浅析水库沥青混凝土心墙坝防渗处理技术

曹金玉

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司， 甘肃 兰州 730000）

现阶段在坝工项目中沥青混凝土心墙坝得到广泛应用，而且具有可靠性、稳定性的特征，在土石坝中，心墙坝是最为有效的防渗体，其适应变形、抵抗腐蚀与冲刷的性能良好，而且在项目施工中应用，无论是多么恶劣的环境，都可以快速适应，起到良好的防渗效果。实际上关于水库沥青混凝土心墙坝防渗施工，要想体现出良好的保护效果，还需要注重设计阶段结构缝的设置，使其和土石坝结构紧密度得到提升。鉴于此，下面围绕水库沥青混凝土心墙坝防渗处理技术应用进行探讨。

1 沥青混凝土心墙坝防渗处理要求与方案

1.1 防渗处理原则

根据心墙坝防渗设计、施工、检测的相关规定，制定防渗处理技术方案，要明确以下原则：①基于水库施工周期科学设置施工方案，建议从坝顶位置进行加固。②沥青混凝土心墙坝加固的可行性不高[1]。③沥青混凝土心墙坝上游位置，设置了反滤过渡层，而且其已经进行了旋喷处理、灌浆处理。④混凝土本身齿槽强度不高，坝基部位也更多地采用软岩、较软岩。⑤结合水库施工经验，发生渗漏最多的部位是坝体防渗体、混凝土齿槽、浅部基岩。⑥大坝项目竣工之后，一般会选择蓄水5年，设定最高水位为240m左右，此时可基本完成坝体沉降。

1.2 防渗处理方案

参考水库心墙坝防渗处理技术规定与性能要求，结合以往在采用防渗处理技术方面积累的经验，制定大坝沥青混凝土心墙坝防渗处理技术方案如下：①制定水库施工现场的心墙坝坝体与混凝土齿槽、浅层基岩混凝土防渗墙坝体的混凝土齿槽与浅层基岩方案[2]。以上部位均是防渗处理的重点对象，沿着沥青心墙坝上游部位的一侧，设定墙的厚度为0.6m，按照水头将墙底深入到基岩中，深度以4m、3m、2m为宜。②制定心墙坝的坝体与混凝土齿槽与防渗墙、基岩灌浆方案。分别在坝体和混凝土齿槽的位置，选择混凝土防渗墙这一形式，施工现场浅层基岩的防渗处理，建议选择水泥灌浆防渗处理技术。沿着沥青心墙上游的一侧位置，设置心墙坝，墙厚度同样设置为0.6m，范围是从墙底到混凝土齿槽底部位置。下部位置的基岩水泥灌浆孔，建议单排设置，调整孔距为0.8m，按照水头设置孔深，分别为6m、5m、4m。③制定心墙坝坝体双排旋喷墙与齿槽、基岩灌浆方案。心墙坝坝体部位双排旋喷墙，而混凝土齿槽、浅层基岩的防渗处理，建议选择水泥灌浆的方法。旋喷防渗墙需要与沥青心墙下游一层紧密贴合，厚度控制为0.6m，范围是从墙底到混凝土齿槽的顶部位置。坝体下部混凝土齿槽、浅层基岩水泥灌浆，采用单排布置的方法，将孔距设定为0.8m，按照水头设置孔深，需要深入到基岩中6m、5m、4m[3]。

以上三种防渗处理方案，要重点考虑稳定性、技术工艺等因素。例如方案①中表示混凝土防渗墙设置在心墙上游的反滤过渡层中，混凝土齿槽、浅层基岩中的造孔成墙面临困难；方案②虽然施工难度不高，但需要采用的工艺与技术相对繁琐。基于此，综合分析方案在实践应用中的防渗墙处理效率、混凝土齿槽与浅层基岩强度、成本投入等因素，做出最终的选择。

2 沥青混凝土心墙坝防渗处理设计

2.1 大坝基础处理

水库大坝心墙坝展开防渗处理，要在混凝土防渗墙、沥青混凝土心墙、基岩灌浆帷幕的基础上，搭建防渗系统。水库河床覆盖层是重点的防渗对象，需要在这一部位开挖沥青混凝土心墙，厚度以和深度分别以2m、17m为宜。大坝基础处理环节，混凝土防渗墙下方基岩、两岸基岩均选择帷幕灌浆防渗处理工艺。沥青混凝土心墙轴线下方的0.45m左右设置防渗轴线，而且帷幕孔间距离必须大于2m[4]。

如果大坝所在地区的覆盖层厚度较大，按照心墙基座地质条件，保证其务必要在基岩上方。关于坝体基础的处理，建议选择土石混合料作为主要填筑材料，河床段坝基位于覆盖层之上，而且要做好加固，设置河床段覆盖层坝基的允许承载力，在0.35-0.40MPa之间，要求地基部位做好加固，可以选择碎石桩加固的方法。固结灌浆处理，针对心墙基座、基岩连接的位置，位于心墙基座混凝土下的地基，务必要展开固结灌浆处理，可以提高承载力，灌浆孔的间距、排距控制在3m左右，形状性质为梅花形，孔深以5m为宜。此外，帷幕灌浆处理，需要按照技术要求、地质条件等，将两岸部位的防渗底界，以岩体透水率不超过5Lu为基准，设置帷幕深度在0.7倍坝高为标准，河床段防渗下限的设置，同样不能超过5Lu[5]。

2.2 沥青混凝土心墙设计

2.2.1、心墙形式

水库大坝环节的施工，沥青混凝土心墙可以采用浇筑式、碾压式两种方法。因为沥青是主要的施工原材料，加之分层浇筑的要求，所以大坝心墙墙体利用其重量可以达到良好的密实性，其间还可以省略震动压实这一环节[6]。如果采用碾压式沥青混凝土，心墙沥青所需量比较少，施工人员进行分层摊铺、压实之后，再操作机械化设备即可满足要求，该施工方法的效率比较高。

2.2.2、心墙结构

沥青混凝土心墙坝本身是一种柔性薄壁结构，坝体产生形变与坝体关联非常密切，所以坝体变形面临的影响也不是非常大，但是坝体和心墙两侧应力联系却相对密切。沥青混凝土心墙坝防渗结构有垂直心墙上接斜心墙、斜心墙、垂直心墙三种形式。如果采用斜心墙结构，可能现场需要大量混凝土，并且会有较大的断面形成。若坝基覆盖层比较深，或是有良好岸坡透水性，建议采用斜心墙结构。另外，斜心墙与附近结构连接施工难度较大，相比垂直心墙结构，剪切应变力大[7]。现场施工环节选择斜心墙结构，必须提前做好错层处理，增加了施工流程也复杂性。

如果选择垂直心墙结构，其优势在于防渗面积小，所需沥青混凝土量不多，在坝壳坝基沉陷比较明显的情况下适合应用。但是沥青混凝土可以承担的垂直荷载有限，所以垂直心墙结构更多在中低坝项目中更为常见。若采用垂直心墙上接斜心墙结构，其属于综合结构，同时囊括以上两种结构形式的所有优、缺点。综合考虑这3种结构，均能够保证良好的坝体防渗效果，心墙结构的选择还需要分析挖坡、坝基覆盖深度、墙体透水性等因素。

2.2.3、心墙厚度

沥青混凝土心墙坝的防渗处理非常重要，保证填料挤压效果基础上，也要加强心墙混凝土的完整性和强度[8]。因此，沥青混凝土心墙厚度需综合分析之后进行确定。如果心墙厚度较大，可能会干扰应力状态，在致混凝土表面形成裂缝；若心墙厚度不足，降低心墙的稳定性，填料挤压环节还有可能破坏混凝土结构。

目前混凝土心墙厚度可参考的规范有限，现场施工可以结合积累水库施工经验、项目应力应变参数与情况加以明确。一般水库项目沥青混凝土心墙的顶部较薄且底部厚，再分析施工规范与结构要求之后，沥青混凝土心墙顶部位置的厚度大于50cm，底部厚度根据一定比例计算即可。按照水坝坝高参数和积累的经验，沥青混凝土心墙顶部与底部的厚度均以50cm为宜，后续处理环节，混凝土心墙底部还可以增设渐变扩大段，使混凝土基础更加稳定，也可以优化混凝土心墙底部连接效果，如此一来沥青混凝土、坝基水泥混凝土的接触范围也可以逐渐拓宽。

除此之外，心墙坝岸坡段、沥青混凝土心墙两个位置的设置，均在混凝土基座上实施，测量基座约1m的位置，心墙厚度不断增加。心墙坝河床段、沥青混凝土心墙设置于混凝土的防渗墙的上方，与防渗墙顶部距离约1.O5m处，心墙厚度也会逐渐增加。

2.3 沥青混凝土心墙与附近建筑物连接

水库工程中沥青混凝土心墙坝进行防渗处理，设计防渗结构这一阶段，要求心墙、附近建筑物必须要有效连接，可以起到优化防渗性能的作用。与此同时，为了加强心墙与周围建筑物的连接效果，可以在心墙内部增设渐变扩大段，扩大心墙、建筑物接触范围。基于此，关于沥青混凝土心墙与附近建筑物连接提出两点建议：

①沥青混凝土心墙、岸坡混凝土基座之间可以有效连接。水库工程的右岸坝坡混凝土基座，针对其外边坡优化设置比例，例如1:0.76，而左岸坡坝段的混凝土基座设置外边坡比例，以1:1为宜。根据岸坡位置混凝土基座顶部宽度数据，将心墙轴线当作中心点，基座混凝土顶部可以增设弧形凹槽，控制该弧形凹槽的半径以0.7m为宜，深度、宽度可以设施为0.25m、1m。②沥青混凝土心墙、基座、基础防渗墙之间有效连接，施工人员沿混凝土心墙轴线，可在防渗墙顶部位置增设齿槽，齿槽中放置一枚止水铜片，使水泥混凝土、沥青混凝土防渗性能、粘附性能得到提升。此外，心墙顶部与齿槽两个位置涂刷一层沥青胶，涂刷厚度控制在1cm，墙顶、齿槽内部放置填充物，例如沥青玛蹄脂，填充的厚度以5cm为宜，包裹顶部之后，可以直接浇筑沥青混凝土。

2.4 沥青混凝土心墙配合比

水库沥青混凝土心墙坝的防渗施工处理，应该要时刻关注、控制大坝水温、坝高与气温等，通过数据的统计与分析，确定最佳的沥青混凝土配合比。具体在现场施工过程中，施工人员需要水库工程所在地区的平均气温、地面平均温度、水温、气温，与设计人员展开交流，随后在室内进行配合比研究与讨论，按照实际沥青含量、试验温度、配指数等参数，得出的沥青混凝土配合比相对合理，能够优化沥青混凝土心墙防渗施工效果。

3 结语

综上所述，沥青混凝土心墙坝防渗处理技术在水库工程中应用，最为直观的效果是加强坝体结构的稳定性。结合心墙坝防渗处理要求，在选择处理技术和工艺阶段，还要综合分析周围环境、气温、地质条件等因素，制定完善、可靠性高的防渗处理规划，充分发挥出防渗处理技术优势，加强心墙坝抗渗性、强度。今后水库工程投入使用，也可以降低事故发生概率，保证水库项目完整性，增加工程项目的效益。