水工沥青混凝土心墙设计控制指标探讨.pdf

第 4 2卷 第 3期 2 0 1 6年 3月 水 力 发 电 水 工 沥 青 混 凝 土 心 墙 设 计 控 ； = 指 标 探 讨 王 晓 安 ，刘 志 ，伍 小 玉 ( 中国电建 集 团成都勘测设计研 究院有 限公 司 ，四川 成都6 1 0 0 7 2 ) 棼 摘 要- 沥青混凝土心墙设计控 摧 的j 目的是指号 5 场配合琏 、 碾 压亩 瓮 验 、 碾压填筑施工以及对填筑施工质 謦 量进行评价分析。 。 由于沥青混凝土材料力学性能指标受试验环境 j 试验方法等影响较大，可能出现难以 满足设计控 一 制值的情况，从而导致设计控制指标与质量评价分析之间的矛盾。为此 ，结合黄金坪水电站沥青混凝土心墙施工过 程 中 ，设计 控制指标与规范的差异情况及其对大坝稳 定、应力 变形的影响等 ，对规 范的相关规 定 以及实 际应用进行 探讨 。 关键词 ：设 计控制指标 ；抗剪强度 ；沥青混凝土 心墙 ；黄金 坪水电站 Di s c us s i o n on De s i g n I nd e xe s of Hy dr a ul i c As ph al t Co nc r e t e Co r e W a l l W ANG Xi a o a n ， LI U Zhi ，W U Xi a o yu ( P o we r C h i n a C h e n g d u En g i n e e r i n g Co r p o r a t i o n L i mi t e d ，C h e n g d u 6 1 0 0 7 2 ，S i c h u a n ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e pu r p os e o f de s i g n c o n t r o l i n de x e s o f a s p h a l t c o n c r e t e c o r e wa l l i s t o g u i d e o n s i t e mi x r a t i o t e s t ， r o l l i n g t e s t ， r o l l i n g c o n s t r uc t i o n a n d c o ns t r u c t i o n q ua l i t y e v a l u a t i o n Be c a us e t he me c h a ni c a l p r o pe r t i e s o f a s ph a l t c o n c r e t e ma t e r i a l s a r e s e r i o us l y i n flue n c e d by t e s t e n v i r o nme n t a nd me t h o d，t he i n de x e s ma y b e d i f f i c u l t t o me e t t h e de s i g n c o nt r o l v a l ue s ，wh i c h wi l l c a us e t h e c o nt r a d i c t o r y be t we e n de s i g n c o n t r o l i n de x e s a nd q u a l i t y a s s e s s me n t Ta ki n g t he a s ph a l t c o nc r e t e c o r e wa l l c o n s t r u c t i o n i n Hu a n g j i n p i n g Hy d r o p o we r S t a t i o n a s a n e x a mp l e ， t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n d e s i g n c o n t r o l i n d e x e s a n d s p e c i f i c a t i o n s v a l u e s a r e a n a l y z e d a n d i t s i n fl u e n c e s o n d a m s t a b i l i t y a n d d e f o r ma t i o n a r e a l s o a n a l y z e d B a s e d o n a b o v e 1 工程概况 2 设计 控制 指标 及现场检测情况 黄金 坪水 电站 位 于大 渡 河 上 游 河 段 ，是 以 发 电 为主 的 二 等 大 ( 2) 型 工 程 ，工 程 枢 纽 建 筑 物 包 括 沥 青混 凝 土心墙 堆 石坝 、岸 边开 敞式 溢洪 道 、泄 洪 ( 放 空 ) 洞 、左岸 尾部 式大 厂房 引水 发 电建筑 物 和右 岸 小 厂房 引水 发 电建 筑物 等 。 拦 河 大 坝 采 用 碾 压 式 沥 青 混 凝 土 直 心 墙 堆 石 坝 ，坝顶 高 程 1 4 8 1 5 0 n l ，最 大 坝 高 8 5 5 n l 。 沥 青 混 凝 土 心 墙 顶 高 程1 4 8 0 7 0 i n、 底 高 程 1 4 0 5 5 0 n l ，顶部 厚 0 6 In，至 1 4 0 7 5 0 In 高程 处 逐 渐 加厚 至 1 1 n l ，从 1 4 0 7 5 0 In 高程 以下 至 高程 1 4 0 5 5 0 in 为心 墙 放 大 脚 ，心 墙 底 部 逐 渐 变 厚 至 2 3 i n；沥 青 混凝 土 心 墙 与 坝 基 防 渗 墙 通 过 直 墙 圆 拱 型 廊 道进 行 连 接 。 ( 1 ) 设计 控 制 指 标 。根 据 DL T 5 4 1 1 2 o 0 9 土 石 坝沥青 混凝 土 面板 和心墙 设计 规 范 表 6 0 6的要 求 并结 合现 场 配 合 比试 验 、碾 压 试 验 成 果 ，提 出沥 青 混凝 土心 墙 的主要 技术 指标 ( 见表 1 ) 。 ( 2 )现 场检 测 情 况 。沥 青混 凝 土 心墙 填 筑 碾 压 现 场施 工过 程 中 ，按 照每 隔 46 m取 芯 一次 进行 室 内力学 性 能试验 。其 主要 成果 见表 2。从 表 2中可 以 看 出 ，沥青 混凝 土心 墙 渗 透 系数 都 能 满 足 要 求 ，防 渗性 能是 能 够保证 的 ；而抗 剪强 度 指标 c 、 不满 足 收稿 日期 ：2 0 1 5 1 2 2 9 作者简介 ：王晓 安 ( 1 9 8 0 一 ) ，男 ，河 南 洛 阳人 ，高级 工 程师 ， 主要从事水工设计工作 W a P o V o L 4 2 0 3 田 ( 或不 能 同时满 足 ) 要 求 的频 率 是 比较 高 的 。 表 1 碾压 式沥青 混凝土主要设计指标 弯曲强度 弯 曲应变 模 量数 内摩 擦角 粘结力 k P a ( E - x模型) ( 。 ) MP a 4 0 0 1 5 3 0 0 2 6 0 3 表 2 沥青混凝土现场主要检测情况 3 对大坝安全的影响分析 鉴于 沥青 混凝 土 心 墙 现 场 检 测 的抗 剪 强 度 指 标 c 、 不 满足 ( 或不 能 同时满 足 ) 要求 的频 率是 比较 高 的 ，因此 需要 分 析 其 对 大 坝 安 全 的 影 响 。笔 者 认 为 主 要 考 虑 三 个 方 面 ：一 是 ，对 大 坝 坝 坡 稳 定 的 影 响 ； 二是 ，对 心 墙 应 力 变形 状 态 的影 响 ；三 是 ，对 心 墙 抗 水 力 劈 裂 能 力 的 影 响 。 需要 说 明 的是 ，在 采 用 摩 尔 圆求 取 剪 切 强 度 破 坏线 时 ，公切 线 的选择 直接 影 响 c 、妒值 的大 小 ；当 选择 较缓 的公 切线 时 ，c值 稍 大 而 值 稍小 ；反 之 ， 当选 择较 陡 的公 切 线 时 ，C值 稍小 而 值 稍 大 。 由 于 C 、 值 的大 小 是 相 关 的 ，为 此 本 文 计 算 分 析 时 ， 主要 针对 C值 进行 了敏感 性 分析 。 ( 1 ) 大 坝 坝 坡 稳 定 。 由 于 沥 青 混 凝 土 心 墙 厚 度 仅有 0 61 1 m，在坝 体 结 构 中所 占 比例 很 小 ，其 抗剪 强度 指标 的波 动 对 坝 坡 稳 定 的 影 响 较小 ；坝 坡 稳定 计算 复核 成果 也表 明 ，当 c值 从 0 3 7 MP a降 低 到 0 1 3 MP a时 ，坝 坡抗 滑稳 定安全 系 数 的变 化在 小 数 点后第 三 位数字 ，基 本可 以忽略不 计 。 ( 2 ) 心墙 应力 变形 状态 。表 3给 出 了 C值 分别 为 0 3 7 MP a和 0 1 3 MP a时沥 青 混 凝 土 心 墙 的应 力 变 形 极值 。由表 3可 以看 出 ，c值 的降低 可 引起心 墙 变 形 略微 增大 、应 力值 略 微 减 小 ，但 应 力 和 变 形 的 变 田 。 V o l 4 2 n 3 化 幅 度 很 小 。C值 变 化 对 心 墙 应 力 变 形 状 态 的影 响 不 显 著 。 表 3心墙应力变形极值 沉 降 ，c m 向 F 芝 水 平向 下 游 位 移 ， cm 横河向水平向左 岸 位移 ，c m 向右岸 应力 ，拉应力 MP a 一 第 三 11立 力 ， 压 应 力 M P a 一 横河向正应拉应 力 力 ，MP a 压应 力 竖直 向正应拉应力 力 ，MP a 压府力 一 5 3 3 心墙 1 3墙高处 2 9 8 心墙 1 5墙高处 一 9 4 心墙靠右岸侧中部 7 8 心墙靠左岸侧 中部 0 0 5 心墙左岸顶部附近 一 2 3 2 心墙底部 中央 0 0 4 心墙左岸顶部附近 一 1 8 5 心墙底部 中央 一 2 3 1 心墙底部 中央 ( 3 ) 心墙抗 水力 劈裂 安全性 。抗拉 强度 对 C值 较 为 敏感 ，C 值 过 低可 能导致 沥青 昆凝 土抗 拉强 度 的下 降 ，从 而降低 心 墙 抗 水 力 劈 裂 的 安 全 性 。类 比土 质 心 墙抗水 力 劈裂 安 全 性 分 析 方 法 ，沥青 混 凝 土 心 墙 抗 水 力 劈 裂 的 最 小 安 全 系 数 计 算 成 果 见 表 4 。 从 表 4 可 以看 出 ，心墙 沥 青 混 凝 土粘 聚力 降低 使 计 算 得 到 抗 水力劈 裂 安全 系数 有 所 降 低 ，但 心 墙 最 小 抗 水 力 劈 裂 安 全 系 数 仍 大 于 1 0，并 保 持 有 足 够 的 安 全 裕 度 。 表 4心墙抗水力劈裂最小安全系数 抗剪强度指标 计算公 式 最小安全 系数 位 置 4 抗剪强度控制指标的探讨 上 述计 算 分 析表 明 ，沥 青 昆凝 土 心墙 抗 剪 强 度 C 、 值 的波 动对 大坝 坝坡 稳 定 、心 墙 应 力 变形 状 态 以及心 墙抗 水 力劈 裂 安 全 性 的影 响 都 较 为 有 限 ，不 会 对大 坝 的安全性 有 太 大 的影 响 。D L T 5 4 1 1 2 0 0 9 土石 坝沥青 混 凝土 面板 和 心墙 设 计 规 范表 6 0 6， 对碾 压式 沥青 混 凝 土心 墙 抗 剪 强 度 指 标 的要 求 是 强 制性 条款 “ 应 ”，要 求 “ C 3 0 0 k P a 、 2 5 。在 这 种 情况下 ，设 计 在 提 供 控 制 指 标 时 ，就 不 能 低 于 规 范 强制性 条 款 的要 求 ，可能会 在 质量 ( 下 转 第 2 3页 ) 9 4 6 5 4 5 一 7 口。 一1 口 1 _ g oe 寸只皿J 下 ， J 、二 H J C 仪又， l U巾 U ， J l 临空 方 向的 变 形 ，牵 引 影 响 到 上 部 自然 边 坡 ，且 有 向边坡 下 方推 移 变 形 的 趋 势 。变 形 机 制 为在 重 力 作 用下 的蠕 滑一 拉裂 变形 。 4 结语 本 文 通过 对黄 金 坪水 电站 引水 隧洞 和泄 洪 洞 进 口区边 坡 变形 机制 进行 分析 ，得 出 以下结 论 ： ( 1 ) 引 水 隧 洞 和 泄 洪 洞 进 口区 边 坡 ( 含 自然 边 坡 ) 所 在 的山脊 岩体 在边 坡大 面积 开挖 、削脚 后 ，没 有 及 时支 护 ，对 边 坡 应 力 状 态 改 变 较 大 ，边 坡 内部 松 动破 碎 岩 体 产 生 变 形 ，表 现 为 向 临 空 方 向蠕 变 ， 自然边 坡 上 的 覆 盖 层 则 因 下 部 松 动 破 碎 岩 体 压 缩 、 蠕 变 而发 生不均 匀 沉降 ，形 成张裂 缝 。 ( 2) 边 坡 的变 形 破 坏 模 式 属 于 重 力 作 用 下 的 蠕 滑 一 拉 裂 变形 和滑 移 ，这 是 由于边 坡 浅 表 部存 在 强 卸 荷 岩体 以及 其 外侧 的强 卸 荷 松 动 破 碎 岩 体 组 合 所 形 成 的复 杂 工程地 质条 件所 决定 的。 ( 3) 边坡 岩体 发 育 的 结 构 面 以 刚性 结 构 面 为 主 ， 但 所有 变形 与 开挖 进 度 之 间都 表 现 出一 定 的 滞 后 现 象 ，即流变 变形 具有 普遍 性 。 ( 4) 分析 边坡 变形 破坏 机制 需结 合现 场工 程地 ( 上接 第 1 2页) 评 价分 析环 节 出现矛 盾 ，从而 需要 对 其进 行 充分 的论证 工 作 。 针对 此 问题 ，笔 者 与 西 安 理 工 大 学 王 为 标 教 授 ( 设 计规 范 主要起 草 人 之 一 ) 沟 通 交 流 过 ，对 沥 青 混 凝 土心墙 抗 剪强 度 指 标 的强 制 性 条 款 是 基 于 已建 同 类工 程抗 剪 强 度 c 、 值 比 较 稳 定 的情 况 下 而 提 出 的 ；而 沥青 混凝 土材 料 的特 殊 性 ，决 定 了其 力 学 性 能受 试验 环 境 、试 验 方 法 等 影 响较 大 ，不 同 工 程 的 实 际情况 又 有所 差 异 ，将 其 抗 剪 强 度 指 标作 为 强 制 性条 款 可 能 存 在 适 用 性 的 问 题 。也 正 因 如 此 ，S L 5 0 1 2 01 0 ( 土石 坝 沥青混 凝 土面板 和心 墙设计 规范 第 4 0 5条 ，对 碾 压 式 沥 青 混 凝 土 心 墙 技 术 指 标 的 强制 性规 定 只 限 于 “ 孔 隙 率 3 、渗 透 系 数 1 l O c m s 、水稳 定 系数 0 9，并应 根据 工程 的运 用 条件 和要 求 ，提 出有关 的变 形 和力学 指标 要 求 ”，并 未对 沥青 混凝 土 心 墙 的抗 剪 强度 指标 再 做 出强 制性 条款 的规 定 。 5 结语 沥青 混凝 土材 料 的特 殊 性 决 定 了其 力 学 性 能 指 标 会 受 到 试 验 环 境 、试 验 方 法 乃 至 试 验 人 员 的 影 响 ， 再 加之 水 电工 程 实 际情 况 的差 异 ，可 能 出现 较 大 波 动 的情 况 ，从 而 不 满 足 现 行 设 计 规 范 DL T 5 4 1 1 一 质条 件 、监测 成 果 以及 室 内模 拟 计 算 等 手 段 进 行 相 互 验 证 、有 机 统 一 。 参考文献 ： 1 曾金华 ，马永 军、孟凡理 ，等四川省 大渡 河黄金坪水 电站引水 及泄洪洞进 1：3 区边坡稳定 性评价及处理方案报告 R 成都 ：中 国水 电顾问集团成都勘测设 计研究 院有 限公司 ， 2 0 1 4 2 邓建辉 ， 陈滔 ， 刘铁新 ，等四川省大渡河黄金 坪水 电站引水 、 泄 洪进 口边坡稳定分析及加 固措施研究 R 成都 ：中国水 电顾问 集团成都勘测设计研究院有 限公 司， 2 0 1 4 3 石安池 ， 赵 明华 ，薛果夫三峡工程永久船闸高边坡岩体 变形特 征与 机 理 分 析 J 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ，2 0 0 1 ，2 0( 5) ： 6 3 8 6 4 2 4 朱焕春三峡 l临时船 闸及升船机高边坡 岩体变形特征 J 岩石 力学与工程学报 ， 2 0 0 0， 1 9 ( 3 )： 2 8 1 2 8 4 5 宋胜武 ， 巩满福 ，雷承第 峡谷地区水电工程高边坡 的稳定 性研 究 J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 6， 2 5 ( 2 ) ： 2 2 6 2 3 4 6 杨绪波 ， 黄润秋 ，沈军辉 ， 等紫坪铺水 电站 2号泄 洪洞进水 1：3 边坡变形特征及机 理研究 J 岩石 力学与 工程学报 ，2 0 0 5， 2 4 ( 1 2 ) ： 2 0 3 5 - 2 0 4 0 7周龙 寿，丁立丰 ，郭放 良不 同压裂介质影 响下绝对应力测值 的 试验研 究 J 岩土力 学 ， 2 0 1 3， 3 4( 1 0 ) ： 2 8 6 9 2 8 7 6 ( 责任 编辑杨健 ) 幸 寺 - 4 夺 夺 牵 夺 串 2 0 0 9的要求 。从 黄金 坪 水 电站工 程 沥 青 混凝 土 心 墙 抗 剪强 度指 标 的影 响计 算 分 析 成 果 看 ，抗 剪 强 度 指 标 在一定 范 围 内的波 动对 大坝 安全 的影 响是有 限的 ； 同时 ，在 S L 5 0 1 2 O 1 O规 范 中也 已经 取 消 了对 沥 青 混 凝 土 心 墙 抗 剪 强 度 指 标 的 强 制 条 款 。 因此 ，在 DL T 5 4 1 1 2 0 o 9规 范 再 版 时 ，建 议 将 碾 压 式 沥 青 混 凝土 心墙 的抗 剪 强 度 指 标作 为非 强 制 性 条 款 或 予 以取消 ，以更 利 于 碾 压 式 沥青 混 凝 土心 墙 堆 石 坝 的 设 计 、施 工 以及 推广 。 参考 文献 ： 1 D L T 5 4 1 1 2 0 0 9 土石坝沥青混凝 土面板 和心墙设计规范 S 2 S L 5 0 1 2 叭0土石坝 沥青混凝土面板和心墙设计 规范 S 3 D L T 5 3 9 5 -2 0 0 7 碾压式土石坝设计 规范 S 4 肖白云 混凝土防渗墙墙体 材料及接头型式 的研 究 J 水力发 电，1 9 9 8 ，( 3 ) ： 2 9 - 3 1 5 汪 明元 ，程展林 ，林绍忠高面板堆石坝应力变形 的三维子模型 法研究 J 水力发 电， 2 0 0 4 ， 2 9 ( 1 ) ：1 0 4 1 1 0 6 张礼兵 ，冯燕 明高面板堆石 坝变形性态 分析与研究 J 水力 发 电， 2 0 1 4 ， 3 9 ( 8 ) ： 3 4 - 3 6， 6 1 7 王俊杰 ， 朱俊 高，张辉关于土石坝心墙水力劈裂研究 的一些思 考 J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 5， 2 4( s 2 ) ：5 6 6 4 5 6 6 8 8 殷宗 泽 ， 朱俊高 ，袁俊平 ，等心墙堆石 坝的水力劈裂分析 J 水利 学报，2 0 0 6， 3 7 ( 1 1 ) ：1 3 4 8 1 3 5 2 ( 责任编辑 陈 萍) W a te r P o V o L 4 2 N o 3豳