康朴

(河北省水务中心，石家庄，050408)

0 引言

沥青混凝土防渗面板作为水库工程建设的重要组成部分，对水库工程的使用性能与寿命具有较大影响[1]。在水库运行过程中，受到各项自然因素与干扰因素的影响，其沥青混凝土防渗面板的稳定性会产生一定程度的变化，不利于水库运行的安全性[2]。通常情况下，沥青混凝土防渗面板的适应变形能力相对较强，面板的密度较高，几乎不存在漏水现象[3]。然而，水库工程的长期运行，其沥青混凝土防渗面板的荷载会发生相应的变化，根据水位上升与下降速率的不同，防渗面板的基础层会发生变形，导致面板整体结构的稳定性下降，产生裂缝，引发水库工程安全事故[4]。因此，科学合理的沥青混凝土防渗面板防裂技术对水库工程的建设与发展至关重要。当前，传统沥青混凝土防渗面板防裂技术的研究仍然不够完善，在提高防渗面板层底防裂应力方面存在不足[5]。基于此，本文以某地区X水库工程为例，提出了一种新的防渗面板防裂技术，提高了面板坝安全性能，为同类工程设计施工提供参考。

1 水库工程沥青混凝土防渗面板防裂技术设计

1.1 优化施工材料配合比

针对水库工程沥青混凝土防渗面板防裂技术设计，本文首先优化施工材料的配合比，提高沥青混凝土防渗面板的使用性能。水泥性能指标如表1所示，各类材料性能指标均能满足标准要求。

表1 水泥性能指标

粗骨料采用抗冲击能力较高的沥青混合料，细集料采用能够填充孔隙的矿粉，将二者结合形成沥青胶浆[6]。根据水泥砂浆配合比标准，获取硅酸盐水泥与中砂配制的强度，强度计算公式为：

fm,0=kf2

(1)

其中，fm,0表示水泥砂浆的配制强度；f2表示水泥砂浆在使用过程中的抗压强度等级值；k表示沥青混凝土防渗面板防裂施工水平系数。在此基础上，计算防裂技术施工过程中，每立方米水泥砂浆的用量，公式为：

Qc=1000(fm,0-β)/(a·fce)

(2)

其中，fce表示水泥砂浆的实际测量强度；a表示硅酸盐水泥的特征系数；β表示中砂的特征系数。接下来，计算防裂技术施工中，每立方米水泥砂浆掺和料用量情况，公式为：

QD=QA-QC

(3)

其中，QA表示沥青混凝土防渗面板防裂技术施工中，每立方米情况下，砂浆中水泥掺和料的总量。通过上述计算公式，确定防渗面板防裂技术施工中，水泥砂浆施工材料的配合比，在此基础上，不断调节施工材料单位体积内的装填密度值，进而达到控制施工材料强度性能的目标[7]。根据施工材料的配合比，测定施工材料使用过程中的抗压强度，为沥青混凝土防渗面板的防裂技术施工提供基础保障。

1.2 设置防渗面板防裂夹层

在上述施工材料配合比优化完毕后，根据防渗面板防裂技术的相关施工要求，设置防渗面板的防裂夹层，提高防渗面板的抗裂应力。将水库工程施工人员划分为两组，一组人员负责清理沥青混凝土防渗面板中的多余杂质；另一组人员需要通过喷砂设备清除防渗面板表面的浮浆[8]。两组施工人员的处理过程，如图1、图2所示。

图1 防渗面板清理

图2 水库工程喷砂打毛工序

图1、图2所示为两组施工人员的施工过程。接下来，利用粘层油喷洒设备，将粘层油均匀喷洒在防渗面板上。喷洒过程中，严格控制粘层油的喷洒量，设定每次喷洒的长度不超过100m，控制粘层油的厚度，避免出现厚度过大导致的层间滑移。在粘层油喷洒结束后，利用红外温度枪，实际测量粘层油与沥青混凝土面板之间的温度，如图3所示。

图3 粘层油喷洒温度实测

通过红外温度枪，分别测量沥青混凝土防渗面板喷洒粘层油后，各个部位的温度变化，并实时记录。在粘层油温度较高的位置，铺设聚酯玻纤布，降低粘层油温度的同时，作为防渗面板的防反层，在不同荷载的作用下，实时记录沥青混合料层与混凝土混合料层的结构变化。采用优质改性热沥青，在粘层油表面形成一层沥青膜，提高防渗面板的防渗性能。综合考虑水库工程沥青混凝土防渗面板运行的实际情况与具体的特征，本文采用型号为SMA-13的玻纤格栅作为防裂夹层，利用鼓风机、铁碾子与玻纤格栅铺设设备，将玻纤格栅布设在沥青混合料层中。在铺设玻纤格栅时，结合摊铺架的铺设作用，设置沥青混凝土防渗面板接缝两侧的宽度大于1m，将玻纤格栅进行裁剪，裁剪为20m一段的形式，将玻纤格栅铺设在沥青膜表面，铺设过程如图4所示。

图4 玻纤格栅铺设过程

图4所示为水库工程沥青混凝土防渗面板防裂技术施工中，玻纤格栅的铺设过程。铺设后利用铁碾子反复压实，将多余的玻纤格栅裁掉，提高玻纤格栅与沥青混凝土防渗面板的贴合程度，使防渗面板的防渗功能与防裂功能达到最佳。

1.3 测定防裂夹层粘结系数

基于上述沥青混凝土防渗面板防裂夹层设置结束后，结合防渗面板粘结性能的原理，测定防裂夹层粘结系数，判断沥青混凝土防渗面板上下界面的粘结性能与防渗防裂性能。根据玻纤格栅与聚酯玻纤布的铺设情况，获取防裂夹层与沥青混凝土之间的接触状况，在干燥状态下，计算防渗面板防裂夹层与沥青混凝土之间的粘结系数，公式为：

(4)

其中，k表示防渗面板防裂夹层与沥青混凝土之间的粘结系数；F表示防渗面板受到的竖向力；A表示防渗面板防裂夹层的剪切面积；S表示防渗面板的界面位移；40°表示防渗面板竖向位移的角度分量。通过计算，获取到防渗面板防裂夹层的粘结系数，根据粘结系数的实际结果，得出沥青层、混凝土层与防渗面板防裂夹层之间存在的关系，掌握防渗面板的实际使用性能，判断防渗面板裂缝的扩展状况与变化规律，全方位实现沥青混凝土防渗面板防裂与防渗的目标。

2 实验分析

2.1 实验准备

为了对本文上述的水库工程沥青混凝土防渗面板防裂技术的可行性作出进一步客观分析，进行了如下文所示的实验测试。本次实验选取某地区X水库工程作为研究对象，该水库工程控制流域面积约为236km2，库容可达2860亿m3，水库大坝由混凝土组成的斜墙土石坝，坝顶长为425m，高度为43.7m，坝坡的斜墙比为1∶2，在水库迎水面的前趾处设有深度为60m的沥青混凝土防渗面板。X水库工程的建设时间较长，经过多年的运行，沥青混凝土防渗面板的老化开裂程度较严重，在坝基处的防渗墙上，也存在局部裂缝现象，导致水库大坝的渗漏情况严重。X水库工程坝基裂缝，如图5所示。

图5 X水库工程坝基裂缝示意

将本文设计的沥青混凝土防渗面板防裂技术应用到X水库工程中。首先在原始大坝防渗墙前方增设10m的深悬挂式防渗墙，浇筑厚度为30.5cm的混凝土面板，控制各个防渗面板之间的分缝间距不超过11.5m，在防渗面板与坝基趾板之间布设间距为1米的周边缝，生成全新的水库工程防渗体系。按照水库工程沥青混凝土路面施工规范，设计防渗面板混合料的配合比。本次实验选用石灰岩作为防渗面板的集料，石灰岩研磨后的矿粉作为填料，结合SMA-13级配标准，设计矿质混合料的级配。采用有限元分析方法，根据水库工程沥青混凝土坝基结构，建立坝基结构防裂模型，设置坝基沥青混凝土结构材料参数，如表1所示。

表1 坝基沥青混凝土结构材料参数

表1所示为本次实验中，水库工程坝基沥青混凝土结构材料参数，在此基础上，使沥青混凝土防渗面板的强度得到显著提高。控制防渗面板接缝处传力杆的传荷能力，不断调节接缝两侧的防渗面板弯沉差，实现防渗面板防裂的目标。

2.2 结果分析

利用有限元分析方法，获取本文设计的水库工程沥青混凝土防渗面板防裂的效果，采用对比实验的方式，将本文提出的防渗面板防裂技术与传统的防裂技术进行对比，对比两种防裂技术应用后，水库工程沥青混凝土层底的防裂应力变化情况，对比结果如图6所示。

图6 两种防裂技术沥青混凝土层底防裂应力对比

根据图6的对比结果可知，在两种沥青混凝土防渗面板防裂技术中，本文提出的防裂技术，其沥青混凝土层底防裂应力随着沥青层模量的增加逐渐呈现上升趋势；且上升速度较传统防裂技术相比更加具有优势；传统防渗面板防裂技术沥青混凝土层底防裂应力上升速度较缓慢，且在沥青层模量为2000MPa时防裂应力小幅度下降，由此可见，本文设计的防渗面板防裂技术的可行性更高。

3 结语

综上所述，为了改善传统水库工程沥青混凝土防渗面板防裂技术中存在的问题与不足，本文在传统防裂技术的基础上，作出了改进设计，提出了一种新的防渗面板防渗技术。通过本文的研究设计，有效提高了水库工程沥青混凝土层底的防裂应力，降低了水库坝基结构产生裂缝的概率，为我国水库工程建设的安全性与稳定性提高了重要保障。