闕 文
(阜康市農(nóng)業(yè)供水管理站,新疆 阜康 831500)
四工河為阜康市境內(nèi)獨立水系,河流長40km,流域面積874km2。四工河水庫位于河道干流上,為河流上山區(qū)控制工程,控制流域面積119km2,壩址多年平均年徑流量3220萬m3。設(shè)計四工河水庫總庫容821萬m3,屬Ⅳ等?。?)型工程,設(shè)計洪水標準50年一遇。該工程建設(shè)目標為:提高當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉保證率,改善流域地下水環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
經(jīng)過專家組實地考察,建議壩體采用新型防滲結(jié)構(gòu)——瀝青混凝土防滲墻。該防滲技術(shù)屬于一種柔性結(jié)構(gòu),防滲性、耐久性、使用壽命等均表現(xiàn)優(yōu)良,目前被廣泛應(yīng)用于水工建筑防滲結(jié)構(gòu)中。
四工河水庫大壩可采用的防滲墻結(jié)構(gòu)有兩種:瀝青混凝土斜墻和瀝青混凝土心墻。這兩種結(jié)構(gòu)形式特點如表1。從施工難易度、限制條件等考慮,四工河水庫大壩防滲結(jié)構(gòu)最終決定采用碾壓式瀝青混凝土心墻。
表1 瀝青混凝土斜墻和心墻優(yōu)特點對比
續(xù)表1
(1)根據(jù)現(xiàn)場試驗,碾壓式瀝青混凝土滲透系數(shù)小于1×10-7~10-8cm/s,防滲性極好,且工程量小,用料少,經(jīng)濟效益顯著。
(2)瀝青混凝土具有較好的柔性,如果因不均勻沉降而導致心墻發(fā)生裂縫,其在重力、擠壓力作用下有一定的自愈能力。
(3)應(yīng)用瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)后,便不需要黏土防滲,因此可簡化制料、配料等過程,簡化操作。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范,瀝青混凝土心墻厚度最大為(1/60-1/100)H(H為壩體高度),最小厚度不得小于30cm。在該原則下,借助公式(1)對該項目防滲心墻厚度d進行計算。為保證心墻的抗震穩(wěn)定性,設(shè)計心墻底部厚1200mm,頂部厚600mm。
式中 k為瀝青混凝土防滲系數(shù);Hn為防滲墻平均水頭;q為單位面積防滲體允許滲透量。
根據(jù)心墻的厚度變化情況,可將其分為等厚式、漸變式、階梯式。其中等厚式僅適用于低壩工程;漸變式因施工難度大被逐步淘汰;階梯式即保證了心墻穩(wěn)定性,又減少了材料浪費,且施工簡單。所以四工河水庫大壩防滲心墻為階梯式結(jié)構(gòu),其中200m高程以下為1200mm,以上為600mm,如圖1。
圖1 四工河水庫大壩瀝青混凝土防滲心墻結(jié)構(gòu)
四工河水庫大壩的瀝青混凝土防滲心墻設(shè)計坐落于基礎(chǔ)混凝土防滲墻之上,為了使心墻和基礎(chǔ)防滲墻更好地結(jié)合,本項目在基礎(chǔ)防滲墻頂部設(shè)計一個基座(長×寬=2.6m×2m)。在心墻和基座之間設(shè)計1層厚2cm的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂和兩道止水銅片,如圖2。這樣的結(jié)構(gòu)能從下至上依次將“灌漿帷幕、基礎(chǔ)混凝土防滲墻、瀝青混凝土防滲心墻”緊密結(jié)合。
圖2 心墻與基礎(chǔ)混凝土防滲墻連接設(shè)計
四工河水庫壩址兩側(cè)山坡坡度較大,約45°,為保證心墻與岸坡混凝土基座之間更緊密結(jié)合,在兩岸岸坡的混凝土基座連接處設(shè)置長度較大的水平擴大段,且加長過渡層擴大段水平距離,如圖3。
圖3 心墻與岸坡混凝土基座連接設(shè)計
過渡層位置設(shè)于心墻兩側(cè),其變形模量介于心墻和壩殼之間,能夠使兩者變形有個過渡區(qū),要求過渡料耐久性、防滲性好,顆粒級配連續(xù)。為增加排水能力,四工河水庫壩體在下游過渡層位置增設(shè)1個過渡層Ⅱ區(qū)。過渡層具體設(shè)計技術(shù)要求如表2。
表2 心墻過渡層設(shè)計技術(shù)要求
瀝青是混合料的核心,結(jié)合其他工程經(jīng)驗,四工河水庫大壩心墻瀝青采用克拉瑪依瀝青,其具有較好的抗裂性、抗老化性,含臘量也低。
本項目瀝青混合料制備的控制要點有以下規(guī)定:①要求加熱瀝青時其針入度降低10%以下;②骨料拌合時,溫度不得超過瀝青溫度20℃,拌合時間不低于15s。具體對混合料的技術(shù)指標如表3。
表3 碾壓式瀝青混凝土技術(shù)指標
心墻填筑步驟:“立模→過渡料攤鋪、初壓→瀝青混凝土攤鋪→拆模→過渡料及瀝青混凝土同步碾壓”。嚴格分層鋪筑,層厚小于25cm(規(guī)定20cm),攤鋪速度為1~3m/min,1~2層/d; 混合料碾壓溫度要求在140~150℃;上下層橫縫錯開不小于2m,重疊碾壓30~50cm。心墻填筑結(jié)束后,在4m范圍內(nèi)禁止大型機械碾壓。
采用無損檢測技術(shù)對心墻質(zhì)量進行檢測,利用美國產(chǎn)的HS-500IEZ型核子密度儀,用Rc表示測定值;然后采用鉆芯法進行驗算,用Rn表示測定值(選定樣本60個)。在此定義換算系數(shù)Ar=Rc/Rn,得出擬合結(jié)果,如圖4。
圖4 核子密度儀和瀝青混凝土密度換算系數(shù)
由圖4可知,兩種檢測方法擬合度較好,說明無損檢測數(shù)據(jù)的準確性、可靠性沒問題。通過檢測,四工河水庫大壩心墻施工質(zhì)量合格率100%。
(1)瀝青混凝土心墻對氣候環(huán)境、溫度、地質(zhì)條件等均具有較好的適應(yīng)性,且防滲性能好,適合在新疆高海拔、寒冷地區(qū)使用。
(2)四工河水庫大壩心墻經(jīng)多年使用,壩體滲漏量均處于規(guī)定值以下,且沒有上漲趨勢,因此完全證明了瀝青混凝土心墻的可靠性和優(yōu)越性,值得大力推廣。
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