沥青混凝土心墙在水库除险加固中的应用

2020-04-02张栋厚

山东水利 2020年1期

张栋厚

（临沂市水利工程处，山东临沂276000）

1 工程概况

安子水库是一座小（二）型水库，于1959 年4月建成蓄水。水库由碾压式土石坝、溢洪道、放水洞组成，现状坝顶高程216.85～217.68 m，防渗体顶高程214.05～214.37 m，最大坝高5.50 m，坝顶宽3.83 m，设计正常水位217.40 m，总库容约5.12 万m3，是一座集防洪、灌溉、养殖等综合利用的小型水库。其中，防洪主要目标为下游2 个村落，总人口3 500 人，牲畜0.5 万头，有效耕地灌溉面积20.0 hm2。2018 年平邑县水利局组织了安全鉴定，安子水库坝体渗漏严重，确定安子水库大坝为三类坝，必须进行防渗加固。

2 防渗加固方案比选及原料配比设计

2.1 水库大坝防渗方案比选

结合安子水库大坝工程地质、地形、建筑材料等条件，相关技术专家组推荐三种防渗加固方案：沥青混凝土心墙、黏土心墙、混凝土面板。下面针对这三种方案进行比选分析[1]。

三种方案详细比较见表1 所述，综合分析，沥青混凝土心墙在结构特性和经济性上优势突出，其他工程应用防渗效果较好，因此，安子水库最终确定选择防渗方案为沥青混凝土心墙。

表1 三种防渗方案技术性比选

2.2 沥青混凝土原料配比设计

沥青混凝土心墙防渗效果主要取决于各原料配比设计，不同的工程配比会存在差异。如果照搬别的工程原料配比，可能降低心墙工程防渗效果，为保证本项目防渗工程质量，在此对配比进行设计分析[2]。

2.2.1 原材料的性能参数

1）粗骨料。安子水库大坝心墙采用灰岩粗骨料，最大骨料粒径为19 mm，经过筛分，本项目粗骨料分为三级：9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm[3]，粗骨料级配曲线见图1 所示，技术指标见表2。

图1 安子水库大坝项目粗骨料级配曲线

表2 粗骨料技术指标

2）细骨料。安子水库大坝心墙细骨料采用人工砂，粒径范围在0.075 mm～2.36 mm，粒径级配曲线见图2，技术指标见下表3[4]。

图2 安子水库大坝项目细骨料级配曲线

表3 细骨料技术指标

3）填料和沥青。安子水库大坝心墙填料采用灰岩碎石矿粉，具体技术指标详见表4。而沥青采用70#A 级道路石油沥青。

表4 填料技术指标

2.2.2 沥青混凝土配比设计

1）正交试验设计。为设计最佳沥青混凝土配合比，项目结合其他成功经验，采用三因素（矿料级配、填料量、油石比）三水平（每个因素设计三个水平）均匀正交试验方法来确定最佳配比（见表5），共设计9 组试验[5]。

2）马歇尔试验。本项目马歇尔试验主要针对沥青混凝土混合料的“孔隙率、稳定度、流值”三个指标进行分析。有以下几点需要注意：①一组试件数量不得少于4 个；②试件尺寸误差不得超过±2 mm；③对试件加载速率控制在50±5 mm/min；④为防止材料变质而影响试验效果，所有项目要求在72 h 内全部完成。

表5 正交试验设计表

3）试验结果分析。本项目马歇尔试验结果见表6（部分）。通过试验及极差和方差分析可知：①对三个指标影响顺序为孔隙率、流值、稳定度；②对三个指标影响顺序为孔隙率、稳定度、流值；③对三个指标影响顺序为孔隙率、流值、稳定度。通过综合分析可知，第8 组稳定度和流值达到一个较为平衡的水平，而孔隙率大可以适当调高油石比。所以水库防渗心墙最终确定第8 组作为最终的沥青混凝土配比标准。

表6 马歇尔试验结果（部分）

3 沥青混凝土防渗心墙施工要点分析

3．1 沥青混凝土铺筑

通过现场试验确定本项目沥青混凝土铺筑技术标准：①每层铺筑厚度30 cm，采用1.5 t 震动碾碾压，按照“静2 动6 静2”顺序，整个心墙按照“品”字形碾压；②初碾温度要求大于130 ℃，终碾温度大于110 ℃，过渡料采用3.0 t 震动碾碾压；③开始摊铺时不要紧贴岸坡（控制在2 m 以上），待沥青混凝土温度稳定后再摊铺，有利于两者黏结；④心墙两侧过渡料表面高度要低于沥青混凝土面1～2 cm，防止积水。

3．2 沥青混凝土心墙与刚性结构连接

由于刚性结构后期产生不均匀变形，会造成防渗体变形破裂，因此沥青混凝土心墙与刚性结构连接是施工重难点。本项目采用的处理方法如下：①将刚性结构面（一般为混凝土）打磨处理，但杜绝打出深坑或骨料露出；②在打磨面涂抹均匀沥青溶剂，用量控制在0.15 kg/m3，待干燥后涂刷一层沥青玛蹄脂；③对于和基座连接的接缝处，可设置铜片止水，防止因沥青混凝土流动造成的不均。