡为1∶2.5，采用15cm厚的C20F200W4混凝土板护坡，下游坝坡为1∶2.25，采用6cm厚的预制六棱块护坡。

上游围堰与坝体相结合，堰顶高程996.00m，堰顶宽4m，围堰上游坝坡为1∶2.5，下游坝坡为1∶2.0，采用砂砾石填筑，堰体及基础均采用土工膜防渗，底部截渗至基岩。

4.2 坝体分区设计

坝体填筑分区从上游到下游分为七个区，分别为：围堰砂砾石区、大坝砂砾石区、过渡料区、浇筑式沥青混凝土心墙、反滤区、排水区、下游堆石区。

围堰砂砾石区：采用大坝清基料填筑，砂砾石相对密度Dr≥0.8。

大坝砂砾石区：坝壳砂砾料的相对密度Dr≥0.80。

过渡料区：设于心墙两侧，在高程1000m以上时水平宽度2.0m，在高程1000m以下时水平宽度1.90m，采用级配连续、最大粒径为80mm，小于5mm的粒径含量为25%～40%左右的砂砾料，含泥量（粒径小于0.075mm的颗粒）小于5%，渗透系数不小于 1×10-3cm/s。

沥青混凝土心墙区：浇筑式沥青混凝土心墙采用垂直布置形式，轴线位于大坝轴线上游1.55m处，与坝轴线平行。高程979.4m～1000m之间厚度0.5m；高程1000m～1027.12m（心墙顶部高程）之间，厚度为0.3m。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。沥青混凝土心墙与混凝土基座结合处处理：首先在基座表面与沥青心墙交界处涂一层冷底子油，再涂一层厚1.5cm的沥青马蹄酯，最后在浇筑沥青混凝土心墙。

表1 乌雪特水库浇筑式沥青混凝土的主要技术指标

表2 乌雪特水库浇筑式沥青混凝土粗骨料主要技术指标

表3 乌雪特水库浇筑式沥青混凝土细骨料主要技术指标

反滤层区：由于坝体填筑料颗粒较细（渗透系数为10-3cm/s～10-4cm/s），在大坝下游设反滤层（90cm）和排水体，为满足坝料层间反滤要求，反滤层共分为三层，每层厚30cm。

排水区：在桩号0+095～0+200段下游设1m厚竖向排水体，排水体顶部高程为1027.12m。河床段每隔20m设一条水平排水体，宽度为3m（共三道），坡度i=0.01。粒径10mm～300mm，孔隙率控制在20%～23%，渗透系数K≥1×10-2cm/s。

下游堆石区：下游堆石区采用溢洪道和放水隧洞开挖料填筑，堆石区顶高程1020m，顶宽10m，底高程为1010m，最大粒径小于600mm，小于0.075mm的颗粒小于5%，堆石区设计孔隙率不大于23%。

4.3 沥青混凝土心墙配合比设计

4.3.1 主要技术指标

根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》(DL/T5411-2009)本工程对沥青混凝土心墙的技术要求见表1。

4.3.2 配合比设计

（1）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，借鉴已建工程成功经验，沥青选用A-100甲道路石油沥青。

（2）混凝土骨料

因当地无符合技术要求的碱性骨料，本工程骨料选用当地水泥厂加工的成品料。混凝土粗细骨料技术要求参见表2和表3。

（3）填料

填料采用碱性岩石加工的石灰岩粉。填料应不结团块、不含有机质及泥土。

4.3.3 沥青混凝土配合比

沥青混凝土配合比的选择结合当地工程材料性能和气温条件，通过实验研究选定。最大骨料粒径为20mm，矿料级配指数为0.35，油石比为12%，填料浓度为1.45。

4.4 基础处理

根据地质条件需将河床段坝基内的覆盖层清除1m，沥青混凝土心墙处覆盖层全部清除，基座坐落于弱风化层上，基座厚1.5m，采用C25F200W6混凝土现浇。坝肩沿沥青心墙轴线方向开挖基岩槽至弱风化层上，然后浇筑C20混凝土基座，以封闭岩石裂隙，并可作为基础灌浆的盖板。

固结灌浆的深度为5m，孔排距均为2m。帷幕灌浆沿沥青混凝土心墙轴线布置，灌浆孔设置一排，孔距为2m在两排固结灌浆孔的中间，深度按岩石吸水率q＜10Lu控制，最大灌浆深度为43m。

5 施工

5.1 导流时段和导流标准

工程施工总工期为2年。乌雪特河汛期为3月到5月。计划第二年6月进行截流，大坝施工导流分为3个时段：初期导流时段，第一年的8月至第二年的5月，采用10年一遇（P=10%），洪峰流量QP=27.4m3/s，原河床导流；中期导流时段，第二年的6月至第三年的2月，采用枯水期10年一遇（P=10%），洪峰流量QP=1.15m3/s。大坝开始截流，围堰挡水，放水隧洞导流；后期导流时段，第三年的3月至第三年的8月，采用20年一遇，洪峰流量QP=36.10m3/s。大坝临时断面挡水，放水隧洞导流。