深覆盖层上修建沥青混凝土心墙坝.pdf

设计施工 水利规划与设计 2 0 1 4年第 9期 深覆盖层上修建沥青混凝土心墙坝 白生贵 ( 吐鲁番地 区水利水电勘测设计研 究院 新疆吐鲁番市8 3 8 0 0 0 ) 【 摘要】 龙湾水库大坝座落在 4 5 m厚的深厚覆盖层上，且左右坝基存在不均匀沉陷问题，坝址处 3 0 k m范围内无 防渗土料，通过技术经济比较，坝型选定碾压式沥青混凝土心墙坝，工程 目前 已建成。本文将沥青混凝土心墙坝 设计中的一些技术问题提出，旨在探索同类工程较成熟的设计经验。 【 关键词】 深厚覆盖层 沥青混凝土心墙坝 不均匀沉陷 【 D OI 编码】 1 O 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 4 0 9 0 2 4 【 中 图分类 号 】 T V 3 3 【 文献标 识码 】 B【 文章编 号 】 1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 8 0 0 3 1 工程概 况 龙 湾 水 库 所 在 的河 道 多 年 平 均 径 流 量 为 2 8 0 7万 m 。 ，流 域 内多年 平均 降雨量 1 6 m m ，多年 平均 蒸发量 为 2 7 0 0 m m ，属于 典型 的 内陆暖温 带 干旱荒漠气候。 龙湾 水 库 是 一座 具 有工 农 业供 水 、滞 洪、 生 态 等 综 合 效 益 的三 等 中 型 水 利 枢 纽 工 程 ， 水 库 校 核 洪 水 位 为 1 2 O 1 0 l m ，设 计 洪 水 位 为 l 1 9 9 7 5 m ，正 常蓄水 位 为 l 1 9 7 2 0 m ，死 水位 为 1 1 6 5 2 0 m ，总 库 容 1 l 8 0万 m 。 ，有 效 库 容 l 0 0 0 万 m 。 ，死库容 8 0万 m 。 。水库 正 常运 用洪水标准 为 5 0年 一遇 ，洪 峰 流量 为 2 0 7 m s ，非常 运用 洪水 标准 为 l 0 0 0年一 遇，洪 峰流 量为 3 5 6 m 。 S 。水库主 要建筑 物为 3级 ，包括大 坝、导流 兼 引水 洞和 溢 洪道 。大 坝 为沥 青混 凝土 心墙 砂 砾 石坝 ，设 计 最 大坝 高 5 1 3 m ，坝 顶 长 度 3 2 0 m。 导流兼 引水洞全 长 3 3 0 m ，其 中洞 身段长 1 8 6 m ， 断面尺 寸为 2 2 3 0 3 m城 门洞 形，设计 引水流 量 2 0 m 。 s ，导流期设计最大流量 为 2 9 3 m 。 s 。 由于受地形条件 限制 ，综合考虑投资 、工期等因 素 ，结合本工程特 点 ，将溢洪道 布置在左坝肩坝 体 上，属 坝体 溢 流 的溢 洪道 ，最 大下 泄流 量 为 2 8 1 s ，最大流速 2 l m S 。 2 坝基工程地质条件 左 右坝 肩 均 为砂 岩 与泥 岩 、泥 质 粉砂 岩 互 8 O 层 的梳 状 地形 ，岩 梁风 化 卸荷 裂 隙强 烈，构 造 节 理发 育 ，岩 体较 破碎 ，强风 化 层水 平深 度 为 1 1 1 5 m ，弱 风化层水平 深度为 3 3 m 4 5 m 。基 岩透水率 见下表 1 。 表 1 基岩透水率 ( 单位：L u ) 孔号 位置 1 5 m 5 1 0 m 1 0 l 5 m 1 5 2 0 m Z Kl 左坝肩 4 7 0 6 4 0 2 1 6 2 1 1 Z K2 右坝肩 l 5 5 6 1 3 5 2 4 Z K 右坝肩 无水位 6 5 6 2 9 2 6 O 河 床 左 侧 为 冲 积 含 漂 砾 的砂 卵 石 层 ， 厚 3 4 0 m ，结构较松散 ，渗透 系数 为 ( 3 1 7 4 ) 1 0 m s ，干容 重 2 0 2 1 9 t m 。 ；河 床 中部 为 含 漂 砾 石 的砂 卵砾 石 层 ，表 层 0 5 m干 容 重 为 1 9 7 2 0 4 t m 。 ，渗 透 系 数 为 ( 2 5 ) 1 0 m s ，5 m以 下 干 容 重 为 2 1 5 2 2 5 t II13 ，渗透系数为 ( 1 3 9 2 8 9 )1 0 m S ；河 床右侧上部 ( 1 1 3 6 m高程 以上 )为坡洪积含粉质 土的碎砾石层 ，具有 一定的压缩 性，下 部为冲积 含漂砾土的砂卵砾石层。河床段基岩岩性为砂 岩、泥岩、粉砂质泥岩互层，砂岩弱风化层透水 率 为 3 9 2 5 L u ，泥 岩 、粉 砂质 泥岩 弱风 化层 透水率为 0 0 8 2 0 L u 。 作者简 介：白生贵 ( 1 9 7 7年一 )，男 ，工程师 。 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 4年第 9期 3 坝 基 处理 3 1 槽孔混凝土防渗墙 沿坝 体 心 墙轴 线 布 置槽 孔 混 凝 土 防渗 墙 ， 总长 2 1 6 m ，防渗墙顶高程为 1 1 5 0 m ，最大深度 4 0 m，底 部嵌入基岩 0 5 1 0 m ，墙体 宽 0 8 m ， 混 凝 土 强 度 标 号 为 C 1 5二 级 配 ， 防 渗 标 号 为 s 8 。为保 证 施 工质 量 ，待 槽孔 混 凝 土 成墙 后 ， 要求凿除槽孔混凝土顶部 1 m ，并凿 出墙顶 内预 埋 的钢筋 笼 ( 预 埋 钢筋 笼 总高 2 O m )，在 钢筋 笼上 部 安装 钢 筋 ，浇筑 混 凝 土顶 帽 。顶 帽 宽度 1 4 m，混凝土强 度标号为 C 2 0 ，作 为大坝沥青混 凝土心墙基座 。 3 2帷幕灌浆 根据 碾 压 式 土 石 坝 设计 规 范 ，结合 本 工程 基岩条件及工程规模 ，确 定防渗标准为两坝 肩 透水 率小 于 5 L u ，坝基透 水率 小于 7 5 L u 。灌 浆材料为纯水泥浆 液 ，水泥 为本地产 普通硅酸盐 水泥 ，标号为 4 2 5号 。 河 床段 沿 防 渗墙 轴 线 布 置单 排 帷 幕灌 浆 ， 孔距 2 0 m ，与 防渗 墙主 孔 间距一 致 ，利用 防渗 墙 主 孔 进行 灌 浆 ，即在 防 渗墙 主 孔 完成 后 不进 行 副孔的开挖，先在主孔 内填一定量的胶泥作 为灌 浆 盖 重，对 防渗墙 下 的基岩 进 行 灌浆 ，待 灌浆 完 成后 再 进 行 防渗 墙 副孔 开挖 及 砼 浇筑 。 为确 定 防渗 墙下 帷 幕 灌 浆深 度 ，每 槽段 ( 8 m ) 内在灌浆前必 须先打一先导孔 ，进行压水试验 ， 连续两段透水率小于 5 L u的深度即为灌浆深度。 要求先导孔在造孔 时连 续取芯 ，以检验防渗墙主 孔是否按设计要 求深 入基 岩 。 根据 两坝 肩 钻孔 压 水 试验 资料 ，确 定 两坝 肩 灌浆深度均为 2 5 m ，孔排距为 2 0 m ，左坝肩 布置五排 ，右坝肩 布置四排 。 3 3 坝肩 混凝 土截水墙 左 、右坝肩 分别开挖削坡为 l ： 1 0和 1 ： 1 1 的边坡 ，并开挖宽 2 0 m 、深 2 0 m的齿墙 ，浇筑 c 1 5 混凝土截水墙，截水墙 以上为 1 。 0 m厚 c 1 5 混凝土灌浆盖板 ，同时也 为大坝沥青混凝土 心墙 基座 ，心墙轴线 处设铜止水与心墙边接 。 4 大 坝设 计 4 1 坝体结构 龙 湾 水 库 坝 顶 高程 为 1 2 0 1 3 m ，最 大坝 高 5 1 3 m ，坝顶 宽度 6 m ，上下游坝坡均为 1 ：2 0 ， l 1 7 5 m高程设 2 0 m宽马道 。 坝 壳为砂砾石填筑 ， 心墙 为碾压式沥青混凝 土心墙，1 1 7 4 m高程 以下 宽 度 为 0 6 m ，l 1 7 4 m高程 以上 宽度 为 0 4 m ，心 墙两侧设过渡层 ，上游 宽度均 为 4 m 。 4 2 沥青混凝 土心墙 沥青混凝土心墙轴线位于坝轴线上游 1 5 m 处，顶高程为 1 1 9 8 8 m ，1 1 7 4 m高程 以下宽度为 0 6 m ，1 1 7 4 m高 程 以上 宽度 为 0 4 m 。心 墙 底 部 与砼基 座连接处 ( 1 1 5 0 m高程 )作扩大处理 ，宽 度分别 为 1 2 m 、1 O m 、0 8 m ，三层共 0 6 m高。 心墙两端与岸坡混凝土基座连接处也作扩大连 接 ，心墙 宽度 由 0 6 m( 或 0 4 m)渐变为 1 6 m ， 渐 变长度 为 2 0 m 。心墙底 部及 两端 与混 凝土连 接 处均 设铜片止 水 ，并 作 1 O c m深 的凹槽 ，内填 沥青砂质玛蹄脂 ，心墙与混凝土接触面先涂 冷底 子油，再涂沥青玛蹄脂，以加强心墙与基础的连 接 。心墙顶部嵌入钢筋混凝土 防浪墙 内，形 成完 整 的防渗体 系。 沥 青 混凝 土 心墙 采 用碾 压 式施 工 工 艺 ，配 合 比见表 2 。 表 2 沥青混凝土心墙采用碾压式施工工艺 ( 沥青含量为 6 3 ) 筛孔尺寸( mm) 2 0 1 5 1 0 5 2 5 1 2 5 0 6 3 0 - 3 1 5 O 1 5 0 0 7 4 通过率 1 0 0 9 0 0 7 7 4 5 9 7 4 5 8 3 4 9 2 6 5 1 9 7 1 4 1 1 0 4 2 1 沥青混凝土主要设计指标 经 试验 对 比，龙湾 水 库 沥 青材 料 选 用 新疆 克拉 玛 依 生产 的 7 0 #水 工 沥青 。沥 青 的主 要设 计要求指标见表 3 。 沥青混凝土 设计 指标见表 4 。 4 2 2 沥青混凝土主要施工技术要求 ( 1 )材 料计量 。拌和 沥青混 凝土 时对原材 料要进行严格 的计量 ，沥青 、骨料 、填料均 以重 量计，允许的计量误差为：沥青 O 3 ，粗细 骨料 2 ，填料 1 。 8 1 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 4年第 9期 ( 2 )温 度 控 制 。沥 青混 凝 土施 工 中原材 料 及混合 料的温 度控 制是很关键的指标 ， 要求如下： 沥青脱水温度 1 1 O 1 0 ，脱水后加热温度 1 6 O 1 0 ，温 度超过 1 8 0 时按废料 处理 。 混 合 料 拌 和 温 度 为 l 5 0 1 0，严 格 控 制 上 限温度 ，当 出机 口温度 超过 l 8 0 时按废 料处 理 。混合 料入仓 温度 以 1 4 0 1 0 为宜 ，人 工铺 筑 碾压温 度 为 1 4 0 1 6 0 ，机械摊 铺温度 控制 在 1 2 0 1 3 0 ， 当摊 铺温 度低 于 1 0 0 时按废 料处理 。 4 2 3 过渡料 过渡料分为 I区过渡料和 I I 区过渡料。 紧 靠心 墙上 下游 两 侧各 1 O m宽 为 I区过渡 料 ，要 求铺土 厚度 为 0 2 m ，采用 2 0 t的小型振 动 碾 进 行碾 压 ，与 心 墙 同时升 高。 I区 过渡 料 采用 粗砂 填筑 ，设计 干 容重 2 0 t m 。 ，最大 粒径 不大子 5 0 m m ，不均匀系数 C u = 1 3 2 5 ，曲率系数 C c = 0 6 8 。颗 粒级配见表 5 。 I区过渡 料外侧 为 I I 区过渡 料 ， 宽度 为 3 0 m ， 设 计 铺土 厚 度 0 4 m ，采 用河 床 砂砾 石 人工 剔 除 超径料进行填筑，设计干容重 2 1 6 t m 。 ，颗粒 级配见表 5 。 4 2 4 坝 壳 坝 壳采用 河床 砂砾 石进行 填筑 ，1 6 t振动 碾 压 ，设计干 容重 2 2 6 t m 。 。根据 直剪试验 ，坝 壳料干燥状态下 = 4 3 ，饱和状态下 = 3 9 。 ， 不均匀系数 C u = 5 3 0 3 ，曲率系数 C c = 2 5 。颗粒 级配 见表 5 。 表 3 沥青的主要设计要求指标 项 目 质量要求 针入度 ( 2 5 ，1 0 0 g ，5 s ) 6 0 8 0 延伸度 ( 2 5 ，c m) 1 5 0 软化点 ( ) 4 2 5 2 含腊量 ( ) 曼2 5 质量损失 ( ) S0 8 薄膜加热试 针入度比 ( ) 6 5 验 ( 1 6 5 ， 延伸度 ( 2 5 ) 1 0 0 5 h) 软化点升高( ) 2 4 室内击实试验要求 孔隙率 ( ) 3 2 渗透系数 ( e n a s ) 1 马歇尔流值 ( 1 1 0 0 c m) 7 0 水稳定系数 O - 8 5 极限抗弯曲强度 ( Mp a ) O 7 0 7 l 1 3 O 5 模量数 k( 1 1 3 0 5 ) 2 0 0 4 0 0 由过渡料性质决定 内磨擦角 ( 。 ) 2 5 3 5 凝聚力 ( MP a ) 0 2 5 0 5 表 5 大坝各区颗分表 1 5 0 8 0 4 0 2 O 5 2 5 1 2 O 6 0 - 3 名称 l 5 0 8 0 4 0 2 0 5 2 5 1 2 0 6 0 3 0 1 5 0 1 5 过渡 I 区 1 2 7 4 3 2 5 1 3 7 1 4 8 l 4 1 9 1 4 6 5 2 5 5 过渡I I 区 2 1 8 2 1 1 2 7 2 6 6 6 1 6 5 6 2 3 3 1 2 坝壳料 7 6 7 9 9 4 1 8 O 1 7 4 2 2 4 5 4 4 5 O 5 3 9 5 O 3 2 7 2 1 O 5 结语 龙 湾水 库 2 0 0 5年 蓄 水运 行 至今 ，所有 大坝 原型观测 设备运行 正常 。虽然坝基 存在不均匀 沉 8 2 降问题，但从已获得的观测资料分析，大坝防渗 性 能 良好 ，应力应变均小于沥青混凝土允许范 围， 体现 了沥青混凝 土防渗性 能好 、适 应变形 能力强 的优 点。