新坝水库沥青混凝土心墙堆石坝设计与施工控制

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)

1 工程概况

新坝水库位于四川省兴文县麒麟苗族乡境内落岩河上，属长江水系古宋河右岸一级支流，坝址以上控制集水面积50.8km2，多年平均径流量4029×104m3，是一座以灌溉及城乡供水为主的中型水利工程，水库总库容3380×104m3。拦河大坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高52.0m，为3级建筑物。

2 工程地形地质条件

坝址区位于四川盆地南缘低山丘陵与云贵高原的黔北山地北缘接壤地带。坝址处于茶园沟与落叶沟交汇口下游700m，河谷两岸不对称，左岸为向上游凸出的条形山脊，坡角32°～60°，右岸山体顺直，自然坡角为28°～38°。河床水面宽16m～38m，其上覆盖层主要由漂卵砾石夹砂组成，厚2.05m～7.54m，下伏基岩为三叠系下统飞仙关组粉砂质泥岩、含钙砂质泥岩与灰岩。

3 天然建筑材料

海峡村石料场位于水库左岸海峡村后侧山坡上，距坝址约0.5km，有乡村公路相通，交通方便。料场基岩裸露，地形坡度24°～60°。有用层为三叠系下统嘉陵江组(T1j)灰岩，中～厚层状。岩层产状N78°E/SE∠29°，上覆无用剥离层为强风化与泥岩夹层，强风化平均厚度约5m，有用层为弱风化和新鲜灰岩，厚度73.2m，储量1968×104m3。经取样试验，灰岩骨料无碱活性、强度高，满足人工骨料质量技术指标要求。料场储量大，质量较好，亦可作堆石料、过渡料料场。

4 大坝结构布置

根据坝址区地质条件及当地建材性质、储量，经比较坝型采用沥青混凝土心墙堆石坝。大坝坝顶高程467.50m，坝顶宽8.0m，长224.0m。沥青混凝土心墙厚0.5m，基座置于弱风化含钙砂质泥岩上。心墙两侧为新鲜灰岩人工破碎而成的过渡料，水平厚度2.5m。上下游坝壳均采用新鲜～弱风化灰岩堆石料碾压填筑，上游坝坡为1∶1.6，死水位以下弃渣回填，坡度1∶3.0。下游坝坡为1∶1.6，分别在高程447.50m和428.00m处设置马道，宽度3.0m，大坝最大坝高52.0m，基础及两岸采用帷幕灌浆防渗。大坝横剖面结构见图1。

图1 新坝水库沥青混凝土心墙堆石坝横剖面

5 大坝设计与施工质量控制

5.1 大坝基础处理

大坝坝壳基础需将表层植被、乱石、腐殖土等清除，并做好地质钻孔、泉眼等洞穴处理。两岸坡不能出现直立和倒悬体边坡，对于局部凹坑、反坡，可用混凝土或浆砌块石填平。沥青混凝土心墙基础置于弱风化岩体上，与岸坡接合须采用斜面，不得有台阶、急剧变坡。开挖应采用控制爆破，使开挖面基本上平顺，必要时可预留保护层。

混凝土心墙基座下设置固结灌浆和帷幕灌浆各两排，左坝肩平台灌浆三排布孔，一排主帷幕，主帷幕上下游1.0m各设一排固结孔兼辅助帷幕。施工前选择河床、岸坡和坝肩平台做生产性灌浆试验，以验证灌浆孔排距、孔深，并推荐适宜的施工方法、灌浆压力、浆液配比等。试验后对灌浆孔排距、孔深进行了设计变更。施工后的灌浆帷幕经自检和第三方检测单位抽检质量合格，达到设计要求。

5.2 沥青混凝土心墙

沥青混凝土心墙等厚布置为0.5m，心墙在底部1.0m范围内渐变扩大，厚度由0.5m扩大为1.0m。心墙和混凝土基座间采用厚2.0cm的沥青玛蒂脂粘接，并设置一道“Z”字型止水铜片。沥青混凝土心墙碾压后孔隙率不大于3%，渗透系数不大于1×10-8cm/s，水稳定系数不小于0.9。

沥青混凝土心墙施工前需进行原材料检测、室内配合比和现场铺筑试验。

原材料沥青采用中海油36-1的70号水工沥青，粗、细骨料采用海峡村石料场灰岩加工而成，粗骨料粒径分19.0mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm、4.75mm～2.36mm三级，细骨料为灰岩人工砂，粒径2.36mm～0.075mm，填料采用铜底镇窝头石厂加工的灰岩矿粉，经各项指标检测，原材料性能均满足设计要求。

室内试验拟定了多种配合比，针对不同的矿料级配指数、沥青含量、温度等进行试验，最终得到满足要求的配合比。现场铺筑试验主要对施工机械、工艺、质量控制等进行研究，并调整沥青配合比参数。经多次铺筑试验，现场取芯样进行了马歇尔击实、抽提试验，密度、孔隙率、水稳定性及渗透性试验，小梁弯曲及力学三轴试验，各指标验证后，最终确定了沥青混凝土配合比及施工碾压主要控制参数：碾压机具采用1.5t振动碾，行走速度为25m/min～30m/min。铺料厚30cm，静压2遍+振压10遍。沥青混凝土配合比见表1。

表1沥青混凝土配合比

现场铺筑施工中应特别注意对沥青混凝土的温度控制和心墙层面处理。沥青混合料的出机口温度宜控制在145℃～175℃。初碾温度不低于130℃，终碾温度不低于110℃。在正常施工和天气条件下，宜每天铺筑两层，下层沥青混凝土表面温度应降至90℃以下后方可摊铺上层混合料。当停歇时间较长继续铺筑时，应将结合面清理干净，使其干燥并加热至70℃以上后，方可铺筑沥青混合料。

沥青混凝土心墙施工中，各种抽样自检和第三方抽检成果显示，沥青混凝土干密度、渗透系数、孔隙率、水稳定系数等指标均满足设计要求。

5.3 过渡层

过渡层位于心墙上下游侧，水平厚度2.5m，要求质地坚硬，具有较高的抗水性和抗压强度。采用海峡村石料场新鲜灰岩人工破碎加工，质量技术指标满足规范要求。过渡层要求级配良好，最大粒径不大于80mm，小于5mm颗粒含量25%～35%，小于0.075mm颗粒含量不大于5%。渗透系数1×10-3cm/s～1×10-4cm/s，孔隙率不大于21%。

施工前进行了颗粒级配分析和碾压试验，实测颗粒级配曲线在设计包络曲线范围内。碾压试验与沥青混凝土摊铺试验同时进行，确定了施工填筑主要控制参数：碾压设备为一台3t振动碾，行驶速度为(25～30)m/min。过渡料摊铺厚度为30cm，先静碾1遍，然后振动碾6遍，最后再静碾1遍。抽样检测试验成果显示，过渡料干密度、渗透系数、孔隙率等均满足设计要求。过渡料主要控制参数见表2。

表2大坝填筑主要控制参数

5.4 坝壳料

上下游坝壳堆石料均采用海峡村石料场新鲜～弱风化灰岩碾压填筑，要求级配连续，最大粒径不超过压实层厚度，小于5mm颗粒含量不大于20%，小于0.075mm颗粒含量不大于5%。渗透系数大于1×10-1cm/s，孔隙率不大于20%。坝壳料主要控制参数见表2。

施工前在料场进行爆破试验，对爆破堆料进行颗粒级配分析，实测颗粒级配曲线在设计包络曲线范围内。通过碾压试验确定了施工填筑主要控制参数：碾压机具采用25t自行式振动平碾，车速控制在2.0km/h～3.0km/h。铺料厚度为80cm，碾压静2+振8遍。抽样检测试验成果显示，堆石料干密度、渗透系数、孔隙率、力学指标等均满足设计要求。

6 结语

新坝水库结合坝址区地质条件和当地建材情况，对碾压式沥青混凝土心墙堆石坝进行基础处理和坝体分区材料设计，对施工中质量控制进行了研究，希望给类似工程提供可借鉴的经验。