中华人民共和国水利行业标准
SL/T501—2025替代 SL 501—2010
土石坝沥青混凝土面板
和心墙设计规范
Design codeforasphaltconcretefacings
and coresofembankmentdams
2025- 12- 22发布 2026- 03- 22实施
中华人民共和国水利部 发布
中华人民共和国水利部
关于批准发布 《水利建设项目经济评价规范》
等 11项水利行业标准的公告
2025年第 35号
中华人民共和国水利部批准发布 《水利建设项目经济评价规范》 (SL/T 72—2025) 等 11项水利行业标准 , 现予以公告 。
水利部
2025年 12月 22 日
前 言
根据 水 利 技 术 标 准 制 (修) 订 计 划 安 排 , 按 照 SL/T 1— 2024《水利技术标 准 编 写 规 程》 的 要 求 , 对 SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》 进行修订 。
本标准共 9章和 3个附录 , 主要技术内容有 :
— 沥青混凝土原材料 ;
— 沥青混凝土技术要求及配合比 ;
— 碾压式沥青混凝土面板设计 ;
— 碾压式沥青混凝土心墙设计 ;
— 浇筑式沥青混凝土心墙设计 ;
— 计算与分析 ;
— 安全监测设计 ;
— 条文说明的编写 。
本次修订的主要内容有 :
— 增加了 “计算与分析 ” 章 ;
— 增加了 沥 青 混 凝 土 心 墙 坝 基 或 基 座 设 置 廊 道 的 技 术要求 ;
— 增加了安全监测仪器埋设的原则 ;
— 修订了沥青混凝土原材料的技术要求 ;
— 修订了沥青混凝土心墙岸坡基座坡比的技术要求 ;
— 修订了安全监测设计执行的标准 ;
— 完善了非碱性填料的使用要求 ;
— 完善了沥青混凝土面板垫层的技术要求 ;
— 完善了寒冷地区和严寒地区面板防渗层的沥青混凝土低温抗裂要求 ;
— 完善了浇筑式沥青混凝土流变速度的技术要求 。
请注意本标准的某些内容可能涉及专利 。本标准的发布机构
不承担识别专利的责任 。
本标准所替代标准的历次版本为 :
SLJ 01—88
SL 501—2010
本标准批准部门 : 中华人民共和国水利部
本标准主持机构 : 水利部水利水电规划设计总院
本标准解释单位 : 水利部水利水电规划设计总院
本标准主编单位 : 陕西省水利电力勘测设计研究院 ( 集团)有限公司
本标准参编单位 : 水利部水利水电规划设计总院
西安理工大学
中水东北勘测设计研究有限责任公司
中国水利水电科学研究院
长江设计集团有限公司
新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司本标准出版 、发行单位 : 中国水利水电出版社
本标准主要起草人 : 魏克武 庞 辉 赵 玮 王为标刘清利 夏世法 杨西林 熊泽斌彭卫军 韩小妹 冯 姗 马智法邓 刚 万云辉 马洪玉
本标准审查会议技术负责人 : 刘志明
本标准体例格式审查人 : 陈 昊
本标准在执行过程中 , 请各单位注意总结经验 , 积累资料 ,随时将有关意见和建议反馈给水利部国际合作与科技司 (通信地址 : 北京市 西 城 区 白 广 路二 条 2 号 ; 邮 政 编 码 : 100053; 电 话 : 010 63204533; 电 子 邮 箱: bzh@mwr.gov.cn; 网 址: http: // gjkj.mwr.gov.cn/jsjd1/bzcx/)。
1 总 则
1.0.1 为规范水利水电工程土石坝沥青混凝土面板和心墙防渗结构设计 , 满足工程安全 、经济合理 、环境友好的要求 , 制定本标准 。
1.0.2 本标准适用 1 级 、2 级 、3 级和 3 级以下坝高大于 30 m的土石坝沥青混凝土面板和心墙设计 。
1.0.3 土石坝沥青混凝土按施工方式和防渗体形式可选择碾压式沥青混凝土面板 、碾压式沥青混凝土心墙 、浇筑式沥青混凝土心墙 。
1.0.4 沥青混凝土防渗面板和心墙的各项性能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应根据防渗体的结构性能要求 , 在项目前期论证阶段可通过工程类比选定 , 在初步设计阶段和建设实施阶段应通过试验确定 。对有特殊性能要求的沥青混凝土 , 应进行专门的试验研究 。
1.0.5 本标准主要引用下列标准 :
GB 51247 水工建筑物抗震设计标准SL/T 191 水工混凝土结构设计规范SL 274 碾压式土石坝设计规范
SL/T 551 土石坝安全监测技术规范
SL 654 水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范
SL 725 水利水电工程安全监测设计规范
SL 744 水工建筑物荷载设计规范
DL/T 5362 水工沥青混凝土试验规程
JTG F40 公路沥青路面施工技术规范
JTJE20 公路工程沥青及沥青混合料试验规程
1.0.6 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计除应符合本标准规定外 , 还应符合国家现行有关标准的规定 。
2 术 语
下列术语及其定义适用于本标准 。
2.0.1 沥青 bitumen; asphalt
由原油炼制各 种 燃 料 油 及 润 滑 油 后 加 工 得 到 的 一 种 石 油 产品 。水工沥青混凝土防渗体所用的沥青是石油沥青 。
2.0.2 改性沥青 modified bitumen
采用专门工艺 , 将高分子材料掺入沥青后使其性能得到改善的沥青 。
2.0.3 沥青涂料 bitumen coating
用于层面或接缝面 、使连接面粘结良好的沥青材料 , 包括乳化沥青 、稀释沥青和热沥青 。
2.0.4 乳化沥青 emulsified bitumen
沥青热熔后经机械作用 , 以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液 中 , 形 成 水 包 油 的 沥 青 乳 液 。 因 乳 化 剂 电 离 子 的 不同 , 有阳离子型 、 阴离子型和非离子型乳化沥青 。
2.0.5 稀释沥青 dilute bitumen
将石油沥青溶于石油溶剂中制得的沥青液体 。 常用的石油溶剂有煤油 、汽油 、柴油等 。
2.0.6 粗骨料 coarse aggregate
粒径大于 2.36 mm (方孔筛) 的石料 。
2.0.7 细骨料 fine aggregate
粒径 2.36 mm~0.075 mm (方孔筛) 的石料 。
2.0.8 填料 filler
在沥青混合料中起充填作用的主要粒径小于 0.075 mm 的矿物质粉末 , 也称矿粉 。通常由石灰岩等碱性石料加工磨细得到 ,水泥 、消石灰等材料有时也可作为填料使用 。
2.0.9 矿料 mineral materials
粗骨料 、细骨料和填料的总称 。
2.0.10 掺料 additional material
掺加在沥青或矿料中的物料 , 主要作用是改善沥青混凝土的性能 。如抗剥离剂 、玻璃纤维 、丙烯酸纤维或纤维素等 。
2.0.11 沥青混合料 bituminous mixture
经过加 热 的 矿 料 和 沥 青 , 按 适 当 的 配 合 比 所 拌 和 成 的 混合物 。
2.0.12 沥青混凝土 asphaltconcrete经压实或浇筑密实后的沥青混合料 。
2.0.13 密级配沥青混凝土 dense-graded asphaltconcrete
用粒径较小的粗骨料和含量较多的细骨料 、填料和沥青制备成渗透系数很小的沥青混凝土 。
2.0.14 开级配沥青混凝土 open-graded asphaltconcrete
用粒径较大 、含量较多的粗骨料 、少量填料和沥青制备成渗透系数较大的沥青混凝土 。
2.0.15 细粒沥青混凝土 fine aggregate asphaltconcrete
细骨料含量较多的沥青混凝土 , 用于沥青混凝土面板与岸坡刚性建筑物接头处的楔形体 , 使其具有斜坡稳定性和柔性 。
2.0.16 水稳定系数 immersion coefficient评定沥青混凝土抗水剥离性能的指标 。
2.0.17 斜坡流淌值 slope flow
沥青混凝土标准试件在规定的斜坡坡度 、温度和历时条件下的流淌变形值 。
2.0.18 冻断温度 frostcracking temperature
沥青混凝土标准试件在保持试件长度不变的约束条件下 , 以恒定速度降温至试件断裂时的环境温度 。
2.0.19 热稳定系数 coefficientof thermal stability
评定面 板 整 平 胶 结 层 和 排 水 层 沥 青 混 凝 土 斜 坡 稳 定 性 的指标 。
2.0.20 沥青玛脂 asphaltmastic
由填料和热沥青按适当比例拌和而成的混合物 , 主要用于封闭防渗层表面孔隙 , 延缓防渗层老化 。也称沥青胶 。
2.0.21 砂质沥青玛脂 sandy asphaltmastic
在沥青玛脂中掺入少量细骨料的混合物 , 主要用于心墙沥青混凝土和基座的粘结 。
2.0.22 沥青砂浆 asphaltmortar
由细骨料 、填料和沥青配制而成的沥青混合料 , 主要用于沥青混凝土防渗 结 构 与 刚 性 建 筑 物 接 头 部 位 的 楔 形 体 , 使 其 具 有柔性 。
2.0.23 沥青含量 bitumen content
沥青质 量 与 沥 青 混 合 料 总 质 量 的 比 值 , 以 百 分 数 ( %)表示 。
2.0.24 油石比 bitumen-aggregate ratio
沥青质量与矿料总质量的比值 , 以百分数 ( %) 表示 。
2.0.25 整平胶结层 leveling and bonding layer
介于垫层和沥青混凝土防渗层之间的沥青混凝土结构层 , 起整平和胶结作用 。
2.0.26 防渗层 impervious layer
位于整平胶结层或排水层上 , 用于防渗的密级配沥青混凝土结构层 。
2.0.27 排水层 drainage layer
铺筑在两个防渗层之间 、用于将渗漏水排出的开级配沥青混凝土结构层 。
2.0.28 封闭层 seal coat
涂刷或喷涂在防渗层表面 , 用于封闭表面空隙和延缓防渗层老化的薄层 , 通常为有一定厚度的沥青玛脂涂层 。
3 沥青混凝土原材料
3.0.1 水工沥青混凝土所用石油沥青的品种和标号应根据工程类别 、结构性能要求 、 当地气温 、运用条件和施工要求等进行选择 。水工沥青混凝土使用的石油沥青 、改性沥青及乳化沥青的技术要求应满足附录 A 的规定 。
碾压式沥青混凝土可选用道路石油沥青 。对沥青混凝土性能有特殊要求时 , 可专门提出沥青性能指标要求 。
浇筑式沥青混 凝 土 宜 选 用 针 入 度 较 小 、温 度 敏 感 性 较 低 的沥青 。
3.0.2 粗骨料宜 采 用 碱 性 碎 石 ; 当 采 用 未 经 破 碎 的 卵 石 料 时 ,其用量不宜超过粗骨料用量的 50% , 并应经试验研究论证 。
当采用非碱性 骨 料 时 , 应 采 取 增 强 骨 料 与 沥 青 黏 附 性 的 措施 , 并经试验研究论证 。
粗骨料技术要求应满足表 3.0.2 的规定 。
表 3.0.2 粗骨料技术要求
3.0.3 细骨料可选用人工砂 、天然砂等 ; 加工碎石筛余的石屑也可利用 , 但其级配应符合要求 。
细骨料技术要求应满足表 3.0.3 的规定 。
表 3.0.3 细骨料的技术要求
3.0.4 填料宜采用石灰岩粉 、 白云岩粉等碱性岩粉 , 也可采用普通硅酸盐水泥 , 但应经试验研究论证 。 当骨料采用非碱性骨料时 , 应严格控制骨料中残留的非碱性填料的含量 , 其含量宜不超过填料总量的 50% 。
填料应不结团块 、不含有机质及泥土 , 其技术要求应满足表3.0.4 的规定 。
表 3.0.4 填料的技术要求
3.0.5 可在沥青混凝土中掺入合适的掺料 , 改善沥青混凝土的物理力学性能 , 并符合下列要求 :
1 掺料品种及用量应通过试验确定 。
2 在沥青中掺加抗剥离剂或在矿料中掺用消石灰 、普通硅酸盐水泥或其他高分子材料 , 改善沥青与酸性骨料的黏附性 。
3 在沥青中掺加 SBS (苯乙烯 丁二烯 苯乙烯嵌段共聚物)材料 , 改善沥 青 混 凝 土 低 温 抗 裂 性 和 热 稳 定 性 ; 掺 加 SBR [苯乙烯 丁二烯橡胶 (丁苯橡胶) ] 材料 , 改善沥青混凝土低温抗
裂性能 ; 掺加 EVA (乙 烯 醋 酸 乙 烯 共 聚 物) 和 PE (聚 乙 烯)材料 , 改善沥青混凝土热稳定性 。
3.0.6 用作沥青涂料的乳化沥青宜采用阳离子乳化沥青 。
4 沥青混凝土技术要求及配合比
4.0.1 碾压式 沥 青 混 凝 土 面 板 防 渗 层 主 要 技 术 指 标 应 符 合 表
4.0.1 的规定 。
表 4.0.1 碾压式沥青混凝土面板防渗层主要技术指标
4.0.2 碾压式 沥 青 混 凝 土 面 板 排 水 层 主 要 技 术 指 标 应 满 足 表
4.0.2 的规定 。
表 4.0.2 碾压式沥青混凝土面板排水层主要技术指标
4.0.3 碾压式沥青混凝土面板整平胶结层主要技术指标应满足表 4.0.3 的规定 。
表 4.0.3 碾压式沥青混凝土面板整平胶结层主要技术指标
4.0.4 碾压式沥青混凝土面板封闭层使用的沥青玛脂 、改性沥青玛脂或其他防水材料 , 应与防渗层面粘结牢固 , 高温不流淌 , 低温不脆裂 , 并易于涂刷或喷涂 。
4.0.5 碾压式沥青混凝土心墙技术指标应符合表 4.0.5 的规定 。
表 4.0.5 碾压式沥青混凝土心墙技术指标
4.0.6 浇筑式沥青混凝土心墙主要技术指标应符合表 4.0.6 的规定 , 抗 流 变 性 能 好 , 浇 筑 时 应 有 足 够 的 施 工 流 动 性 和 抗 分层性 。
表 4.0.6 浇筑式沥青混凝土心墙主要技术指标
4.0.7 沥青混凝土配合比应通过室内试验和现场摊铺试验进行选择 。所选配合 比 的 各 项 技 术 指 标 应 满 足 沥 青 混 凝 土 的 设 计 要求 , 并应有良好的施工性能 。
沥青混凝土室内试验的温度 、加荷速度等试验条件 , 应根据工程的特点 、环境温度和运用条件等确定 。
4.0.8 沥青混凝土配合比选择应按附录 B 执行 。 沥青混凝土及原材料的试验应按 DL/T 5362执行 。
5 碾压式沥青混凝土面板设计
5.1 一 般 规 定
5.1.1 碾压式 沥 青 混 凝 土 面 板 应 满 足 防 渗 、变 形 、 高 温 稳 定 、低温抗裂和耐久性等性能要求 。
5.1.2 沥青混凝土面板坡比 , 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 安 全 考虑 , 不宜陡于 1 ∶ 1.7。
5.1.3 对于坝高大于 100 m 或有特殊要求的碾压式沥青混凝土面板坝设计 , 应进行专门研究 。
5.2 结 构 设 计
5.2.1 沥青混凝土面板平 (斜) 面布置宜平滑顺直 。 在沥青混凝土面板转弯段 、面板与库底连接处 , 应设置弧面过渡区与平面相切连接 , 其弧 面 过 渡 区 的 曲 率 半 径 应 满 足 面 板 应 力 应 变 的 要求 , 并方便机械施工 。
5.2.2 沥青混凝土面板与填筑体或基础之间应设置垫层 。碾压后的垫层料表面应平顺 , 垫层应具有渗透稳定性 、低压缩性 、高抗剪强度 。
垫层料宜采用级配碎石或砂卵石 , 垫层类型和厚度 (垂直坡面) 应根据填筑体和基础变形大小 , 以及垫层的排水 、 防冻胀 、粒径过渡 、料源和施工方法等要求选定 。垫层厚度宜为 50 cm~ 100 cm。
5.2.3 碎石和砂卵石垫层料应质地坚硬 、级配良好 , 最大粒径不宜大于 80 mm , 小于 5 mm 粒径含量宜为 25% ~ 40% , 小于0.075 mm 粒 径 含 量 不 宜 大 于 5% 。 垫 层 变 形 模 量 宜 大 于40 MPa, 渗透系数宜大于 1× 10- 3 cm/s, 且孔隙率不应小于整平胶结层的孔隙率 。
5.2.4 垫层料的土质基础表面宜喷洒除草剂 。 沥青混凝土面板铺筑前 , 应在垫层表面喷洒乳化沥青 , 其用量宜为 1.0 kg/m2 ~ 2.0 kg/m2 。
5.2.5 沥青混凝土 面 板 的 断 面 宜 采 用 图 5.2.5 (a) 简 式 结 构 ,对防渗有特殊要求的工程可选用图 5.2.5 (b) 复式结构 。
标引序号说明 :
1— 封闭层 ; 2— 防渗 (面) 层 ; 3— 排水层 ;
4— 防渗底层 ; 5— 整平胶结层 ; 6— 垫层 。
图 5.2.5 沥青混凝土面板断面结构形式
5.2.6 沥青混凝土面板厚度应根据荷载 、填筑体特征 、施工技术水平 、运行条件等确定 , 并宜符合下列规定 :
1 沥青混凝土面板封闭层厚度宜为 2 mm。
2 防渗层厚度宜为 6 cm~ 10 cm。
3 整平胶结层厚度宜为 5 cm~ 10 cm。
4 复式结构排水层厚度可为 6 cm~ 10 cm , 防渗底层厚度宜为 5 cm~ 8 cm。
5 防渗层 、整平胶结层及排水层宜按单层施工设计 。
6 防渗层和排水层厚度宜按附录 C 的要求进行复核 。
5.2.7 复式结构中的排水层在坝面和库底宜用防渗沥青混凝土设置隔水带 , 将排水 层 分 区 。 隔 水 带 宽 可 为 1 m 或 摊 铺 机 最 小摊铺宽度 。
5.2.8 炎热地区的沥青混凝土面板可设置防止沥青混凝土高温流淌的降温设施 。
5.2.9 寒冷地区和严寒地区面板防渗层的沥青混凝土应提出低温抗裂要求 , 严寒地区宜进行低温抗裂试验和计算分析与研究 。当常规沥青混凝土不能满足低温抗裂要求时 , 宜采用改性沥青混凝土 。
5.3 面板与坝基、岸坡及其他建筑物的连接
5.3.1 沥青混凝土面板与坝基 、岸坡和其他建筑物的连接结构应满足变形适应性和防渗安全性的要求 。
5.3.2 沥青混凝土面板拉应变 、弯曲应变和不均匀沉降比较大的部位 , 应采取提高防渗面板适应变形能力的措施 。加厚层应设置在防渗层下部 。
5.3.3 改善沥青混凝土结构抗裂性能的材料可采用玻纤网格或聚酯网格等 。
5.3.4 沥青混凝土面板连接部位的混凝土齿墙或岸墩的尺寸和地基处理应满足抗滑稳定和地基防渗的要求 。
6 碾压式沥青混凝土心墙设计
6.1 一 般 规 定
6.1.1 碾压式沥青混凝土心墙应满足防渗 、变形 、耐久性等性能要求 。
6.1.2 对坝高超过 150 m 或有特殊要求的碾压式沥青混凝土心墙坝设计 , 应进行专门研究 。
6.2 轴线选择与结构设计
6.2.1 沥青混凝土心墙轴线位置应根据地形 、地质条件综合确定 , 宜布置在坝轴线上游侧 。
6.2.2 沥青混凝土心墙轴线在平面上 , 宜采用直线布置 。 心墙在竖向宜采用竖直布置形式 , 也可根据地形 、地质等条件以及坝体应力应变情况 , 选择倾斜或下部竖直 、上部倾斜等布置形式 。
6.2.3 沥青混凝土心墙轴线宜避开断层发育 、强烈风化 、夹泥 、软黏土等不利地质条件 。
6.2.4 沥青混凝土心墙的厚度可根据坝高 、建筑物级别 、抗震要求和施工条件等选定 。心墙厚度可采用等厚式 、渐变式或阶梯式 , 低坝心墙宜采用等厚式 。心墙底部最大厚度 (不含扩大段)宜为坝高的 1/110~ 1/70。心墙顶部的最小厚度不宜小于 40 cm。
采用阶梯式变化时 , 阶梯间心墙宽度变化不 宜 大 于 20 cm ,且宽度变化处宜采用斜坡渐变连接 。
6.2.5 沥青混凝土心墙坝的坝顶设计高程确定应执行 SL 274的有关规定 。心墙顶部应设保护层 。保护层厚度应根据坝顶结构型式 、荷载 、材料 、 防冻胀要求等综合选定 。
6.2.6 心墙两侧应设过渡层 , 压实后的过渡层应具有变形协调性 、渗透稳定性 。过渡层的水平宽度宜为 1.5 m~ 3.0 m , 强地震区和岸坡有明显变化的部位宜适当加厚 。过渡层料还应符合下
列规定 :
1 质地坚硬 , 具有较强的抗水性和抗风化能力 , 可采用经筛选加工的砂砾石 、人工砂石料或其掺配料 。
2 应具有连续的级配 。单层或第一层过渡料最大粒径不宜大于 80 mm, 小于 5 mm 粒径含量宜为 25%~40% , 小于 0.075 mm粒径含量不宜大于 5%。
6.3 心墙与河床、岸坡基础及其他建筑物的连接
6.3.1 心墙与河床 、岸坡基础及混凝土防渗墙的连接应设置水泥混凝土基座 。基 座 的 设 置 应 满 足 渗 流 控 制 和 方 便 心 墙 施 工 要求 。心墙与岸坡 、基 础 等 刚 性 建 筑 物 连 接 部 位 之 间 应 做 好 止 水设计 。
6.3.2 基座沿防渗轴线方向应平顺布置 , 避免采用台阶状 、反坡 , 当岸坡上缓下陡时 , 变坡角宜小于 20°; 心墙与岸坡基座及其他建筑物连接部位的坡度不宜陡于 1 ∶ 0.3。
6.3.3 岩石地基上的基座宽度应按容许水力梯度确定 , 并综合考虑满足灌浆施工 、心墙底部结构尺寸 、监测等要求 。坝基防渗墙顶的基座结构尺寸应根据坝体心墙底部尺寸和施工要求确定 。
6.3.4 坝基或坝体心墙基座可设置廊道 , 可采用分离式廊道或整体式廊道 。廊 道 宜 为 圆 拱 直 墙 断 面 , 廊 道 结 构 应 进 行 专 项 设计 。混凝土基座或廊道的分缝应满足 SL/T 191的相关要求 。
6.3.5 与河床 、岸坡基座及刚性建筑物连接处的沥青混凝土心墙 , 应采用扩大段的连接方式 , 扩大段宜采用线性渐变式 , 并应符合下列要求 :
1 扩大段的最大厚度 、河床部位渐变高度 、岸坡部位渐变水平长度可为心墙宽度的 2倍 ~ 3倍 , 岸坡坡度较陡时宜适当增加渐变水平长度 。
2 与基座 、廊道及其他建筑物连接处可为平面或弧形 , 混凝土表面应冲毛或刷毛 , 喷涂 0.15 kg/m2 ~ 0.2 kg/m2 阳 离 子
乳化沥青或稀释沥青 , 待充分干燥后 , 再涂一层厚度为 1 cm~ 2 cm 的砂质沥青玛脂 。
3 岸坡较陡时 , 心墙扩大段及其以外一定范围内 , 宜适当增加心墙的沥青含量 , 提高其适应变形的能力 。
7 浇筑式沥青混凝土心墙设计
7.1 一 般 规 定
7.1.1 浇筑式沥青混凝土心墙适用于寒冷和严寒地区并需冬季施工的中低高度土石坝 。
7.1.2 浇筑式沥青混凝土配合比设计应考虑心墙的流变速度和流变侧压力 , 工程蓄水后第一年的心墙顶部垂直流变值宜控制在10 mm 以内 。 同时拌和物在浇筑过程中应 具 有 一 定 流 动 性 和 抗分层性 , 以保证心墙沥青混凝土密实和骨料垂直方向分布均匀 ,可采取振捣工艺措施增加混凝土密实性 。
7.1.3 浇筑式沥青混凝土心墙整体结构形式应具有良好的抗流变性 , 并应满足防渗 、变形 、耐久性等性能要求 。
7.2 结 构 设 计
7.2.1 沥青混凝土心墙应采用竖直式布置 , 心墙轴线宜选在坝轴线上游侧 。设有防浪墙时 , 心墙应与防浪墙连接 。
7.2.2 沥青混凝土心墙的厚度可根据坝高 、建筑物级别 、沥青混凝土的流 变 特 性 、施 工 要 求 、 当 地 气 温 和 抗 震 要 求 等 条 件 选定 。心墙净 厚 度 宜 为 坝 高 的 1/100, 顶 部 最 小 净 厚 度 不 宜 小 于20 cm。
7.2.3 沥青混凝土心墙宜采用可拆卸组装的钢模板施工 。低坝也可采用主 、副墙复式结构 。
7.2.4 心墙顶部设计高程和保护层厚度应符合 6.2.5 条的规定 。
7.2.5 心墙分期浇筑段斜面宜根据工程特点设止水铜片或设置扩大接头 。
7.2.6 心墙两侧应设过渡层 , 压实后的过渡层应具有变形协调 、渗透稳定性 。过渡层的水平宽度宜为 1.5 m~ 3.0 m。 强地震区和岸坡有明显 变 化 的 部 位 宜 适 当 加 厚 。 过 渡 层 料 还 应 符 合 下 列
要求 :
1 质地坚硬 , 具有较强的抗水性和抗风化能力 , 可采用经筛选加工的砂砾石 、人工砂石料或其掺配料 。
2 具 有 连 续 的 级 配 , 最 大 粒 径 不 宜 大 于 60 mm; 小 于5 mm 粒径含量宜为 25% ~ 35% ; 小于 0.075 mm 粒径含量不宜大于 5% 。
7.2.7 心墙与河床 、岸坡基础及 其 他 建 筑 物 的 连 接 应 符 合 6.3节的规定 。
8 计 算 与 分 析
8.0.1 沥青混凝土面板和心墙土石坝的计算荷载应符合 SL 744的规定 , 动力计算和抗震分析应符合 GB 51247的规定 。
8.0.2 高坝和有特殊要求的中坝应进行应力应变分析 , 宜采用有限元法 。有限元静力计算分析应根据计划或实际的填筑和蓄水过程进行分期 分 步 模 拟 ; 动 力 计 算 分 析 应 采 用 时 程 法 模 拟 地 震荷载 。
8.0.3 高坝开展计算与分析所需的沥青混凝土计算参数宜通过试验并结合工 程 类 比 确 定 。试 验 条 件 应 根 据 防 渗 体 工 作 环 境 温度 、施工速度 、坝体的运行条件等选择 。 中坝计算参数可采用工程类比法进行选择 。
8.0.4 土石坝沥青混凝土面板应力应变分析应能反映面板自身 、面板与坝体接触面 、面板与齿墙或其他结构接触面 、坝体与岸坡等的受力与变形特性 。利用软质岩料填筑或坝基条件复杂的沥青混凝土心墙应力应变分析应能反映心墙 、基座 、廊道等及其连接部位的受力与变形特性 。
8.0.5 对于 1 级高坝 , 宜根据沥青混凝土心墙应力应变分析成果 , 结合室内试验 , 研究在大剪切变形下能够保持防渗性的沥青混凝土配合比 。
8.0.6 有限元应力应变计算沥青混凝土可采用非线性弹性模型或弹塑性模型 。对 1 级沥青混凝土心墙高坝宜采用长期蠕变稳定模型 , 对沥青混凝土面板宜采用黏弹性模型 。
8.0.7 对高坝和有特殊要求的中坝 , 计算结果应包括各种不同工作条件下的应 力 和 应 变 。 对 位 于 附 录 A 表 A.0.1 2 中 冬 严寒 、冬寒地区气候的沥青混凝土面板 , 计算结果应包括在当地极端最低气温情况下的冻断温度和应力 。
9 安 全 监 测 设 计
9.1 一 般 规 定
9.1.1 沥青混凝土 面 板 和 心 墙 土 石 坝 的 安 全 监 测 应 执 行 SL/T 551、SL725 、SL274的相关规定 , 沥青混凝土面板和心墙防渗结构的安全监测设计应满足本标准规定 。
9.1.2 监测断面应结合工程结构布置和计算分析成果 , 宜选择在最大坝高处 、地形地质复杂 、特殊结构等具有代表性和控制性的位置 。
9.1.3 监测仪器的埋设应以不破坏沥青混凝土结构安全和防渗安全为原则 。
9.1.4 埋设在沥青混凝土中及周边的监测仪器应具有耐高温的性能 , 埋设前应进行检验和率定 。监测设计应针对沥青混凝土高温施 工 的 特 点 , 采 取 相 应 措 施 , 并 提 出 具 体 的 埋 设 施 工 技 术要求 。
9.1.5 监 测 仪 器 埋 设 后 应 及 时 采 集 初 始 值 , 按 SL/T 551、 SL 725规定的监测阶段 、监测频次进行监测 , 并提供分析成果 。
9.2 监 测 项 目
9.2.1 土石坝沥青混凝土面板结构应设置下列监测项目 :
1 变形监测应包括面板挠度 、面板与岸坡和刚性结构接缝处的位移等 。可对面板的水平和垂直位移进行监测 。
2 渗流监测应包括面板后及面板与混凝土接头部位的渗透压力等 。
3 温度监测应包括面板表面及内部的温度 。
4 外观检查应包括斜坡流淌 、裂缝 、接缝变形 、鼓包 、封闭层脱落等 。
5 有特殊要求时 , 可增设专门性观测项目 , 如面板应力应
变 、 日照辐射热等 。
9.2.2 土石坝沥青混凝土心墙结构应设置下列监测项目 :
1 变形监测应包括心墙的水平位移和垂直位移 、心墙与过渡层的位错变形 、心墙与混凝土基座接触面的相对位移 、心墙与岸坡和刚性结构接缝处的位移等 , 位于心墙底部与混凝土防渗墙顶之间的混凝土基座宜设置变形 、应力等监测项目 。
2 渗流监测 应 包 括 心 墙 后 、心 墙 与 混 凝 土 基 座 结 合 部 位 、心墙与岸坡和刚性建筑物的连接部位的渗透压力等 。 当设有分离式廊道时 , 应沿廊道底板底部和廊道上游侧壁外侧设置渗流监测设施 。
3 心墙内部温度监测 。
4 有特殊 要 求 时 , 可 增 设 专 门 性 观 测 项 目 , 如 心 墙 应 变 、基座和廊道结构的应力应变等 。
附录 A 水工沥青混凝土的沥青技术要求
A. 0. 1 水工沥青混凝土所用的沥青原材料主要为石油沥青 , 其技术指标见表 A. 0. 1 1 。
表 A. 0. 1 1 水工沥青混凝土的石油沥青技术要求
续表 A. 0. 1 1
表 A. 0. 1 2 气 候 分 区
A. 0. 2 水工沥青混凝土采用的聚合物改性沥青技术指标见表 A. 0. 2 。
表 A. 0. 2 水工沥青混凝土的聚合物改性沥青技术要求
续表 A. 0. 2
A. 0. 3 阳离子乳化沥青技术指标见表 A. 0. 3 。
表 A. 0. 3 阳离子乳化沥青技术要求
附录 B 水工沥青混凝土配合比选择
B.1 水工沥青混凝土配合比选择方法
B.1.1 矿料级配可采用丁朴荣公式 (B.1.1) 选择 。
式中 fii— 通过孔径为 di 的过筛率 (%) ;
fi0.075— 填料用量 (%) ;
r— 级配指数 ;
di— 某一筛孔尺寸 (mm) ;
Dmax— 矿料最大粒径 (mm) 。
B.1.2 选择沥青含量 、填料用量和级配指数等配合比参数进行试验 。可按 4种 ~ 5 种沥青含量 、3 种 ~4种填料用量 、2 种 ~ 3种级配指数和 不 同 材 料 种 类 组 成 不 同 配 合 比 , 进 行 关 键 性 能 试验 , 从中选择出满足要求的较优的 2种 ~ 3种配合比 , 再进行全面的性能试验验证 , 选出最优配合比 。
B.2 碾压式面板沥青混凝土配合比选择
B.2.1 碾压式沥青混凝土面板应以适应坝体变形且满足防渗 、高温稳定 、低温抗裂和耐久性等性能要求为原则进行材料和配合比参数选择 。
B.2.2 碾压式沥青混凝土面板配合比参数可按表 B.2.2选择 。
表 B.2.2 碾压式沥青混凝土面板配合比参数
续表 B.2.2
B.3 碾压式心墙沥青混凝土配合比选择
B.3.1 碾压式心墙沥青混凝土应以适应坝体变形而保持防渗性为原则进行材料和配合比参数选择 。
B.3.2 碾压式沥青心墙混凝土配合比参数范围宜为 : 沥青含量6% ~ 7.5% , 填料用量 10% ~ 14% , 骨料的最大粒径不宜大 于19 mm , 级配指数 0.35~0.44。
B.3.3 沥青标号宜采用 70号或 90号石油沥青 。
B.4 浇筑式心墙沥青混凝土配合比选择
B.4.1 浇筑式心墙沥青混凝土应以适应坝体变形而保持防渗性为原则 , 并考虑心墙的流变速度和流变侧压力进行材料和配合比参数选择 。
B.4.2 浇筑式沥青心墙混凝土配合比参数范围宜为 : 沥青含量9% ~ 13% , 填 料 用 量 12% ~ 18% , 骨 料 的 最 大 粒 径 不 宜 大 于26.5 mm , 级配指数 0.30~0.36。
附录 C 碾压式沥青混凝土面板防渗层和排水层厚度计算
C.1 防渗层厚度计算经验公式
C.1.1 防渗 层 厚 度 按 照 水 库 水 头 确 定 时 , 其 最 小 厚 度 可 按 式(C.1.1) 计算 :
h=c+H/25 (C.1.1)
式中 h— 防渗层厚度 (cm) ;
c— 与骨 料 质 量 与 形 状 有 关 的 常 数 , 一 般 取 6 cm ~
7 cm;
H— 防渗层承受的最大水头 (m) 。
C.1.2 防渗层厚度按水库允许 日渗水量确定时 , 其最小厚度可按式 (C.1.2) 计算 :
h=AtkH/Q (C.1.2)
式中 h— 防渗层厚度 (m) ;
A— 防渗层防渗面积 (m2 ) ;
t— 时间 (s) ;
k— 防渗层渗透系数 (m/s) ;
H— 防渗层承受的平均水头 (m) ;
Q— 防渗层总渗水量 (m3 ) 。
C.1.3 对全库盆防渗的抽水蓄能水库 , 宜按水库允许 日渗水量不超过库容的某一标准来复核防渗层的厚度 。水库允许日渗透量宜根据水库的类型 、重要性 、库容大小等由设计确定 , 对大中型水库可取总库 容 的 1/2000~ 1/5000, 对 抽 水 蓄 能 水 库 可 取 总 库容的 1/5000~ 1/10000。
C.2 复式断面的排水层厚度计算经验公式
C.2.1 排水层厚度应由防渗面层的渗水量并考虑一定裕度计算
确定 。
C.2.2 单位坝长通过防渗面层的渗水量 qf 可按式 (C.2.2 1)计算 :
qf H2 (C.2.2 1)
式中 qf— 单位坝长通过防渗面层的渗水量 [m3/(s · m)] ;
kf— 防渗面层沥青混凝土渗透系数 (m/s) ;
h— 防渗面层厚度 (m) ;
m— 面板坡比 ;
H— 最大水深 (m) 。
排水层的排水量 qp 可按 式 (C.2.2 2) 和 式 (C.2.2 3)
计算 :
qp = kpiAΨ (C.2.2 2)
i (C.2.2 3)
式中 qp — 每米 坝 长 排 水 量 , 即 防 渗 面 层 每 米 坝 长 的 渗 水 量
qf [m3/(s · m)] ;
kp — 排水层沥青混凝土渗透系数 (m/s) ;
i— 排水层的渗透坡降 ;
A— 排水层断 面 积 , 当 取 1 m 坝 长 时 , 即 为 排 水 层 厚
度 (m2 ) ;
Ψ— 试验系数 , 一般取 1.0, 具体可由试验确定 。
C.2.3 排水层的厚度可按式 (C.2.3) 计算 :
FS FS (C.2.3)
式中 FS— 安全系数 , 取 1.0~ 1.3。
标 准 用 词 说 明
标准历次版本编写者信息
SLJ01—88
本标准主编单位 : 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
本标准主要起草人 : 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
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
SL 501—2010
本标准主编单位 : 水利部水利水电规划设计总院
陕西省水利电力勘测设计研究院
本标准参编单位 : 西安理工大学
中水东北勘测设计研究有限责任公司
中国水利水电科学研究院
长江勘测规划设计研究院
本标准主要起草人 : 杨西林 关志诚 刘 斌 王为标
刘增宏 苏 萍 徐唐锦 钟家驹杨智睿 庞 辉 邵剑南 祁世京张应波 徐岩彬 王德库 杨伟才韩 军 朱 悦 张福成 熊 焰鄢双红 杨 辉 张建平
中华人民共和国水利行业标准
土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范
SL/T501—2025
条 文 说 明
修 订 说 明
SL/T 501—2025《土 石 坝 沥 青 混 凝 土 面 板 和 心 墙 设 计 规范》, 经水利部 2025年 12月 22 日 以第 35号公告批准发布 。
本标准在修订过程中 , 编制组根据面向发展新质生产力的水利技术标准体系建设的要求 , 在总结 10年以来我国水工沥青混凝土防渗发展过程中的实践与研究成果基础上 , 按照 “实用 、可操作 ” 原则 , 对沥青混凝土的原材料和配合比技术要求 、沥青混凝土面板和心墙设计等进行了修订和补充 。
为便于广大设计 、施工 、科研 、管理等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定 , 《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》 编制组按照章 、节 、条 、款 、项的顺序编制了本标准的条文说明 , 对条文规定的目的 、依据以及执行中需要注意的有关事项进行了说明 。本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力 , 仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考 。
1 总 则
1.0.1 根据 SL 274《碾压式土石坝设计规 范》, 碾 压 式 土 石 坝一般分为均质坝 、土质防渗体分区坝和非土质防渗体坝三种基本形式 。沥青混凝 土 面 板 和 心 墙 坝 属 于 非 土 质 防 渗 体 坝 的 形 式 之一 , 但 SL 274未对沥青混凝土的技术指标提出具体的要求 。本标准主要是规范水利水电工程土石坝沥青混凝土面板和心墙防渗结构设计 , 是对 SL 274的补充与完善 。
1.0.2 本标准明确了沥青混凝土用于水利水电工程土石坝的适用范围 。采用沥青混凝土面板或心墙作为防渗体的土石坝 , 其级别执行 GB 50201《防洪标准》 及 SL 252《水利水电工程等级划分及洪水标准》 的规定 。有关坝高 、填筑要求 、坝基处理等规定及设计要求 , 执行 SL 274、SL 228《混凝土面 板 堆 石 坝 设 计 规范》 及 GB 51247《水 工 建 筑 物 抗 震 设 计 标 准》 等 标 准 的 有 关规定 。
1.0.4 沥青混凝土的原材料和配合比一般根据其技术指标的要求 , 在工程项目建议书阶段根据已建工程通过工程类比拟定 ; 在可行性研究阶段根据地质条件 、建筑物级别 、坝高等因素 , 通过工程类比或试验选定 ; 初步设计阶段和建设实施阶段需要通过试验确定 。
对有特殊性能要求的沥青混凝土 , 如高地震区结构安全 , 面板的低温抗裂 、高温稳定 , 以及环境水质腐蚀性等要求要进行专门的试验研究 。
3 沥青混凝土原材料
3.0.1 沥青材料的品种和标号选择除要考虑工程类别 、 当地气温 、运用条件和 施 工 要 求 外 , 更 要 考 虑 沥 青 混 凝 土 的 结 构 性 能要求 。
我国沥青品种和质量近 30年已有很大的提高和发展 , 原道路沥青质量标准已经不再适用 。 国家标准 GB 50092《沥青路面施工及验收规范》 将道路沥青分为 “重交通道路沥青 ” 和 “中 、轻交通道路沥青 ”。2004年交通行业标准 JTG F40《公路沥青路面施工技术规范》 中废除了 “重交通道路沥青 ” 和 “中 、轻交通道路沥青 ” 这 两 个 名 称 , 修 改 后 明 确 都 称 为 “道 路 石 油 沥 青 ”。由于水利水电工程中应用沥青的量不大 , 目前我国还没有正式颁布水工沥青国家标准 , 工程中多采用目前已有的水工沥青行业标准和企业标准 , 或采用道路石油沥青标准 。
本标准附录 A 提出了水工沥青混 凝 土 的 沥 青 技 术 要 求 , 该标准是依据已建工程经验和参考 JTG F40 中提出的 “道路石 油沥青技术要求 ” 制定的 , 常作为水利水电工程选择沥青的依据 ,或参考我国目前已有的水工沥青行业标准和企业标准选择沥青 ,或采用国外沥青及相应的标准 。对于沥青混凝土性能要求特别严格的沥青混凝土面板防渗层 , 可以根据某些工程沥青混凝土的特殊性能要求提 出 专 门 的 沥 青 质 量 指 标 要 求 , 由 沥 青 厂 家 专 门 生产 ; 或采用改性沥青 , 改性沥青多用于沥青混凝土面板工程 。我国三峡茅坪溪和四川冶勒土石坝沥青混凝土心墙采用了与 AH 70号重交通道路相似的水工沥青 ; 山西西龙池抽 水 蓄 能 电 站 上水库库坡沥青混凝土面板防渗层和封闭层采用了 AH 90号重交通道路沥青作为基质的 SBS改性沥青 , 其他层采用 AH 90号沥青 ; 浙江天荒坪抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板采用中东进口的 B80号沥青 。
改性沥青是在普通石油沥青中添加改性材料 , 并与沥青均匀混合 , 使沥青的性能得到改善而制成的沥青混合物 。改性材料通常采用橡胶 、热可塑性体 、热可塑性树脂 、热固性树脂等材料 。改性材料能单独使用 , 也可以复合使用 。为了提高相容性和稳定性 , 需认真选择原材料 , 采用性能良好的搅拌设备 。必要时还需加一些亲和剂 。
浇筑式沥青混凝土一般选用水工沥青 、道路沥青或其与建筑沥青掺配的沥青 。为了提高浇筑式沥青混凝土的抗流变性 , 可以选用针入度较小 、针入度指数较大的低标号沥青 , 主要是考虑到提高沥青混凝土稳定性 。如新疆哈密地区射月沟水库使用克拉玛依 50号沥青 。寒冷地区的浇筑式沥青混凝土要满足低温抗裂的要求 。
当沥青的技术指标不能满足设计要求时 , 可以加入掺料改善其性能 , 掺料的品种和用量需要经试验确定 。
我国可供参考的几种沥青标准如下 , 以便用于了解或选择已建工程中沥青的使用情况 。
(1) GB 50092中关于道路石油沥青质量技术要求见表 1。
(2) 石化行业标准 SH/T 0799《水工石油沥青》 见表 2。
3.0.2 沥青与矿料的黏附性是影响沥青混凝土耐久性的重要指标之一 , 影响黏 附 性 的 主 要 因 素 是 矿 料 的 酸 碱 性 。 沥 青 与 粗 骨料 、细骨料 、填料的黏结性能分别用黏附性 、水稳定等级 、亲水系数表示 。
碱性岩石 (石灰岩 、 白云岩等) 粗骨料与沥青黏附性能好 ,要尽量采用 。与沥青黏附性好的天然卵砾石料也可以用于沥青混凝土粗骨料 , 在我国和伊朗已有工程应用的实践 。但从骨料洁净性和沥青混凝 土 的 力 学 性 能 考 虑 , 参 考 挪 威 有 关 工 程 的 规 范 要求 , 建议限定其用量不超过粗骨料用量的一半 , 并需要经试验研究论证 。对破碎的碱性卵砾石 , 其用量不受此限制 。
在坝址附近如没有碱性岩石粗骨料或运距较远时 , 可考虑采用酸性碎石料 , 在我国和挪威分别已有 30年和 40多年的应用实
表 1 重交通道路石油沥青质量要求
表 2 水工石油沥青技术要求及试验方法
例 。但从骨料与沥青的黏附性考虑 , 建议采取增强骨料与沥青黏附性的措施并经试验研究论证 。
在交通工程中 , 公路沥青混凝土路面工程采用酸性碎石料并采取增强骨料与沥青黏附性的措施的工程已相当普遍 。在水利水电工程中 , 水工沥青工程采用酸性碎石料在北欧几个国家也有 ,我国党河水库砂砾坝沥青混凝土心墙也采用戈壁酸性砂砾石料 ,已运行 40多年 。对以沥青混凝土作为防渗体的心墙坝 , 沥青心墙在坝体内部 , 工作环境较好 , 本身处于压剪状态 , 采用酸性骨料的工程实例较多 、运用较为成熟 , 使用前需要进行试验研究论证 ; 对以沥青混凝土作为防渗体的面板坝 , 沥青面板与外界直接接触 , 受环境影响较大 , 采用酸性骨料的工程还较少 , 使用前要与心墙区别对待 , 需更加重视试验研究和论证的深度 。沂蒙抽水蓄能电站上库工程采用沥青混凝土面板作为防渗体 , 其用水煮法论证骨料黏附性时 , 提出了 “初始剥落时间 ”试验方法作为量化参数 , 该 工 程 所 用 抗 剥 落 剂 的 “初 始 剥 落 时 间 ” 大 于 18 min,高于黏附性等级不低于 4级的要求 。
我国水利水电工程中比较重视骨料与沥青黏附性的要求 , 国外一般只要求满足沥青混凝土水稳定性指标即可 。骨料与沥青的黏附性试验方法有很多种 , 在国内外还没有非常成熟和公认的方法 。我国目前采用的试验方法是水煮法 , 其级别判定受经验和主观性的影响大 , 不易确切判定 。在沥青路面工程中 , 黏附性为 3级和 4级的骨料比较常用 , 在水工沥青工程中黏附性一般为 4级或 4级以上的骨料 。 因此 , 本次标准制定时明确 4级或 4级以上的骨料都可以采用 。酸性骨料本身黏附性达不到 4级 , 可以通过采取技术措施 , 如在沥青中加入抗剥离剂等 , 使其与沥青的黏附性达到 4级 , 并对沥青混凝土性能进行试验验证 。
判别骨料酸碱性有多种方法 , 最简单的方法是用稀盐酸滴在岩石上 , 能发生气泡的就是碱性岩石 ; 还可用矿物分析的方法 ,当 SiO2 含量<45%时为超碱性 , SiO2 含量在 45% ~ 52%时为碱性 , SiO2 含量在 52% ~ 65%时为中性 , SiO2 含量 >65%时为酸
性(C;)计/i2度, ,酸0,.
此外 , 近年来还用碱值试验的方法来判别岩石的酸碱性 。这种试验方法已 列 入 电 力 行 业 标 准 DL/T 5362《水 工 沥 青 混 凝 土
i2为》, 6的 ,量值1a,岩S,i=7.,
a8,5.料。有, 种,
电工程中应用经验还不多 , 本标准暂时不作为酸碱性指标 。
本标准规定骨料针 片 状 含 量 不 大 于 25% , 检 测 方 法 是 沥 青混凝土工程中常用的骨料最大尺寸与最小尺寸之比大于 3, 即长厚比大于 3。这与 DL/T 5151《水工混凝土砂石骨料试验规程》对骨料针片状颗粒的检测方法不同 , 它是将骨料的长宽大于 3 的定义为针状 , 宽厚比大于 3 的定义为片状 , 两者合起来总的含量为骨料的针片 状 。水 工 混 凝 土 对 骨 料 的 针 片 状 含 量 要 求 不 超 过10% 。根据两种不同检测方法对比试验表明 , 结果要相差 2倍 ~ 3倍 (见表 3) 。 因此 , 本标准对骨料针片状含量的要求实际上与混凝土骨料对针片状的要求基本相同 。
表 3 骨料针片状颗粒含量不同检测方法对比
针片状颗粒会对沥青混凝土的性能产生一定的影响 。针片状颗粒易使骨料表面积增大 、受力条件变差 、变形能力降低等 (见表 4) , 故限制针片状颗粒含量是必要的 。但对针 片 状 颗 粒 含 量的控制要求过高 , 会使骨料不合格率上升 , 弃料量增大 , 导致单价上升 。
表 4 不同针片状颗粒含量的沥青混凝土性能试验结果
粗骨料的抗破碎能力是骨料力学性质的一项指标 , 近年来在骨料选择中已作为一项参考指标 , 故本标准制定时对粗骨料压碎值进行了规定 。
骨料压碎值的试验方法有两种 : 一种是水工混凝土的试验方法 , 要求压碎值不大于 20% ; 另一 种 是 道 路 沥 青 混 凝 土 的 骨 料试验方法 。根据两种压碎值试验方法测定结果的相关关系 , 沥青混凝土粗骨料压碎值 30%相当于水工混凝土粗骨料压碎值 20% ,两者要求相当 。但 道 路 沥 青 混 凝 土 的 骨 料 试 验 方 法 操 作 比 较 简单 , 测出的压碎值大 , 便于区分石料的抗压碎性能 , 因此 DL/T 5362和本标准都采用这种方法 。
作为防渗和适应坝体变形的水工沥青混凝土 , 各种骨料的强度一般可以满足要求 , 因此仅提出了压碎值的要求 。但对于高坝或在地震作用下 , 沥青混凝土存在承受较大的应力的问题 , 建议对骨料强度提出附加要求 。
对骨料要求的洛杉矶磨耗损失 、软弱颗粒含量等指标 , 没有列入本标准 , 但必要时参考道路工程提出附加要求 。
3.0.3 沥青混凝土细骨料目前主要采用人工砂和天然砂 。人工砂洁净 、有棱角 , 对沥青混凝土的强度和稳定性有利 , 因而把人工砂放在首选位置 。天然砂一般级配良好 , 含酸性矿物和泥质较多 , 符合要求的天然砂和人工砂掺配使用可以改善沥青混凝土的级配和施工压实性 , 用量一般 不 超 过 50% 。 完 全 使 用 天 然 砂 做细骨料 , 在少数工程中也有实践经验 , 如玉滩沥青混凝土心墙土石坝 , 但一般经试验论证 。加工碎石筛余的石屑一般针片状多 、级配不好 , 若加以利用 , 其级配需符合要求 。 由于人工砂和天然砂的吸水率存在差异 , 条文中未对吸水率作出规定 , 从控制细骨料质量要求出发 , 当细骨料采用人工砂时 , 其吸水率一般按不大于 2%控制 ; 采用天然砂时 , 其吸水率可以适当放宽 , 但需满足施工要求 。
含泥量是指天然细骨料中粒径小于 0.075 mm 的黏土 、淤泥及细屑含量 ; 人工 砂 中 对 小 于 0.075 mm 的 颗 粒 叫 “含 泥 量 ”,
一直是有争论的 。在沥青路面工程中 , 人工砂中小于 0.075 mm的量要求小于 10%或 15% , 这部分颗粒是石粉而非泥土 。 因而对含泥量的要求仅针对天然砂 , 对人工砂的洁净性要求已包含在“不含有机质和其他杂质 ” 中 。
国外一般不测 细 骨 料 的 水 稳 定 等 级 , 也 没 有 较 好 的 测 定 方法 。我国 20年来测细骨料水稳定等级的方法有时难以明显区别碱性骨料 (石灰岩 、 白云岩等) 、酸性骨料 (花岗岩 、石英岩等)和天然砂 , 而且水稳定等级一般在 6 级 ~ 8 级以上 , 故要求不小于 6级的要求比较稳妥 。
3.0.4 填料主要采用石灰岩粉 、 白云岩粉等碱性岩石加工的石粉 。采用碱性岩石加工粗 、细骨料时 , 回收的石粉检验满足填料的技术要求后 , 可以作为填料使用 。普通硅酸盐水泥也可以作填料 , 但需经试验研究论证 。 当采用非碱性骨料时 , 其加工后骨料中残 留的 非 碱 性 填 料 , 使 用 时 需 经 试 验 研 究 , 其 用 量 要 严 格控制 。
目前大 、小水泥厂生产的岩粉和水泥 , 其在 0.075 mm 筛孔上的通过率普遍 在 90%以 上 , 因 而 填 料 细 度 在 0.075 mm 筛 孔上的通过率一般要求不小于 85% 。试 验 研 究 表 明 , 填 料 的 细 粒多 , 对沥青混凝土力学性能有利 。对填料细粒含量有特殊要求的工程 , 可用激光分析的方法 , 检测 0.075 mm~0.02 mm 不同粒径的含量 。
3.0.5 沥青混凝土水稳定性的提高主要通过提高骨料与沥青的黏附性来实现 。 目前对于黏附性等级不合要求的骨料 , 多采用在沥青中掺加抗 剥 离 剂 , 掺 量 为 沥 青 用 量 的 0.3% ~ 0.5% 。 传 统的抗剥离剂为消石灰 、普通硅酸盐水泥等 , 已有 30多年的实践经验 。
为提高沥青混凝土的低温抗裂性或热稳定性 , 可以采用 SBS或其他高分子改性沥青 。SBS 的改性沥青冻断温度可达 - 35 ℃以下 , 优质材料可达 -40 ℃ 。西龙池抽水蓄能电站上水库斜坡部位防渗层采用 AH 90号沥青作为基质沥青的 SBS改性沥青 ,
其沥青混凝土冻断温度可以达到 -38 ℃ 。 西龙池 SBS改性沥青的性能指标见表 5。
表 5 西龙池上水库 (低温地区) 采用的 SBS改性沥青性能
目前改善沥青混凝土斜坡热稳定性多在沥青混合料中加入聚酯纤维 、木质纤维 、矿物纤维等掺料 , 但纤维品种和用量需要通过试验确定 。西龙池上水库斜坡防渗层和封闭层就是在改性沥青中分别加木质纤维和矿物纤维提高抗裂性和热稳定性的 。石棉对人身体有害 , 现已不再使用 。
对于沥青混凝土面板拉应变或弯曲应变比较大的部位 , 如反弧段 、沥青面板与刚性结构连接处 、基础挖填交界处和不均匀沉降较大部位等 , 一般铺设加筋网以提高沥青混凝土面板的变形抗裂能力 。 由于沥青混凝土与加筋网属于两种不同的材料 , 而加筋网受不同厂家产品品质影响 , 其技术指标存在差异 , 两种材料在变形破坏的界限上不够协调 , 即沥青混凝土达到某一变形后仍能起到防渗效果 , 而加筋网有可能发生断裂 , 或者需要防止沥青混
凝土发生变形破坏时加筋网没有发挥抗拉作用 , 因此在选择加筋网时要重视断裂伸长率的问题 , 其具体确定需要根据工程实际条件选 择 ; 在 耐 热 性 方 面 , 加 筋 网 要 考 虑 材 料 的 化 学 性 质 稳 定问题 。
3.0.6 阳离子乳化沥青在水利工程中得到广泛应用 , 特别是与潮湿的骨料有良好的黏附性 , 故本标准推荐使用 。但在有些情况下 , 经过 试 验 论 证 也 可 以 采 用 阴 离 子 乳 化 沥 青 或 非 离 子 乳 化沥青 。
4 沥青混凝土技术要求及配合比
4.0.1 基于国内工程经验 , 沥青混凝土的防渗性能通常采用孔隙率和渗透系数双指标控制 。 同时 , 目前国内外工程经验表明 ,摊铺后碾压沥青混凝土防渗层的孔隙率小于 3% , 其防渗性是有保证的 。经验表明 , 在室内试验 (包括配合比试验及现场质量检测出机口取样试验) 中 , 用马歇尔方法成型的沥青混凝土标准试件 , 其孔隙率控制在小于 2%时 , 才能保证现场正常施工后的沥青混凝土孔隙率小于 3% 。
目前的试验设备和方法较难测准沥青混凝土的渗透系数 , 大多数试样不漏水 , 算不出渗透系数 , 因此沥青混凝土在防渗性质量控制方面主要控制孔隙率小于 3% 。鉴于渗透系数在工程界作为指标使用比较广泛 , 对于沥青混凝土的渗透系数一般作为参考性指标 , 故本标 准 规 定 其 不 大 于 1× 10-8 cm/s。也 有 的 工 程 对防渗沥青混凝土不做渗透系数测试 , 而改作抗渗性试验 , 即在设计水压力下 , 保持一定时间 , 试样没有渗水即为合格 。
斜坡流淌值只采用马歇尔试件 , 没有要求采用现场芯样进行试验 , 原因是工程实际操作中现场芯样斜坡流淌值离散性较大 ,难以明确规定 。斜坡流淌值反映沥青混凝土的斜坡稳定性 , 与柔 性要求是矛盾的 , 沥青混凝土的斜坡稳定性越好 , 变形性能就越 差 , 因此对斜坡流淌值的要求不能过高 。沥青面板温度与气温一 般为 1.5倍~2.5倍关系 , 设计温度可以按 “极端最高气温 +30℃”确定 , 或采用经过研究论证的其他温度 。另一方面 , 沥青混凝土随着运行时间延长 , 表面老化变硬 , 将难以发生表面流淌变形 。沥青混凝土面板浇筑完成蓄水前的夏季是最危险的 , 只要度过这 一阶段 , 沥青混凝土的斜坡稳定性将不再是大问题 。斜坡稳定性 目前尚无公认判定标准 , 可以采用本标准的斜坡流淌值指标进行 控制 。张河湾曾将斜坡流淌值 (1 ∶ 1.75, 70 ℃ , 48 h) 按不大
于 2 mm 控制 。
沥青混凝土面板在寒冷地区低温抗裂是必须重视的问题 , 通常要求修建在最冷月平均气温在 - 10 ℃以下的沥青混凝土面板要进行低温抗裂分析研究 。影响沥青混凝土面板低温抗裂的因素很多 , 如降温速度 、最低温度 、低温的持续时间等 。各国在沥青混凝土低温抗裂方面的研究方法不尽相同 。欧洲一些国家对低温气温降温速度的监测统计数据表明 , 气温降温速度小于 3.7 ℃/ h 的概率为 99.9% , 在冻断试验采用的降温速度为 10 ℃/h, 试件截面尺寸为 50 mm×50 mm。 日本根据不同的工程气温条件 ,冻断试验采用的降温速度为 3 ℃/h、6 ℃/h和 12 ℃/h, 试件截面尺寸为 25 mm × 25 mm。 我国开展沥青混凝土面板低温研究始于 20世纪 80年代初 , 是针对北京十三陵抽水蓄能电站上库采用沥青混凝土面板 (设计) 。 冻断降温速度按 30 ℃/h是基于高低温箱设备的降温能力和考虑沥青混凝土面板从水库水温中突然暴露在极端最低温度条件下最严酷的工况而设定的 , 试件截面尺寸为 40 mm×40 mm , 参见陈敬文等 《按黏弹性嵌固板 计 算 沥青混凝土防渗面板的 温 度 应 力》 (《水 利 学 报》 ) , 1991年 第 5期 。这一低温冻断试验方法和试验条件经历 40年沿袭至今成为我国水工沥青混凝土低温抗裂的一种标准试验 。值得注意的是 ,冻断温度指的是试件的环境温度 , 不是试件本身的温度 , 降温速度不同 , 在 40mm×40 mm 截面中部的温度比环境气温高 6 ℃ ~ 10 ℃ 。沥青混凝土面板是二 维大 平 面 , 其 温 度 场 和 试 验 温 度 场有很大不同 , 面板是一面受温 , 试验试件是四面受温 , 西龙池 、呼和浩特 、沂蒙 等 多 个 工 程 沥 青 混 凝 土 面 板 工 程 温 度 场 计 算 表明 , 在极端最低气温时 , 面板沥青混凝土防渗层顶面 (即封闭层和防渗层界面处) 比极端最低气温高 6 ℃ ~ 10 ℃ 。
很显然 , 用严苛试验条件确定的冻断温度相比现场条件具有一定的安全裕度 。在实际工程设计时 , 如何确定沥青混凝土冻断温度设计值现在还没有成熟的方法 。历史监测到的极端最低气温具有随机性 、偶然性和不可确定性 , 根据工程类别采用 100年一
遇作为基础确定冻断温度设计值比较合适 。但最低气温的监测数据常常非常有限 , 很难统计分析出 100年一遇的低温温度 。沥青混凝土面坝工程多处在山区 , 工地气象站建站时间短 , 通常采用工地附近国家气象站气象资料 , 按海拔上升 100 m 降温 0.3 ℃ ~ 0.6 ℃计算 , 计算值 受 工 程 区 地 形 和 风 速 影 响 也 具 有 不 确 定 性 。基于历史监测极端最低气温数据简单明了 , 我国目前以此为参考确定冻断温度设计值 。根据市场沥青材料或改性沥青材料的质量和供应情况 , 依据试验结果 , 考虑一定裕度 , 确定沥青混凝土低温冻断设计值 , 设计值一般按低于当地极端最低气温 2 ℃ ~ 4 ℃考虑 。部分已建抽水蓄能电站冻断温度设计值见表 6。
表 6 部分已建抽水蓄能电站防渗层冻断温度取值 单位 : ℃
基于我国目前在北方寒冷地区修建沥青混凝土面板工程越来越多 , 需对室内沥青混凝土低温抗裂试验和现场沥青混凝土面板低温抗裂性能之间的关系 、面板温度场和温度应力计算 、沥青老化对低温抗裂的影响等展开研究 。沥青混凝土是否会发生水损害采用水稳定系数指标判定 。 目前 DL/T 5362的水稳定性试验中 ,空气试验组和浸水试验组均采用 3个试件 , 用两组试件的抗压强度平均值计算水稳定系数 , 数据偏差较大 。为此 , 建议将每组试件的个数增至 6个 , 以保证试验结果的可靠性 。
目前 DL/T 5362规定水稳定系数采用抗压强度试验结果计算 。然而实践表明 , 抗压强度对水损害不敏感 , 即使对于某些酸性骨料 , 其水稳定系数仍可以满足大于 0.90 的要求 , 甚至还常出现水稳定系数大于 1.0。水稳定系数不易对抗剥落剂作出客观评价 。沂蒙工程中曾采用劈裂强度和弯拉应变试验结果计算水稳
定系数 , 结果均明显小于抗压强度水稳定系数 , 从试验层面解决了抗压强度水稳定系数偏高 , 甚至大于 1.0 的问题 。但如何确定这些水稳定系数的门槛值还有待研究 。沂蒙工程试验发现 , 对于花岗岩骨料 , 与抗压强度水稳定系数 0.90对应劈裂强度 、弯拉应变的水稳定系数分别约为 0.83和 0.70; 而对于灰岩骨料 , 对应的劈裂强度 、弯拉应变的水稳定系数则更低 。
沥青混凝土防渗面板的变形能力应当计入其变形时的抗渗漏性能 , 为此参照德国 EAAW 2007《水工沥青导则》 补充了圆盘试验指标 。设计时依据实际情况 , 提出其他力学性能要求 。表 7给出的是部分工程的拉伸应变和弯拉应变指标 。
表 7 部分沥青混凝土面板工程的拉伸应变和弯拉应变指标 %
由于沥青混凝土不存在渗流破坏的问题 , 故对沥青混凝土不提允许水力坡降的性能要求 。
沥青混 凝 土 面 板 防 渗 层 的 配 合 比 参 数 范 围 : 沥 青 含 量 为6.5% ~ 8.5% , 填料 占 矿 料 总 重 的 10% ~ 16% , 粗 骨 料 最 大 粒径 16 mm~ 19 mm , 级配指数 0.20~0.40, 沥青采用低温不裂 、高温不流 、高质量的 70号或 90号道路石油沥青或改性沥青 。
表 8列出我国部分已建碾压式沥青混凝土面板工程防渗层的配合比 , 供参考 。
表 8 已建碾压式沥青混凝土面板工程的防渗层配合比
续表 8
4.0.2 按目前国内外广泛采用的方孔筛尺寸 , 排水层骨料最大粒径的范围为 19 mm~ 31.5 mm。 为 了 保 证 沥 青 混 凝 土 的 均 匀性 , 骨料最大粒径有减小的趋势 。
沥青混 凝 土 面 板 排 水 层 的 配 合 比 参 数 范 围 : 沥 青 含 量 为3.0% ~4.0% , 填料 占 矿 料 总 重 的 3.0% ~ 3.5% , 粗 骨 料 最 大粒径不大于 26.5 mm , 级配指数 0.8~ 1.0, 沥青一般采用 70号或 90号道路石油沥青 。
表 9列出我国部分已建碾压式沥青混凝土面板工程的排水层配合比 , 供参考 。
表 9 已建碾压式沥青混凝土面板工程的排水层配合比
4.0.3 根据国内外的工程经验 , 面板整平胶结层的沥青混凝土孔隙率的要求为 10% ~ 15% 。根据天荒坪等沥青面板工程经验 ,渗透系数与孔隙率基本是对应的 , 且工程质量控制时的渗透系数指标与孔隙率指标常常出现矛盾
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