55161土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则标准SLJ01-1988.pdf

部部 利源 水能 国 和 共 民 人 华 中 土石坝沥青混凝土面板和 心墙设计准则 s l j 0 1 - 8 8 主编部门: 陕西省水利水土保持厅 陕西机械学院水电学院 上海勘测设计院 东北勘测设计院科研所 清华大学水利系 批准部门: 施行 日 期 :中 华 人 民 共 和 国 靠 裂 霎1 9 8 8 年 6 月 sl j 0 1 - 8 8 5 9 3 中 ， 人 民 共 和 国 *- 0 关于颁发 土石坝沥青混凝土面板和心墙 设计准则s l j o 1 -8 8 的通知 水科教 1 9 8 8 2 1 号 能源技 巨 1 9 8 8 7 号 根据国家计委关于编制设计规范的要求，为了满足水利水电工程中的土石坝沥青混凝 土防渗墙设计工作的需要，我部水利水电规划设计院组织有关单位编制了 土石坝沥青混 凝土面板和心墙设计准则s l j o i -8 8 ，现颁发施行。 各单位在执行过程中，如有意见，请随时告陕西机械学院水电学院和我部水利水电规 划设计院 。 1 9 8 8 年 6 月 2 3日 59 4水 利 水 电 总普 通 建 筑 物 设 计 说明 本准则在我国系首次制订，在编制过程中进行了广泛地调查研究，认真总结了我国土 石坝沥青混凝土面板和心墙工程的实践经验、试验研究和原型观测成果，同时也借鉴了国 外已有的研究成果和实践经验。 本准则系由陕西省水利水土保持厅、陕西机械学院水电学院等单位协作编写的，经过 多次讨论、审查修改，最后由水利水电规划设计院审定，报水利部、能源部批准，现颁发 施行 。 参加本准则编写的主要人员为: 陕西机械学院水电学院杨全民、孙振天、丁朴荣 上海勘测设计院苗琴生 水电部东北勘测设计院科研所侯希明 清华大学水利系翁文斌 陕西省水利水土保持厅赵伯友 s l j 0 1 - 8 8 !3 7 :. 目次 第一章总则 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 6 第二章材料与配合比 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 6 第 三 章 碾 压 式沥 青 混 凝 土 面 板 的 设 计 “ . . 5 9 8 第四章碾压式沥青混授土心墙的设计 6 0 0 第五章浇筑式沥青混凝土面板和心墙的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 1 第六章原型观测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 2 附录 一 水工沥 青混 凝土配合比 选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 3 附录 二 碾压式沥 青混凝土面板厚度计算 . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 6 附录三碾压式沥青混凝土心墙应力应变计算 6 0 8 附录四 沥青混凝土防渗 墙与基础、岸坡和刚性建筑物的 连接构造图例 . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 9 附录五原型观测布置实例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 8 编制说明 。 。 。 6 2 2 5 9 6 水 利 水 电 总普 通 建 筑 物 设 计 第一章总则 第1 . 0 . 1 条本准则适用于水利水电工程中土石坝沥青混凝土面板和心墙 ( 统称为防 渗墙)的 设计。 其他 工程的沥青混凝土防渗墙设计可参考使用。 第 1 . 0 . 2条沥青混凝土防渗墙是土石坝坝体防渗结构，与坝基和岸坡防渗设施共同 组成土石坝的完整防渗体系，以满足坝体和基础的渗透稳定与控制渗流量的要求。 采用沥青混凝土防渗墙的土石坝，其填筑体和基础的设计，应按 碾压式土石坝设计 规范( s d j 2 1 8 -8 4 )及有关规程执行。 第1 . 0 . 3条沥青混凝土防渗墙的型式有:碾压式面板、碾压式心墙、浇筑式面板和 浇筑式心墙等。 沥青混凝土防渗墙型式的选择应根据坝高、库容、坝址区的气象、地形、地质、施工 技术、材料供应等条件和坝的运行要求，经技术经济比较合理选定。 第 1 . 0 . 4 条沥青混凝土防渗墙应具有工程所要求的防渗性、抗裂性、稳定性和耐久 性，做到技术先进，经济合理，安全运行。 第1 . 0 . 5条防渗墙使用的沥青混凝土，其性能及各项技术指标应根据工程的具体条 件确定。沥青混凝土的原材料和配合比可根据其技术指标的要求，参照有关规范，通过试 验选定。对某些特殊要求的性能，应进行专门的试验研究。 第1 . 0 . 6条沥青混凝土防渗墙与基础、岸坡及刚性建筑物的连接结构是整个防渗体 系的重要部位，必须慎重设计，必要时应专门试验研究，保证防渗的可靠性。 第1 . 0 . 7条沥青棍凝土防渗墙设计中有关施工技术要求和质量控制标准，应遵照本 准则有关规定和 土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工技术规范( s d2 2 0 -8 7 )确定。 第1 . 0 . 8 条为监视沥青混凝土防渗墙的工作性状， 检验设计和积累科学技术资料， 对 沥青混凝土防渗墙应进行必要的原型观测，作好观测设计，提出施工技术要求。 第1 . 0 . 9条为合理进行沥青混凝土防渗墙的设计，要重视基本资料的收集，特别要 注意沥青、矿料、气象条件和已建工程的调查研究。 第二章材 料 与 配 合 比 第2 . 0 . 1条水工沥青混凝土的各项技术指标应满足沥青混凝土防渗墙设计pl r 规足的 要求。 组成水工沥青混凝土的沥青、 骨料、 填料、 掺料等原材料， 必须满足本准则规定的要求。 第 2 . 0 . 2条水工沥青混凝土所用的沥青材料主要是石油沥青，其品种和标号应根据 工程类别、当地气温， 使用部位 ( 水上或水下、内部或表面) 、运用条件和施工要求等进行 s l j 0 1 - 8 85 9 7 选择 。 碾压式沥青混凝土通常可选用道路石油沥青 6 0甲或 1 0 0甲， 其质量应符合 道路石油 沥 青规格)( s y b 1 6 6 1 -7 7 ) , 为了提高浇筑式沥青混凝土的抗流变性，可选用针人度指数较大的沥青。 当沥青的技术指标不能满足设计要求时， 可用两种沥青掺配或加人掺料以改善其性能。 掺配的比例和掺料的用量应经试验确定。 第 2 . 0 . 3条粗骨料以采用碱性岩石 ( 石灰岩、白云岩等)轧制的碎石为宜。当采用 酸性碎石或卵石时，应进行技术经济论证。 对粗骨料的技术要求是: 一、质地坚硬、新鲜，不因加热而引起性质变化，吸水率不大于 3 %; 二、含泥量不大于 0 . 5 %; 三、耐久性好，用硫酸钠法干湿循环 5 次，重量损失小于 1 2 %; 四、粘附性能良好，与沥青的粘附力应达四级以上; 五、级配良好。 第 2 . 0 . 4条细骨料可选用河砂、山砂、人工砂等，加工碎石筛余的石屑应充分加以 利用 。 对细骨料的技术要求是: 一、质地坚硬，不因加热而引起性质变化; 二、不含有机质和其他杂质，含泥量不大于 2 %; 三、耐久性好，用硫酸钠法干湿循环 5 次，重量损失小于 1 5 %; 四、水稳定等级不低于四级; 五、级配良好。 第 2 . 0 . 5 条填料可采用石灰岩粉、 白云岩粉， 也可采用滑石粉、 普通硅酸盐水泥、 粉 煤灰等粉状矿质材料。 对填料的技术要求是: 一、颗粒组成应符合表2 . 0 . 5 的规定; 二、亲水系数不大于 1。 ; 三、含水率小于 0 . 5 %; 四、 不含泥土、 有机物等杂质、 结块和团粒。 第2 . 0 . 6 条 为改善沥青混凝土的物理力学 性能，可选用合适的掺料，掺料品种及其用量应 通过试验确定。 裹 2 . 0 . 5 坟 料 细 度 要 求 筛孔 尺寸 通过 率 ( %)一 1 0 0 9 00. 074 70 为提高沥青混凝土的水稳定性，可掺用消石灰、普通硅酸盐水泥或其他高分子材料。 为提高沥青混凝土的低温抗裂性 ，可掺用再生橡胶粉、天然橡胶、合成橡胶、塑料或 其他高分子材料。 为提高沥青混凝土斜坡热稳定性和抗流变能力，可掺用石棉，但施工中必须完善劳动 保护措施 。 第 2 . 0 . 7 条沥青棍凝土配合比应通过室内试验和现场铺设试验进行选择。所选配合 5 9 8 水 利 水 电 总普 通 建 筑 知 设 计 比的各项技术指标应满足设计对沥青混凝土提出的要求，并应有良好的施工性能，且经济 上合理，在无试验资料时，可参照附录一初步选择沥青混凝土配合比，用作估算成本和施 工准备 。 沥青混凝土室内试验的温度，加荷速度等试验条件，应根据气温、工程的特点和运用 条件等确定。 第2 . 0 . 8条碾压式沥青混凝土面板防渗层的沥青混凝土，要求孔隙率为 2 0 0 “ 4 0 0 ; 渗透系数不大于 1 x 1 0 - c m/ s ;水稳定系数 ( 或稳定度)不小于。 . 8 5 ;斜坡流淌值不大于 0 . 8 mm;低温不开裂，并满足设计提出的强度和柔性的要求。沥青含量一般为矿料总重的 7 . 5 0 0 9 . 0 %，骨料最大粒径不大于一次碾压层厚度的 1 / 3 . 第 2 . 0 . ，条碾压式沥青混凝土面板排水层的沥青混凝土，要求渗透系数不小于 1 x 1 0 - c m/ s ， 热稳定系数 ( r , dr 动 不大于 4 . 5 . 沥青含量一般为矿料总重的 3 . 0 %5 . 0 %. 骨料最大粒径为2 5 -3 5 m m. 第 2 . 0 - 1 0条碾压式沥青混凝土面板整平胶结层的沥青混凝土， 要求渗透系数为 1 x 1 0 - 1 -1 x 1 0 - c m/ s ， 热稳定系数不大于4 . 5 . 沥青含量一般为矿料总重的 4 . 0 0 o -6 . 0 %。 骨 料最大粒径不大于一次碾压层厚度的 1 / 2 . 第2 . 0 - 1 1条碾压式沥青混凝土面板封闭层使用的沥青胶、 橡胶沥青胶或其他防水材 料，应与防渗面层粘结牢固，高温不流淌，低温不脆裂，并易于涂刷或喷洒。 当防渗面层分层铺筑时，层间结合涂层使用的乳化沥青、稀释沥青等涂层材料，应易 于喷洒或涂刷。配制乳化沥青、稀释沥青使用的沥青，其针人度宜控制在 2 0 -4 0 , 第 2 . 0 . 1 2 条碾压式沥青混凝土心墙的沥青混凝土， 要求孔隙率为 2 0 0 4 0 0 . 渗透系 数不大于 1 x 1 0 - c m/ s ，水稳定系数 ( 或残留稳定度)不小于 。 . 8 5 ，并满足设计要求的柔 性和有关的力学指标。沥青含量一般为矿料总重的 6 . 0 写-7 . 5 %。骨料最大粒径不超过 2 5 m m , 第 2 . 0 . 1 3条浇筑式沥青混凝土心墙和面板的沥青混凝土， 要求渗透系数不大于 1 x 1 0 - c m/ s ， 水稳定系数 ( 或残留稳定度)不小于。 . 8 5 ，抗流变性能好，浇筑时应有足够的 施工流动性和抗分层性。沥青混凝土的沥青含量一般为沥青混合料总重的1 0 %1 6 0 0 。骨 料的最大粒径， 心墙以不大于 2 5 mm、 面板以不大于 1 5 mm为宜。 沥青砂浆的沥青含量一般 为沥青混合料总重的 1 4 %-2 0 %，骨料的最大粒径可用到 5 mm, 第三章碾压式沥青混凝土面板的设计 第 3 . 0 . 1 条碾压式沥青混凝土面板易于监测和维修;与坝体施工干扰少;施工速度 快。但受外界气温影响大， 沥青混凝土品种多， 施工管理较复杂。 适用于l o o m高度以下的 土石坝 。 第3 . 0 . 2 条沥青混凝土面板的坡度， 除满足填筑体自身稳定外， 根据目前施工水平， 从面板铺筑机械的施工效果和操作人员的安全考虑，宜不陡于 1 : 1 . 7 , sl j 0 1 - 8 8 5 9 9 第3 . 0 . 3 条 铺设沥青混凝土面 板的 填筑体坡面应力求平整， 不设马道， 一坡到 底， 尽 量做到不变坡，如需变坡，应采用曲线连接，其过渡段曲率应使摊铺机顺利施工. 第 3 . 0 . 4 条在沥青混凝土面板与填筑体或基础之间， 应设置垫层， 其作用是: 整平、 支承、排水、粒径过渡及防冻胀等。 垫层有碎石或卵砾石、干砌块石、无砂水泥混凝土等类型，可根据实际工程条件，通 过技术经济比较选定。 第3 . 0 . 5 条碎石或卵砾石垫层的材料最大粒径与相邻沥青混凝土骨料的最大粒径之 比应小于8: 1 ， 其厚度应根据填筑体及基础变形大小， 排水要求， 施工方法等条件选定。 中 等高度堆石坝的垫层厚度不宜小于 5 0 c m ( 垂直坡面) ，对重要工程和高坝应适当加厚。 第3 . 0 . 6条无砂水泥混凝土垫层的厚度宜不小于 l 0 c m; 干砌块石垫层的厚度宜不小 于 3 0 c m. 第3 . 0 . 7 条沥青混凝土面板铺筑前，必要时应在垫层坡面上喷洒除草剂。除草剂用 量应根据试验确定。 坡面上还应喷洒乳化沥青或稀释沥青，以利面板与垫层的结合，并可提高碎石或卵砾 石垫层边坡的稳定性。 其用量约为。 . 5 -2 . o k g / m l , 第3 . 0 . 8 条沥青混凝土面板板后排水必须通畅，以便将面板和下面的渗水迅速汇集 排出填筑体外，保证在库水位迅速下降时，不出现反向水压力。 第3 . 0 . ， 条沥青混凝土面板有复式断面和简式断面两种 ( 图3 . 0 . 9 ) 。防渗要求高的 重要工程宜采用复式断面 。 第 3 . 0 . 1 0条复式断面各层的 作用和要求如下: 封闭层是为了封闭沥青混凝土防 渗面层表面缺陷， 提高面板的防渗性， 延缓沥青混凝土老化等。使用的材料 为沥青胶或橡胶沥青胶等。 防渗面层是面板的主防渗层，其 厚度一般为 8 1 2 c m，分两层或三层 铺压。 分层铺压时， 层间要喷涂乳化沥 青或稀释沥青结合层，以提高防渗面 层的整 体性。喷涂量一般为l k g / m 2 , 排水层是汇集防渗面层的渗水， 图3 . 0 . 9 沥青混凝土面板断面的型式 1.1 1:1 . 3 1.1 . 5 - 1 , 1 . 6 7 1 - 1 . 7 - 1.1 . 7 5 1.1 . 8 1 , 1 . 9 5 1:2 - 1:2 . 5 1，2 . 7 5 1,3 1.4 2 3 1 4 5 3 1 7 2 4 7 9 13 2 0 2 3 1 2 1 总 计一5一5 ， 一 国内仅统计碾压式沥青混凝土面板坝。国内 仅统计新建工程，堆石坝包括定向姆破和人工 消筑坝 . 填土坝包括砂砾石 、 风化料和石渣坟筑坝。 第 3 . 0 . 3 条沥青混凝土面板土石坝的上游坡一般都是采用一坡到底，这样受力条件 好，施工方便。但对有些土石坝或定向爆破堆石坝，上游坡设计需要分级变坡，以满足坝 坡的稳定、 节省坝体工程量、 或减少坝面整平工作量的要求。 变坡段应采用圆弧曲线连接， 形成缓变的过渡段。过渡段的曲率半径应保证摊铺机能比较均匀地摊铺。该曲率半径随摊 铺机的型号而异。如 l x t -7型摊铺机 ( 摊铺宽 3 m)通过的最小曲率半径应不小于 3 0 m. 第 3 . 0 . 4条在国外早期兴建的沥青混凝土面板多采用干砌石、水泥混凝土等类型垫 层。随着机械化施工的发展，近期国外多数工程采用碎石或卵砾石垫层。在我国初期修建 的沥青混凝土面板坝绝大多数采用干砌石垫层。干砌石垫层可用摊铺机直接铺设第一层沥 青混凝土，但填筑体发生沉陷时，块石之间易产生错动，导致面板局部被顶破。根据已建 工程运用表明，干砌石垫层基本上是可行的;但只有在施工机械化程度较低，劳动力较便 s l j 0 2 - 8 86 35 宜，当地缺乏碎石或卵砾石的条件采用才是适宜的。碎石或卵砾石垫层可调整坝体不均匀 沉陷，便于机械化施工，施工速度较快，但用大型摊铺机直接摊铺第一层沥青混凝土往往 有一定困难。现将国内外部分沥青混凝土面板坝垫层型式和使用材料的规格等资料汇总列 人表 3 . 0 . 4 ，供参考。 第3 . 0 . 5 条碎石或卵砾石垫层，其材料的最大粒径应使沥青混凝土不致在水荷载作 用下压人垫层内。 根据国外的试验资料， 在 2 5 0 m水柱作用下， 沥青不会从沥青混凝土中挤 出来，而且碎石垫层的最大粒径不大于沥青混凝土骨料最大粒径的8倍时，沥青混合料也 不会被压人碎石或卵砾石垫层的孔隙中。 碎石或卵砾石垫层的厚度目前尚无理论方法计算， 但与填筑体 ( 或基础)的变形大小、排水要求、施工方法、冻结深度等因素有关，根据国 内外工程的经验， 对于中等高度的堆石坝垫层厚度应不小于 5 0 c m( 垂直坡面) ， 并且从上到 下等厚布置;对于中等高度以上的堆石坝工程应适当加厚，有的工程用到2 -4 m,国内外 一些沥青混凝土面板工程的垫层厚度参见表 3 . 0 . 4 . 襄 3 . 0 . 4 国内外沥，混扭土面板坝垫层实例 序 号 工 程 名 称国家 建成年 份坝型 最大 坝高 ( m ) 垫层 类型 最 大粒径 ( mm ) 水 平 (m ) 备注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 格里布 ( el . gh r i b ) 根克尔 ( g e n k e l) 伊 利 尔一埃姆 达 ( i d l emd a ) 蒙哥 马利 ( mo n t g o m e r y ) 粗 姆斯托柯 ( ho me s f a k e ) 丹道尔 日 ( s t e - ce c i l e - d - a n d o r g e ) 哈尔普 达 ( h a r d a p ) 大 津歧 圣 地兰纳 ( s a n f i l l a n a ) 阿 波诺 ( ab o n o ) 阿 尔及利 亚 西德 阿尔 及利亚 美国 美国 法国 南非 日本 西班牙 西班牙 19 36 1 9 5 2 1 9 5 4 1 9 5 7 1 967 1 9 6 7 1 9 6 7 1 9 6 8 1 9 6 9 1 969 堆石坝 堆 石坝 砾 石坝 堆 石坝 堆 石坝 堆 石坝 砾石 坝 堆石 坝 堆石 坝 砂 砾石坝 5 8 4 3 7 1 3 4 6 9 45 32 5 2 4 0 2 2 干砌石 表面境砂 浆 +1 2 c m 无砂混 凝土 表面孔 隙填 索混凝 土 钢 丝网加 固的肠 青混凝 土士1 2 - 无 砂混凝 土 碎石 碎石 碎石 干砌 石 7 6 - 6 1 0 1 5 4 5 1 0 0 2 5 0 2 04 0 7 00 3 0. 6 3 1 . 1 3 . 3 表 面铺 撒 1 9 -7 6 m m 碎石 垂 直坡 面厚 度 3 0 . 5 c m 用水泥砂浆瀚缝 6 3 6 水 利 水 电 总普 通 建 筑 物 设 计 续裹 3 . 0 . 4 最大 坝 高 ( m ) 层 工 程 名 称国家建 成 年 份 1 坝型 类型 最大粒 径 ( mm ) 备注 序号 ( m) 萨拉古 ( s a la g o u ) 阿格里 阿斯 特罗 ( o g li a a t r o ) 二仓 瓜哈拉 兹 ( gu a i a r a z ) 法国 19 69堆 石坝5 7碎石 80- 2 50 意大利 19 71 土坝 2 1 碎石4 . 51 垂直坡 面厚度 2 - 日 本 酉 班 牙 1 971 19 71 土坝 堆 石 坝 垂 直坡 面厚度 l m 垂 直 坡 面 厚 度 0 . 2 5 m ( 支承 面) 15 1 1ak t a lk _ i ( 尸 o z , h o nda) 厄 瓜 多 尔 19 71土坝1 3 9 . 3 4 0 1 5 0 表 面 撤 铺 小 于 4 0 . m 碎石 16 1 伐 尔 马 尧 ( v a l m a y o r ) 西 班牙 19 72堆石坝6 0 8 7 008 1 000 .3 垂 直 坡 面 厚 度 0 . 1 5 m ( 支承 面) 沼原日本 197 3 火 山 砾 与 ! 33 砂 砾 坝 1. 6垂 直 坡 面 厚 度 0.6 . 吐格夫 山 ( t u r l o u g h h il l) 正岔 埃 尔西伯 里奥 ( el . s i b e r i o ) 爱 尔兰 19 73 土坝( 2 6 碎石1 0 2 0 0 13 . 5垂 直 坡 面 厚 度 1 . 7 5m 中 国 西 班 牙 197 6堆 石 坝 堆 石 坝 于 砌 石 2 5 0 3 0 0 1 2 . 0 19 7 6-1 9 78 7 0 0 1 01 00 2 1 !阿 瓜 尧 1 ( a g u a r o ) 西 班 牙堆石坝一 4 0 . 7 500 尼格 拉丁 n e g r a f in 西班牙堆石坝7 5 3 0-2 50 石 眨 峪中国1 1 9 7 9 干 砌 石 2 5 0 4 0 01 4 . 0 歪头 山 南 谷洞 车坝一 级 199 03 5 . 毛 198 17 8 5 中国 1 9 9 2 定 向爆破 堆石坝 堆石坝 堆石坝 石 碴 坝 6 6 6 碎石 碎石 垫层上 铺干砌 石 碎石垫层上铺1 0 - 厚 无砂混凝 土 第3 . 0 . 8 条沥青混凝土面板下面如排水不通畅，当库水位下降时，面板后的水位有 可能高于库水位而对面板产生反向水压力导致面板的鼓包破坏。我国陕西石贬峪水库沥青 混凝土面板就曾发生这种面板鼓包破坏的事故，据现场调查的结果，板后水位仅高于库水 位约3 . 7 m， 在坡脚附近的面板发生多个鼓包。因此， 沥青混凝土面板坝坝体应具有良好的 sl j 0 1 - 8 86 3 7 透水性，否则应在填筑体中设置排水管或排水暗沟，将渗水引至填筑体外。 第3 . 0 . 9 - 3 . 0 . 1 1 条 沥青混凝土面板的两种断面型式，各有其优缺点， 但从总的 发 展趋势看，目前多采用简式断面。复式断面在早期建成的工程中用得较多。复式断面的防 渗面层是主防渗层，其下又有排水层和防渗底层，所以通过排水层可以观测防渗面层的渗 水量和渗水部位，防渗底层又可起第二道防渗的作用，防渗安全度大;但这种断面形式结 构层次多，施工复杂，造价高，所以目前只在防渗要求高的重要工程、高坝或进行科研观 测的工程中才考虑采用。 沥青混凝土面板工程渗水观测资料表明，多数面板防渗性能良好，工作可靠，或仅有 微小渗漏，随着沥青混凝土面板施工工艺不断完善，简式断面逐步得到推广应用。由于简 式断面结构层次简化，工程量减小，施工速度加快，造价降低，故使用愈来愈多，据统计 一般多于中等高度坝的防渗。 我国已建成的 2 6 座面板工程仅红江水库、 坑口水库两座全部 采用复式断面，南谷洞水库大部分采用复式断面，还有三座面板工程由于科研需要而作了 复式断面试验段，其余均为简式断面。 在国外， 简式断面防渗 层已有采用单层铺设的工程实例。 我国1 9 8 1 年在坑口 水库进行 了单层铺设工艺的试验研究。观测资料表明，单层铺设的试验运用情况 良好，达到设计对 防渗层提出的要求，防渗效果与分层错缝铺设在同一量级水平上。采用单层铺设，减少了 施工程序，取消了层间结合涂层，加快了施工速度，并可避免涂刷不善引起的弊病，降低 了造价，今后可在温暖地区中小型沥青混凝土斜墙工程中进行试用，以便积累经验扩大应 用范围。 条文中所提出的材料用量及各层厚度都是根据国内外实际工程经验统计分析而得 出的。 第3 . 0 . 1 2 条由于沥青混凝土面板是黑色物质， 具有较强的吸热能力， 当夏季太阳直 射面板时，面板可能达到很高的温度。根据试验资料表明，沥青混凝土面板的温度约为气 温的 1 . 6 -1 . 8 倍。 这样高的温度对热稳定性较差的沥青混凝土 ( 含封闭层沥青胶)可能导 致流淌发生，轻则发生皱纹，重则大面积流淌。如南谷洞水库沥青混凝土面板曾发生严重 流 淌的 事故。从国内情况来看， 喷水或淋水降温措施行之有效， 而且设备简 单，故 在较多 工程上采用之。 降温用的浅色涂层，根据国外资料介绍多采用铝粉漆 ，降温效果亦较显著。目前国内 市场出售的调和漆、铝粉漆从正岔水库现场试验来看，刚涂上时降温效果尚好，但很短时 间就发生脆裂、剥落或变黄，影响降温效果。永久性浅色降温涂料，目前国内尚未完全解 决。但国外又广泛应用，故在条文中列人，供设计和进一步试验研究借鉴。 第 3 . 0 . 1 3 条沥青混凝士面板的总厚度包括整平胶结层、防渗层和排水层 ( 复式断 面) 。总厚度目前主要参考已建工程的经验确定。附录 ii 提供的面板总厚度的计算方法 ， 是 在特定荷载和简化的边界条件下推导得出，只能供复核时的参考。 第 3 . 0 . 1 4 条沥青混凝土面板的低温裂缝，在我国北方地区已建成的工程中常有发 生，有的工程，如北京半城子水库还相当严重，但也有的工程，如山西里册峪水库则几乎 不见有低温裂缝的出现。影响沥青混凝土面板产生低温裂缝的因素很多，如当地的最低气 温，降温的速度，低温的持续时间，沥青的品种，材料的配合比，施工质量等。根据一些 6 3 水 利 水 电 息普 通 建 筑 物 设 计 实际工程经验和某些试验研究表明，最低 月平均气温在一1 0 以下的地区，绝对最 低气温可能达一2 0 以下，这样的气温条 件，一般沥青混凝土已难以抵抗温度变形 ( 应力)而开裂。 因此条文中提出最低月平 均气温在一1 o 0c以下地区的沥青混凝土面 板应进行低温抗裂性的试验研究，为分析 计算提供 必要的特性参数。 低温应力计算 方法可近似地按弹性约束薄板计算。计算 方法如下: 图 3 . 0 . 1 4 计算简图如图3 . 0 . 1 4所示。 根据温度场计算成果， 平行坝轴线方向不同深度处的温度 应力 a . ( y )可按下式计算 o , ( y )一 口 e( y ) t( y ) 1 一 11 ( 3 . 0 . 1 4 ) 式中o ,( 刃 z方向、y深度处的温度应力 ( mp a ) ; a沥青混凝土的线膨胀系数 ( 1 / 0c ) ; p -沥青混凝土的泊松比; r 层间约束系数; 与温度有关的平均弹性模量 ( mp a ) , e , ( 刃一 合 “1 ( y ) +e , ( 夕 ) ; -t ( y )=t a ( y )-t , ( y ) ; y点的温度变化 ( ) ; 初始温度 ( ) ; 沥青混凝土面板可能达到的最低温度 ( ) 。 yyyy 云ttl 试验表明，低温抗裂性能好的沥青混凝土在一2 。 以下，仍具有粘弹性的性质，故较 精确的分析方法应按粘弹性材料计算。 根据苏联等国外工程经验和国内一些试验资料表明， 采用掺高分子聚合物 ( 橡胶等) 的 沥青混凝土， 有很高的低温抗裂性能， 在一3 0 - -5 0 的气温下， 面板可以不发生裂缝。 故 条文中推荐使用。 第3 . 0 - 1 5 条随着计算机的广泛应用和对土石料及沥青混凝土的本构关系的深人研 究，有可能利用有限元法对沥青混凝土面板和填筑体连同基础一起进行面板的应力、应变 计算。但这种计算工作量大，且需要通过大量试验取得有关计算参数，故条文中提出对重 要的 工程 ( i 、h 级)高坝才作这种计算。 沥青混凝土面板抗震性能良好，修建在一般地震区的中等高度沥青混凝土面板土石坝 可不作动力分析， 但修建在高烈度 ( 8 度以上)地震区的高沥青混凝土面板土石坝应尽量进 行动力分析。 第3 . 0 . 1 条沥青混凝土面板与基础、 岸坡和刚性建筑物的连接部位， 是整个面板防 渗系统中的薄弱环节，设计中应特别慎重对待。故本条及下面三条条文都述及这种连接部 位的设计问题。 sl j 0 1 - 8 8曰 这种连接部位的连接型式，设计时可根据水头大小、基础的地质条件、岸坡的地形特 点、 填筑体的密 实程度及变形大小和刚性建筑物在运用中的位移情况等因素综合考虑， 参 考已建工程的经验或附录四所示型式进行选择。连接部位的设计，主要是解决由于不均匀 沉陷和相对位移而导致沥青混凝土面板的开裂破坏间题。为了解决这个问题，根据已建工 程经验，主要可采取以下措施:减少齿墙、基础防渗墙、岸墩、刚性建筑物对面板边界的 约束，允许面板滑移而不破坏防渗性能;将集中的不均匀沉陷在一定范围内分散开，使沥 青混凝土防渗层的变形与其相适应而不开裂等。由于这种连接部位变形复杂，其构造和材 料性能也各不相同，所以对于重要工程的连接结构应通过结构模型试验进行论证。 第3 . 0 . 1 7 条在连接部位沥青混凝土防渗层上， 局部加设一层变形能力大， 抗拉强度 高的加强层可以提高面板适应变形的能力，使连接部位不致开裂，这在国外已有较多工程 使用，收到一定的效果。 第3 . 0 . 1 8 条根据已建沥青混凝土面板工程经验， 有些工程由于齿墙或岸坡混凝土墩 的尺寸不够或基础处理不善，导致齿墙、岸墩与基岩之间被拉裂; 基础渗 ( 绕)流过大，冲 刷填筑体，引起沥青混凝土面板塌陷，故在规定中对齿墙、岸墩尺寸和基础处理范围，应 根据水压大小和地质条件按重力墩抗滑稳定和防渗要求确定。 岸坡混凝土墩一般尺寸较小，不易满足抗滑稳定要求。在这种情况下，可采取设置锚 筋等措施，以提高抗滑稳定性。 第3 . 0 . 1 9条连接部位加设沥青砂浆 ( 或细粒沥青混凝土) 楔形体， 其作用是利用沥 青砂浆 ( 或细粒沥青混凝土)柔性好，适应变形能力大的特点，从而改善沥青混凝土面板 的工作条件，达到适应不均匀沉陷的目的。 面板与岸坡连接部位的局部起拱 ，可将岸墩做得低于坝面面板，局部用曲面连接，如 附图4 . 6 ， 这样， 当坝体发生沉陷时， 拱起部位随之下沉， 使面板沥青混凝土处于受压状态， 可以避免或减小连接部位的面板因变形发生拉应力而导致开裂。 第3 . 0 . 2 0 条由于沥青混凝土材料具有粘弹性质， 在温度较高和缓慢加荷条件下 ， 其 变形能力较大， 可以适应填筑体初次蓄水时产生的较大沉陷变形而不至于发生裂缝。 因此， 应控制蓄水水位上升速度不宜太快，并加强监测。 沥青混凝土面板坝运用中，对库水位下降速度也应予以控制，特别当填筑体或基础排 水不畅时，更应严格控制，以防由于库水位下降速度快，而使面板后水位高于库水位，形 成反向水压力， 导致面板鼓包破坏。 至于库水位下降速度的控制标准， 应根据面板结构， 绕 坝渗流和 地下水补给条件及填筑体的 排水能力等因素 综合考虑， 并参考已 建工程的 运用经 验，通过技术论证确定。 第四章碾压式沥青混凝土心墙的设计 第4 . 0 . 2条在已建成的沥青混凝土心墙填筑坝中， 心墙有垂直的、 倾斜的、在2 / 3 - 3 / 4坝高以上为倾斜， 以下为垂直的三种型式。 垂直型防渗面积最小， 施工较简单 ， 一般中 3 1 0 水 利 水 电 息普 通 建 筑 知 设 计 等高度的坝常用之。 如我国党河、 碧流河坝等， 前联邦德国丢恩 ( d h i i n n ) 坝、 小金齐 ( k l e i n e k i n z i g ) 坝等。 倾斜型心墙能很好地和坝体上部的变形矢量方向一致， 而 且使薄的心墙远离 最大的横向变形区， 增大下游一侧的填筑量， 使静水荷载的合力方向处于有利的向下方向。 因而有可能使下游坝坡较陡，从而节省坝体工程量。而且薄心墙的部分重量倚靠在下游坝 壳上，能较好地与相邻的过渡层联结密实以减少变形; 但防渗墙面积有所增加， 分层施工， 错开铺设， 并增加约 8 %一1 5 %的沥青混凝土工程量。 如奥地利芬斯特塔尔 ( f i u s t c r t a l )坝 其斜度为 1: 0 . 4 , 挪威的斯特拉迈 ( s t o r v a t n ) 坝坝高 l o o m, 斜度为1: 0 . 2 。 这种斜心墙 的斜度一般按不影响上游坝坡稳定和不过多增加沥青混凝土工程量进行控制。 上部倾斜、 下 部垂直型心墙的优缺点介于垂直型和倾斜型之间， 目前已建成的有香港的高岛东坝和西坝， 坝高分别为 1 0 5 m和 9 5 m，上部倾斜度为 1: 0 . 2 ，下部为垂直;西德的大丢恩 ( gr e a t d h u n n )坝坝高为 5 6 m，上部倾斜度为 1 : 。 . 2 5 ，下部为垂直。以上工程实例详见表4 . 0 . 2 , 衰 4 . 0 . 2 沥*混粗土斜心场坟筑坝工程实例 i 钊 坝名国家 建设年 份 ( 年 ) ( m ) 库 容 ( 力 m ) 心 姗坡 度 ( 上 游侧 ) ( 垂直 水平) j心 堵厚度 ( c m ) 沥 青混凝 土 使用i t ( t ) 备注 1 瓦勒 多盖 奥 ( v a l e d e g a i a ) 葡萄牙1 9 4 44 5 6 30 0 1:0 . 7 51 0 0 1 1 0 4 1 00 2 仅涅 ( he n n e ) 前联 邦 德 国 1 9 5 4533 9 0 01 :0. 51 0 0 块石 振人 沥青砂 浆 中 3 鲁 特高 尔腾西 ( r o t g u l d e n s e ) 奥地 利1 9 5 7 2 230 01 . 11 2 08 5 0 0 1 0 - 4 0 c m 块石 振 人 富 沥宵 混凝土中 4毕格 ( 玫 g g e ) 前联邦 笛 国 1 9 6 2551 40 001，0 . 5 88 5 2 1 0 0 0 4 0 - 块 石 振 人 密 实沥青 混凝 土中 5 阿盖 ( ag g e r ) 前联 邦 德 国 1 9 6 6 401 9 3 0 1.0 . 0 5 1 21 600 6 萨拉贡 ( s a l a g o n ) 法 国 1 9 6 691 7 0 0 01 - 1 . 4100 1 0 - 1 5 - 块石 振 人富 沥青 混凝土中 7 拉斯 第乌 勒 ( l a s t i o u l l e s ) 法 国 1 9 6 91 2 - 2 71 2 0 0 1 0.41 0 02 6 0 0 0 1 0 -2 5 c m 块石 振 人 富 渐育 混凝中 8 高 岛东坝 中国 香 伶 1 9 7 3 - 1 9 7 8 1 0 52 7 3 0 0 上部 1 ， 0 . 2 3 5 下部 1 : 0 6 0 - - 1 2 01 5 2 0 0 0粗粒 沥*棍 握土 9 高岛西 坝 中 国 香 港 1 9 7 3 - 1 9 7 89 52 7 3 0 0 上 部 1 : 0 . 2 3 5 下部 1 : 0 6 0 - 1 2 0 8 2 0 0 0 粗较沥 青混凝 土 10 芬斯 特塔尔 ( f i - t e r t a d 奥 地利 1 9 8 0 1 4 9 ( 坝壳 ) 9 6 ( 心 墙) 6 0 0 01 :0.45 0 , 6 0 , 7 0600 00粗粒 沥青混 凝土 1 1 库 库隆 ( c o u c o u r a n ) 法 国 1 9 8 03 21 - 0 . 3 7 03 0 2 4 0 1 5 一3 0 - 块 石 振 人沥 青混凝 土中 1 2 大 丢恩 ( g r e a t d h u n n ) 前 联邦 落 国 1 9 8 0 5 6 上部三分 之一 1 : 0 . 2 5 下部三分之二1 , 0 5 0 1 3 斯特拉 迈 ( st o r v a t n ) 娜威在建1 0 01 0 . 2 5 0 - 7 0 sl j 0 1 - 8 86 4 1 第 4 . 0 . 3 条由于斜心墙的坡度一般不缓于1: 0 . 4 ， 加以心墙厚度很薄， 故通常不会 影响坝体上游坡的稳定，心墙在整个坝体断面中所占比例不大，对坝的沉降影响较小，因 此， 坝坡的稳定，坝基及坝体的沉降等计算，仍可按 碾压式土石坝设计规范( s d j 2 1 8 - 8 4 )有关规定进行。 瑞汉男 魏胃,1 4 3 . 4 1 050100e ， 050107 s010 1 0so100 050100d 一 3 1一 日 日 一i ! - 一 一 口1、 卜，卜.， ，一， 口 万由 、，、反 3 2 、 ， 受 i . .，. .笼二 巴巨 气 卜、一 、碧 口 尸， 乌 妇 一1 一刃 、， 、 、 ，口 3 4 匕 一 洲. 二， 之片 二二l 二 二泛之、勺匆勺一 35 二，亡 l l一 一 一一l l一! ll (已日)喇理书 第 4 . 0 . 4 条邓 肯一 张 ( d u n c a n 实测时沉陷尚在发展中， 预计会超过 2 7 c m，两者比较接近。 美国握洛维尔坝 ( or o v ill e )坝高2 2 3 m, 系粘土混合料斜心 墙的砂卵石坝， 1 9 6 7 年完 工。 设计中曾采用此方法进行了大量计算、 研 究， 且埋设了大量观测仪器。 心墙沉陷观测成 果与计算成果对比见图 4 . 0 . 4 ，两者比较接 近。我国碧流河土石坝、高2 8 m的日本武利 坝以及高 1 4 9 m ( 心墙高 9 6 m)的奥地利芬斯 特塔尔坝均采用本法设计计算。 邓肯一 张的非线性应力应变计算模型， 计 算土石坝的应力应变时，需用三轴剪力仪确 152. 5 1 832 1 3 . 5 2 4 4 2 7 4 . 5 坡 筑高 程 ( m ) 图4 . 0 . 4 美国握洛维尔坝心墙沉陷观测成果 1 一 心墙 混凝土 墓座 ;2 一 心墙 , 3 一过渡层 ; 实线 为计算 值 : 一 虚线 为观侧值 ; 3 1 -3 5 为仪 器编 号 定砂石料的八个参数，而康纳 ( k o n d n e r ) 等提出土砂石的应力应变关系近似为双曲线， 即 a , 一 口 , = 仁 a a+b. ， 此式变换坐标后成直线关 系，即 a +b z , =e,a ,- 6 3 ， 直线在纵坐标上的截距 为 一 去 ， 斜 率 为 “ 一 六 詹 布 (j a n b u ， 由 试 验 提 出 的 初 始 切 线 模 量 与 侧 压 力 之 间 的 关 系 为 e 一 、 . p . ( 剖 ， 在 对 数 纸 上 可 凑 合 成 一 条 直 线 ， a. 4$ 于 周 围 大 气 压 (一 般 。 - 0 . 1 mp a ) 处直线的纵坐标上截距和斜率即为模量数k 和模量指标 二 。 邓肯等认为轴向应变 二 和 侧 向 应 变 e, i“ j 样 符 合 上 述 双 曲 线 关 系 ， 即 一 丽e ,i,i+ d “ e. ， 在 变 换 坐 标 后 成 直 线 关 系 e, 6 42水 4 水电息 普通建筑物设计 一 、 ， 得 ， 和 。 ; 再 在 半 对 数 纸 上 可 得 直 线 关 系 k 一 。 一 二 log 到 ， 当 尸 ，一 0 . 1m p a 时 的 纵坐标截距为 g，斜率为 f。此外，c、0 可由摩尔一库仑破坏圆求得。 国内有些专家对此提出不同看法，他们认为土石坝材料 ( 包括沥青混凝土)的应力应 变关系在变换坐标的轴上，均偏离线性而成折线关系。其实邓肯对紧密砂、松砂，康纳对 冰渍湖成粘土已提出上述看法， 而且认为砂砾石、 砾石、紧密砂向上折， 冰渍湖成粘土、松 砂向下折，他们认为在工程实用范围以内，仍可用应力应变双曲线关系转换坐标后凑成直 线，能满足精度要求。 沥青混凝土心墙厚度甚薄，在坝体内对坝的应力应变影响有限，本身材料的应力应变 在 1 0 以下也接近双曲线，在目前没有更好的计算理论时，这种计算方法所得成果可供设 计参考。 目前国内编制了这方面的电算程序，计算成果符合一般规律 ( 与国外类似工程计算成 果比较) ， 准则中规定重要工程 ( i、万 级)高坝应进行应力应变分析，也是完全能做 到的。 第4 . 0 . 5条采用非线性有限单元法分析坝体及基础的应力应变时，计算中有八个参 数，应进行三轴试验确定，目前国内一些土工科研试验单位均能进行。但沥青混凝土用一 般土工三轴仪进行长期荷载作用下的应变试验国内尚在研究中，目前可以采用慢剪试验成 果代替考虑长期荷载作用的影响。对于中等高度的坝，由于变形不大，计算数据则可以采 用类似工程的经验数据。 第4 . 0 . 条用非线性有限元法分析沥青混凝土心