云南弥勒坝水库沥青混凝土心墙型式选择

牛利凯，边伟鹏，窦 晓

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

弥勒坝水库坐落于云南省怒江州兰坪县境内，是一座以农业灌溉供水和农村安全饮水为主，兼顾城镇生活供水、下游生态用水的小（1）型水利枢纽工程。水库枢纽主要由拦河坝、岸边溢洪道和输水洞（兼导流洞）组成。拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙分区坝，坝长219m，最大坝高54.7m，总库容497.5万m3。

本工程拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙分区坝，设计坝顶高程2982.7m，上游设高出坝顶1.0m的混凝土防浪墙，最大坝高54.7m；坝体上游采用干砌块石护坡，下游采用框格草皮护坡。上、下游坝坡均分三级，上游坡比1∶2.5，1∶2.75，1∶3.0，分别在高程2960.3m和2945.5m处设马道； 下游坝坡坡比1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5，分别在高程2962.7m和2942.7m处设马道。

拦河坝防渗沥青混凝土心墙顶高程2982.3m，沥青混凝土心墙通过开挖截渗槽坐落于强风化基岩上，基座下部岩石采用帷幕灌浆进行防渗处理。坝体沥青混凝土心墙与坝基防渗帷幕形成完整的防渗系统。

2 沥青混凝土心墙

2.1 沥青心墙型式选择

沥青混凝土心墙按施工方法上一般分为浇筑式和碾压式2种。

2.1.1 浇筑式沥青混凝土心墙

沥青含量相对较高（沥青含量9%～13%），拌制的混合物流动性较大的特点。一般适用于施工条件比较恶劣的寒冷地区、坝高小于50m的中低高度土石坝。

2.1.2 碾压式沥青混凝土心墙

便于机械化施工，沥青含量较少（沥青含量6%～7.5%），拌和物可松散填筑，适用范围较广，是目前发展的主要趋势。

依据工程区气候特点、施工条件及两种施工方法优缺点，本工程沥青混凝土心墙选用碾压式。

2.2 沥青混凝土心墙轴线布置

2.2.1 沥青混凝土心墙轴线平面布置

根据沥青混凝土心墙坝受力状况，运行期沥青混凝土心墙在上游水压力的作用下会产生坝轴线方向的拉应力。

沥青混凝土心墙轴线位于坝轴线上游侧的布置型式可增强下游坝壳对心墙的支撑力、有效减小心墙拉应力［1］；考虑沥青混凝土心墙与坝顶防浪墙连接形成封闭的防渗体系，沥青混凝土心墙轴线宜选择偏向坝轴线上游侧布置。

2.2.2 混凝土心墙轴线竖向布置

沥青混凝土心墙竖向布置可采用竖直式或倾斜式，根据SL501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》及相关工程经验，与倾斜式相比，垂直沥青混凝土心墙具有防渗面积小、工程量少、施工方便、与基础和两岸防渗系统连接可靠简单、可较大幅度降低坝体沉降引起的变形敏感度等一系列优点，因此本工程沥青混凝土心墙采用垂直式竖向布置。

综上分析，本工程沥青混凝土心墙竖向轴线选用垂直式；平面轴线位于坝轴线上游侧、与坝轴线平行直线布置，同时考虑坝体结构布置及沥青混凝土心墙与防浪墙、两侧岸坡连接后，以确定心墙平面轴线位于坝轴线上游1.25m处。

2.3 沥青心墙防渗顶高程、底高程的确定

2.3.1 防渗顶高程

坝体防渗心墙顶高程按不低于水库正常运行最高水位2981.7m（30年一遇设计洪水位）设计；坝顶高程2982.7m，坝顶路面及垫层厚度0.4m；本次设计沥青混凝土心墙顶高程2982.3m（高于正常运行最高水位0.6m），直接位于坝顶路面垫层之下，并与防浪墙连接成整体。

2.3.2 防渗底高程

拦河坝坝轴线地基为土岩双层结构，上部覆盖层以卵石、含壤土碎石为主，最大厚度12.4m；下部基岩主要为全、强、弱风化泥岩和砂岩，其中全风化层厚度1～11m。考虑拦河坝沥青混凝土心墙为坝体防渗关键部位，以尽量减少沥青心墙沉降，设计沥青心墙坐落于强风化基岩上、基础按深入强风化岩不少于1.0m控制。

综合分析地质条件后，设计沥青混凝土心墙最低建基高程2925.0m，沥青混凝土心墙最大高度57.3m。

2.4 沥青混凝土心墙厚度

沥青混凝土心墙厚度主要取决于坝体高度、防渗要求、坝壳料可能的变形情况、抗震要求和施工条件等因素。国内已建沥青心墙工程通常采用底部较厚、顶部较薄的结构型式，顶部厚度不小于0.4m，底部最大厚度（不含扩大端）宜为坝高的1/110～1/70，国内已建和在建沥青混凝土心墙坝防渗心墙厚度统计如表1。

表1 国内沥青混凝土心墙厚度

续表1

由表1可见，国内已建工程（坝高30～70m）中坝沥青混凝土心墙厚度一般为0.4～1.0m；高坝（70m以上）沥青混凝土心墙厚度一般为0.5～1.2m。本工程拦河坝为中坝，通过表1工程类比，综合考虑坝高、防渗及施工等相关因素，设计沥青心墙高程2953.0m（坝高的1/2）以上厚度0.5m、以下厚度0.8m。

2.5 沥青混凝土心墙与坝基的连接

沥青混凝土心墙与坝基和岸坡的连接，将直接影响大坝的防渗效果和安全运行。

本工程沥青混凝土心墙基础为强风化基岩，为避免接触面发生集中渗漏，同时考虑基岩灌浆施工，在沥青混凝土心墙底部设混凝土基座与基岩进行连接，沥青混凝土心墙、混凝土基座和坝基帷幕灌浆形成完整的防渗体系。

沥青混凝土心墙基座采用混凝土结构，轴线与心墙轴线重合布置，基座顺水流方向宽度按接触渗透坡降5～10控制，同时考虑基岩灌浆工作面施工要求，设计高程2965.0m以下基座宽度8.0m、以上基座宽度5.0m；为满足自身稳定和灌浆压重的要求，心墙基座厚度采用1.0m，并在基座下采用砂浆锚杆加强与基岩连接。

沥青混凝土心墙具黏弹塑性质，而混凝土基座为刚性结构，根据SL501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》，本工程采用在沥青心墙底部设扩大段、在混凝土基座面采用弧形底连接型式。设计沥青混凝土心墙扩大段高度2.0m，扩大后底部宽度2.0m；混凝土基座表面弧形接触面顶宽2.0m、深0.2m；为增加沥青心墙与混凝土基座的黏结力和防渗效果，施工时接触面混凝土首先进行凿毛处理，再喷涂0.2kg/m2的阳离子乳化沥青，待充分干燥后，最后涂刷一层厚2cm的沥青玛脂，并在凹槽内一道紫铜止水连接。

2.6 沥青混凝土心墙技术指标

综合考虑结构性能要求、当地气温、运行和施工条件等因素，沥青混凝土心墙采用碾压式，沥青采用90#石油沥青，沥青含量6.0%～7.5%；设计沥青混凝土密度不小于2.37g/cm3，渗透系数不大于1×10-8cm/s，芯样孔隙率不大于3%，水稳定性不小于0.9，小梁弯曲应变不小于1.0，弯曲强度不小于400kPa，内摩擦角不小于25°，黏聚力不小于300kPa。

3 结语

碾压式沥青混凝土心墙布置于坝体内部，受光照、气温等外界因素影响较小，防渗心墙布设结构缝、整体施工，具有防渗性能好、抗冲蚀能力强、不存在水力劈裂破坏问题、与坝基混凝土基座容易连接等优点。目前已在防渗土料匮乏地区和寒冷、严寒采用土料施工困难地区得到较为广泛应用。