新疆下坂地工程碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩設(shè)計(jì)

新疆下坂地工程碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩設(shè)計(jì)

1拔地區(qū)的問題下坂地下水庫工程位于新疆喀什塔什庫爾干塔吉克自治區(qū)塔里木河水系葉爾羌河支流塔什庫爾干河的底部。水庫總庫容8.67億m工程地處高海拔地區(qū),風(fēng)速大,晝夜溫差高達(dá)20℃,具有高海拔(3000m)、高地震烈度(Ⅷ度)、高邊坡(250m)、深覆蓋層(150m)“三高一深”的特點(diǎn),這些都給設(shè)計(jì)和施工帶來了很大困難。針對(duì)以上問題和難點(diǎn),本工程壩體防滲經(jīng)論證分析采用碾壓式瀝青混凝土心墻作為防滲體,充分發(fā)揮了瀝青混凝土防滲性能優(yōu)、柔韌性好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),解決了復(fù)雜條件下壩體防滲問題,并取得了良好的效果。2壩體結(jié)構(gòu)及壩體排水瀝青混凝土具有良好的防滲性能和柔性變形特征以及自愈閉合的功能,因而適宜作為深厚覆蓋層、高寒凍土及高地震烈度地區(qū)的大壩防滲體,本工程也缺乏合適的粘土,因此采用瀝青混凝土心墻作為壩體防滲體。下坂地大壩防滲體系采用瀝青混凝土心墻下接混凝土防滲墻(厚1.0m深85.0m)再接帷幕灌漿的垂直防滲型式,同時(shí)從滲流控制考慮,心墻下游側(cè)和壩基設(shè)有反濾保護(hù)。瀝青混凝土心墻砂礫石壩壩頂高程2966m,最大壩高78m,壩頂寬10m,壩頂長406m,壩頂上游側(cè)設(shè)1.2m的鋼筋混凝土防浪墻,墻頂高程2967.20m。大壩上游坡坡比1∶2.35,下游坡坡比為1∶2.15。為提高大壩的整體穩(wěn)定性,在上下游壩腳設(shè)置壓重層。大壩上游護(hù)坡采用0.3m厚C25混凝土面板內(nèi)嵌0.4m厚干砌石護(hù)坡,下游壩面采用0.08m厚混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。瀝青混凝土心墻底高程2891m,墻頂高程2965m,心墻頂部厚0.6m,底部厚1.2m,在左右兩岸坡心墻局部擴(kuò)大與岸坡基座混凝土連接。心墻下游設(shè)有施工、監(jiān)測兼排水廊道,廊道高5m、寬3.5m。心墻上下游各設(shè)置水平寬3.0m的過渡層,下游過渡層后設(shè)水平寬3.0m的豎向排水體,并與壩基水平排水體連接。大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面設(shè)計(jì)圖詳見圖1。3為瀝青土心墻設(shè)計(jì)3.1心墻壩型施工瀝青混凝土心墻根據(jù)施工方法的不同,有碾壓式和澆筑式兩種形式。澆筑式瀝青混凝土心墻一般適宜于寒冷和嚴(yán)寒地區(qū),并需冬季施工的中低壩。碾壓式瀝青混凝土心墻適宜機(jī)械化施工,經(jīng)驗(yàn)成熟,施工速度快,是目前國內(nèi)外常用的基本壩型。故本工程采用瀝青含量少、適宜于機(jī)械化施工的碾壓式瀝青混凝土心墻。3.2直型心墻結(jié)構(gòu)瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)有直心墻、斜心墻及組合式共三種結(jié)構(gòu)形式。直型心墻由于防滲面積小、施工簡單、能較好的適應(yīng)壩基沉陷性等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)外已被廣泛用于各類高度的瀝青混凝土心墻土石壩中。本工程亦采用這種結(jié)構(gòu)形式。3.3心墻厚度設(shè)計(jì)根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》(SLJ01—88)規(guī)定:“瀝青混凝土心墻的最大厚度,一般為壩高的1/60~1/100,墻頂最小厚度一般不小于30cm,高壩不小于50cm?！贬槍?duì)下坂地大壩所處高地震烈度區(qū)和壩基深厚覆蓋層的特點(diǎn),參考三峽茅坪溪和四川冶勒等工程,從有利于抗震考慮,心墻底部最大厚度取1.2m,頂部厚度取0.6m,并在底部2.0m范圍內(nèi)對(duì)心墻厚度按1∶0.2的坡度擴(kuò)大與混凝土基座連接,接觸面處心墻厚度2.0m。瀝青心墻厚度的變化,通常有等厚式、漸變式和階梯式3種形式。等厚式多用于低壩中。漸變式由于施工工藝難度較大,工程中較少采用。階梯式是在前面兩種結(jié)構(gòu)尺寸上發(fā)展起來的,在一定的程度上改變了施工控制難的問題,減少了施工浪費(fèi),緩解了因結(jié)構(gòu)尺寸突變所造成的應(yīng)力應(yīng)變集中現(xiàn)象,是一種較為合理的結(jié)構(gòu)形式。本工程瀝青混凝土心墻厚度采用階梯式形式。3.4心墻軸線與壩軸線的重合為了便于瀝青混凝土心墻與壩頂防浪墻連接,滿足壩體防滲要求,很多工程心墻軸線布置在壩軸線上游側(cè),但也有采用心墻軸線與壩軸線重合的方案,如三峽茅坪溪。本工程根據(jù)壩基混凝土防滲墻、帷幕灌漿的布置要求,瀝青混凝土心墻軸線采用與壩軸線重合的方案。3.5心墻與周邊建筑物的連接瀝青混凝土心墻同周邊建筑物的連接是壩體防滲系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。為保證瀝青心墻同周邊建筑物的有效連接,適應(yīng)心墻變形,瀝青混凝土澆筑在水泥混凝土基座上應(yīng)設(shè)置漸變擴(kuò)大段,以擴(kuò)大瀝青混凝土心墻同周邊剛性建筑物的接觸面。3.5.1心墻與基礎(chǔ)的連接本工程河床段瀝青混凝土心墻均坐落在混凝土防滲墻上。為了更好的連接瀝青混凝土心墻和混凝土防滲墻,在混凝土防滲墻頂部設(shè)2.6m×2m的混凝土基座,擴(kuò)大的瀝青混凝土心墻坐落在基座之上。心墻與基座之間接觸面設(shè)2cm厚的砂質(zhì)瀝青馬蹄脂層和兩道止水銅片,以適應(yīng)較大的水平剪切變形并保證接觸面的防滲效果。瀝青混凝土心墻、混凝土基座、混凝土防滲墻連同防滲帷幕,形成一道整體防滲體系。具體結(jié)構(gòu)見圖2。3.5.2瀝青心墻工程下坂地相比其它瀝青混凝土心墻工程而言,除了地處高地震烈度區(qū)和壩基深厚覆蓋層之外,左右岸坡較陡也是另一大特點(diǎn),特別是右岸坡比1∶0.35,是迄今為止我國所有碾壓式瀝青心墻工程中岸坡最陡的工程。為了瀝青混凝土心墻與岸坡混凝土基座之間更有效、更安全的連接,防止在壩基不均勻沉陷或者地震荷載等極端情況下,心墻與岸坡混凝土基座之間產(chǎn)生較大的拉剪作用導(dǎo)致止水失效,發(fā)生滲透破壞,本工程設(shè)計(jì)時(shí)在心墻左右岸岸坡混凝土基座連接處除了設(shè)置2cm厚的砂質(zhì)瀝青馬蹄脂層和兩道止水銅片外,還在岸坡處瀝青混凝土心墻設(shè)置了相對(duì)較長的水平擴(kuò)大段,以便更好的與岸坡基座連接。此外也適當(dāng)加長了心墻兩側(cè)過渡層擴(kuò)大段的水平距離,同時(shí)要求岸坡段瀝青混凝土施工時(shí),嚴(yán)格控制鋪筑質(zhì)量。具體結(jié)構(gòu)見圖3。3.5.3心墻與混凝土連接板瀝青混凝土心墻與壩頂防浪墻之間通過設(shè)置混凝土連接板進(jìn)行連接。瀝青心墻與混凝土連接板縫間埋設(shè)止水銅片,混凝土連接板與防浪墻縫間埋設(shè)橡膠止水。具體結(jié)構(gòu)見圖4。3.6缺陷排水體系瀝青混凝土心墻兩側(cè)設(shè)置過渡層,其變形模量介于心墻與壩殼料之間,可使心墻、過渡料、壩殼料之間變形平緩過渡,且具有良好的排水性和滲透穩(wěn)定性,具有滿足施工要求的承載力。過渡料要求質(zhì)密、堅(jiān)硬、抗風(fēng)化、耐侵蝕,顆粒級(jí)配連續(xù),最大粒徑不超過80mm,小于5mm粒徑的含量不超過35%,小于0.075mm粒徑含量不超過5%。本工程在下游過渡層與壩殼料之間增設(shè)了一個(gè)過渡層2區(qū),主要是加強(qiáng)排水功能,與下游底部橫向排水體組成完整排水體系。施工中過渡層應(yīng)與心墻同時(shí)鋪筑同時(shí)碾壓。主要設(shè)計(jì)控制參數(shù)見表1。4為混合比例要求4.1瀝青混凝土配合比試驗(yàn)瀝青混凝土心墻作為土石壩防滲的主體必須具有足夠的防滲性,除外還要具有將其承受的各種荷載傳遞給下游壩體的變形能力,以適應(yīng)壩體變形,滿足壩體應(yīng)力、應(yīng)變要求。通過瀝青混凝土配合比試驗(yàn)來優(yōu)化瀝青混凝土的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo),使其工作性能滿足工程需要。瀝青混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2。4.2混合瀝青土材料的選擇4.2.1海洋石油中的瀝青選擇優(yōu)質(zhì)瀝青是保證瀝青混凝土心墻質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。目前國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青主要有新疆的克拉瑪依瀝青、遼河油田的盤錦瀝青、中國海洋石油的中綏瀝青等,特別是克拉瑪依瀝青已被多項(xiàng)水利工程應(yīng)用證明質(zhì)量優(yōu)良,這種瀝青含蠟量低,在低溫抗裂性能、抗老化性能、變形性能以及與骨料的粘結(jié)性能等都較其它瀝青優(yōu),質(zhì)量穩(wěn)定性也較好。本工程與克拉瑪依瀝青都位于新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi),從瀝青質(zhì)量和運(yùn)輸成本考慮,克拉瑪依瀝青都是最佳的選擇。設(shè)計(jì)選用水工瀝青70號(hào),瀝青質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)見表3。4.2.2骨料的加工制作骨料是瀝青混凝土的骨架組成部分,包括粗骨料和細(xì)骨料。一般要求用清潔、堅(jiān)硬、耐久、均勻的巖石加工制作,并要求粗骨料與瀝青的黏結(jié)力及細(xì)骨料的水穩(wěn)定性優(yōu)良。根據(jù)規(guī)范要求,本工程骨料采用當(dāng)?shù)亓蠄龅膲A性巖石大理巖破碎而成,其中細(xì)骨料還摻入了部分河砂。粗骨料和細(xì)骨料的技術(shù)要求分別見表4和表5。4.2.3無論填充材料的選擇填料采用某水泥廠和某公司生產(chǎn)的石灰石粉。填料的檢測項(xiàng)目、質(zhì)量要求見表6。4.3選擇和確定瀝青混凝土配合比是通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場攤鋪試驗(yàn)綜合選擇和確定的。本工程通過室內(nèi)試驗(yàn)確定兩個(gè)推薦配合比,然后通過現(xiàn)場攤鋪試驗(yàn),對(duì)室內(nèi)推薦配合比進(jìn)行檢驗(yàn)、校正和優(yōu)化,形成施工配合比,具體見表7。5心墻和壩體施工質(zhì)量瀝青混凝土心墻從2009年5月開始施工,至2011年6月施工完畢,大壩于2011年9月蓄水至2942.5m高程。蓄水后的原型監(jiān)測成果表明,瀝青混凝土心墻和壩體變形、應(yīng)力和防滲性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求,大壩和瀝青混凝土心墻工作狀態(tài)正常,瀝