沥青混凝土结构的设计优化

上水库沥青混凝土面板为简式结构，由封闭层、防渗层、整平胶结层组成，下卧层为碎石排水垫层。

1.防渗层面板厚度计算

（1）防渗层面板厚度参照《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T 5411—2009）附录B中公式（B.1）防渗层厚度计算经验公式计算，即

式中　h——防渗层厚度，cm；

　　　c——与骨料质量和形状有关的常数，一般取6～7cm；

　　　H——防渗层承受的最大水头，m。

上水库沥青混凝土防渗层面板承受最大水头为47.10m，按式（6.3-1）计算得面板最小值为7.88～8.88cm。

（2）防渗层面板厚度参照《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T 5411—2009）附录B中式（B.2），按照水库日渗漏量确定。

上水库采用的沥青混凝土、常规混凝土、黏土联合防渗的全库盆防渗型式，防渗层取10cm，全库盆渗漏量占总库容的0.18%，满足附录B.1.2水库允许渗漏量控制推荐值。

上水库沥青混凝土防渗层面板厚取10cm。

2.面板总厚度计算

面板厚度参照《土石坝沥青混凝土面板及心墙设计规范》（DL/T 5411—2009）附录G推荐的公式——整体弹性地基梁法、局部塌坑弹性圆板法和经验公式计算，各计算公式如下：

式中　Ts——面板总厚度，cm；

　　　P——水压力，N/cm2；

　　　kd——基础垫层系数，堆石取kd=250N/cm3；

　　　U——沥青混凝土单位体积变能，可近似按计算，U的变化范围一般在2.0～1.2N/cm3；

　　　σ——沥青混凝土极限弯曲强度，N/cm3；(www.xing528.com)

　　　ε——沥青混凝土极限弯曲应变；

　　　Fs——安全系数，取1.3。

式中　Ts——面板总厚度，cm；

　　　P——水压力，N/cm2；

　　　σb——沥青混凝土极限弯曲强度（N/cm3），取最高水温时的沥青混凝土极限弯曲强度，无试验资料时取σb=200～250 N/cm3；

　　　α——塌坑形状系数，一般取α=1.0；

　　　Fs——安全系数，取1.3。

式中　Ts——防渗面板总厚度，cm；

　　　C——常数，一般取C=7；

　　　P——水压力，N/cm2。

上水库最大水头40.57m，水库最高水温约10℃，无此区间试验资料，2℃时沥青防渗层设计弯曲应变不小于2.0%，弯曲强度不小于225 N/cm3，计算成果见表6.3-20。

表6.3-20　沥青混凝土面板总厚度计算

几种计算结果所得面板厚度差异较大，弹性圆板法计算厚度达到33.12cm。目前沥青混凝土面板总厚度主要参考已建工程经验确定，《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T 5411—2009）附录二提供的弹性地基梁法和弹性圆板法均是在特定荷载和简化边界条件下推导得出，仅作为复核时参考，从国内、外已建和在建水头相近的沥青混凝土面板坝面板厚度看：①已建天荒坪抽水蓄能电站上水库，最大坝高72.00m，工作水深42.20m，沥青混凝土面板采用简式断面，总厚度20.2cm，其中防渗层层厚10cm，整平胶结层厚10cm，封闭层0.2cm；②已建山西省里册峪，坝高57.0m，面板采用简式断面，面板总厚度20cm，防渗层和整平胶结层各厚10cm；③在建西龙池抽水蓄能电站上、下水库均采用沥青混凝土面板防渗，其中上水库最大工作水深25.50m，下水库最大工作水深40.0m，上、下库均采用简式沥青混凝土面板，面板总厚度20.2cm，做法同天荒坪；④日本沥青混凝土坝简式防渗面板厚度也多采用20.2cm。

宝泉上水库沥青混凝土面板厚度采用20.2cm，其中防渗层层厚10cm，大于目前按工程经验推荐公式计算的防渗层厚度8.62cm，整平胶结层厚10cm，封闭层0.2cm。根据库区渗漏计算成果可知，采用10cm厚防渗层库区计算渗漏量为1288m3/d，小于设计渗控1565m3/d，因此可以认为面板采用上述结构合理可行。

为进一步提高面板对基础不均匀沉降的适应，在主坝反弧段底部、主坝与库岸连接段等应力应变集中区设置高分子加强网格，同时增设5cm厚沥青混凝土防渗加厚层。