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摘要：沥青混凝土心墙属于一种具备良好防渗性能的土石坝防渗墙体，能够有效适应土石坝在运行中存在的不均匀沉降问题，从而保证坝体的使用安全。同时，沥青混凝土心墙的合理设计，可以减少防渗土料的用量，为施工提供便利，在严寒地区以及潮湿多雨地区有着良好的适用性。本文结合具体工程实例，对寒冷地区碾压式沥青混凝土心墙坝的设计进行了分析和讨论，希望能够为类似工程的设计施工建设提供参考。
关键词：寒冷地区；碾压式沥青混凝土；心墙坝；设计
前言：在经济快速发展的背景下，越来越多的新材料得到了应用和普及，在提高工程施工质量、强化工程整体性能等方面发挥着积极作用。碾压式沥青混凝土本身有着相当明显的优势，不过其施工质量容易受到温度和气候条件的影响，在寒冷地区，如果采用常规施工技术，会导致施工周期的延长以及施工成本的增大。基于此，加强对于寒冷地区碾压式沥青混凝土心墙坝设计的研究，采取有效措施来保证工程的施工效果，也就显得非常重要。
1 工程概况
某水利枢纽工程位于我国西部偏北地区，工程建设的主要目的，是为了帮助周边居民解决灌溉及生活用水，强化下游防洪能力，尽可能减少区域生态环境恶化问题。工程设计库容为4.9×104m³，正常蓄水水位532.0m，死水水位501.2m。工程本身所处的地理位置使得其冬季异常寒冷，极端最低温度可以达到零下28℃，冬季平均温度在零下15℃左右，这种情况对于工程的设计以及施工工艺技术提出了较为严格的要求。
2 技术指标
经研究讨论后，决定水库采用土石坝，配合碾压式沥青混凝土心墙来保证水利枢纽的蓄水及防洪能力。在针对碾压式沥青混凝土的技术指标进行确定时，可以依照《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）的相关要求，具体如下：
容重＞2.35t/m³，孔隙率＜0.33%，水稳定系数≥0.90，渗透系数＜1×10-8，内摩擦角＞25°，马歇尔稳定度在25℃的环境下，不低于10kN，马歇尔流值为30～70cm，小梁弯曲依照温度条件确定，在25℃条件下超过10%，在5℃条件下超过2.5%。剩余的一些比较特殊的技术指标，如最大弯曲强度以及此时的应变等，则需要通过相应的试验获得[1]。
3 心墙坝设计
3.1结构设计
参考同类工程并结合工程本身的施工要求，开展碾压式沥青混凝土心墙坝的结构设计，将坝顶宽度设计为8.0m，路面宽度为7.5m，厚度在0.3m左右，以沥青混合料进行路面摊铺。为了避免雨水在坝顶积聚，将坝顶设计出了1.5%的坡度，同时在其上游增加超出坝顶高度1.2m的防浪墙，在下游增加较坝顶高出0.2m的混凝土路沿石，路沿石断面尺寸为0.5m×0.2m。
3.2坝坡设计
结合施工区域周边实际情况，对于大坝的主要填筑材料，决定就地取材，选择爆破石料，这样能够有效减少运输成本。为了保证心墙坝的安全性、稳固性和经济性，在对坝坡进行设计的过程中，需要考虑几个核心问题：一是对于上游坝坡，应该参考坝顶结构及宽度等的设计，将高程确定为不小于502.0m，坡度以1：1.8为最佳。对于局部无法达到设计高程的坝段，应该将坡度调整为1：2.0；二是对于下游坝坡，可以设置“之”字形马道，将纵坡控制为8%，宽度与坝顶宽度相同，整体坝坡可以采用1：1.9，存在特殊要求的局部坝坡则可以采用1：1.7[2]。在对上游护坡进行设计时，可以将其施工材料确定为大尺寸石块或者现浇混凝土，厚度应该控制在0.2m。如果采用现浇混凝土，混凝土的级配为二级，强度可以选择C25，考虑区域冬季寒冷，需要将抗冻等级设置为F300。
3.3分区设计
结合现场地质勘查数据，在工程建设中决定采用爆破填筑的方式，针对坝体进行相应的分区设计：一是砂砾石垫层区，可以将其设置在坝体上游防浪护坡下，厚度为0.5m；二是堆石区，设置在上游过渡区位置，使用连续级配石块，将其最大粒径控制在不超过0.8m的范围内；三是上游过渡区，可以分为一区和二区，一区处于二区和心墙坝之间，宽度设置为2.0m，二区设置在一区与上游堆石区之间，宽度设置为2.0m，采用最大粒径在0.4m以内的连续级配；四是下游过渡区，同样分为两部分，一区位于沥青混凝土心墙和二区之间，二区设置在一区与下游堆石区之间，宽度均为2.0m；五是下游堆石区，设置在坝体下游位置，采用最大粒径不超过0.8m的连续级配[3]。
3.4防渗设计
防渗结构可以将心墙结构设置为坝体轴线偏上游一侧，结合本工程的实际情况分析，防渗体设计采用了垂直式结构，能够对坝体的受力情况进行改善，实现坝体与防浪墙的稳固连接，通常都会依照应力应变展开计算，计算过程中需要关注具体的施工要求。参考相似工程的实际情况，当坝顶高程超过502m时，心墙厚度为0.4m，当坝顶高程低于502m时，心墙厚度为0.7m。
3.5基础处理
碾压式沥青混凝土心墙坝设计中，基础处理非常重要，应该做好基础开挖。该工程中，心墙基础设置在弱风化基岩层顶部，在心墙底部，设置宽6.0m，厚1.2m的混凝土盖板，能够对基岩和沥青混凝土防渗体的连接进行巩固，避免接触面冲刷。结合现场地质条件，中压缩性的细粒土并不能作为坝壳地基，因此对下部漂卵砾石进行振动碾压，形成相应的地基；应该重视坝基防渗设计。
4 施工效果
4.1渗流计算
利用专业软件，在输入相关参数后，可以自动计算出沥青混凝土心墙坝的渗流情况，结果如表1所示。可以看出，下游坝坡逸出点的最大出逸比降为0.075，对照相关标准，坝体在运行过程中并不会产生渗透破坏。
表1 心墙坝渗流情况
4.2稳定性分析
同样利用专业软件对坝体稳定性进行分析计算，结果表明，坝坡滑坡抗滑稳定安全系数的最小值均不低于相关规范的允许值，也表明在所有的计算工况下，坝体上下游坝坡均能够保持稳定[5]。
5 结语
总而言之，碾压式沥青混凝土心墙坝的设计施工有着极高的技术要求，尤其是在寒冷地区，更是必须充分考虑低温对于工程可能造成的影响。对于技术人员而言，应该做好施工工艺的深入研究，确保碾压式沥青混凝土心墙坝设计的合理性，使得其施工优势能够有效发挥出来，以此来促进工程综合效益的提高。
参考文献：
[1]张阳.齐古水库沥青混凝土心墙坝监测及变形分析[J].黑龙江水利科技，2018，46（10）：57-58.
[2]黄华新，秦强，王振宇.深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝应力变形敏感性分析[J].水利与建筑工程学报，2018，16（04）：181-185.
[3]文艳萍.降低沥青混凝土心墙坝下游边坡坡度的可行性研究[J].黑龙江水利科技，2018，46（06）：8-10，15.
[4]李文明.水利工程碾压式沥青混凝土心墙坝施工质量控制[J].江西建材，2018，（07）：43，45.
[5]张磊.沥青混凝土心墙土石坝在坝型比选中的优劣分析[J].山西水利科技，2018，（02）：1-3.
论文作者:张韬,马敏艳
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第16期
论文发表时间:2019/3/1
标签：混凝土论文; 沥青论文; 工程论文; 下游论文; 宽度论文; 土石论文; 地区论文; 《建筑细部》2018年第16期论文;