寒冷地區水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩設計與施工要點探討

崔江豫

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000）

1 工程概況

新疆車爾臣河大石門水利樞紐工程位于巴州且末縣境內的車爾臣河干流上，距烏魯木齊約1200 km，交通便利。工程任務為防洪、發電和灌溉等綜合利用。水庫總庫容1.27 億m3，正常蓄水位2300.0 m，電站裝機容量60 MW，最大壩高128.8 m。工程主要由大壩、泄水建筑物、發電引水系統和地面廠房等主要建筑物組成。工程施工總工期為48 個月。

2 瀝青混凝土碾壓試驗成果

現場鋪筑試驗段長31 m，瀝青混凝土和過渡料劃分5個碾壓試驗區和4 個攤鋪層，瀝青混凝土及過渡料均采用30 cm 鋪筑厚度。為確保寒冷地區瀝青混凝土施工質量，本次試驗瀝青混合料出機口溫度控制在170.5℃，入倉溫度應達169.1℃，初碾溫度控制＞140℃，終碾溫度控制＞130℃。對第一層到第三層（新農4 號配合比）碾壓試驗參數、拌制的瀝青混合料，現場鉆取芯樣及瀝青混合料進行了試驗檢測（結果見表1），從表1 試驗結果可以看出：瀝青混凝土拌和樓出機口取樣的瀝青混合料室內檢測試件密度、孔隙率、穩定度、流值、水穩定系數、滲透系數、油石比、礦料級配均符合設計技術要求。

表1 拌和樓拌制瀝青混凝土檢測結果（新農4 號配合比）

根據瀝青混凝土第一層至第三層碾壓試驗確定的參數，采用《新疆車爾臣河大石門水利樞紐工程大壩瀝青混凝土配合比試驗報告》8#配合比進行第四層復核試驗，瀝青混合料鋪料厚度30 cm，碾壓遍數靜2 動10 靜2。對拌制的瀝青混合料質量及現場鉆取芯樣進行了檢測，結果見表2。

表2 現場鉆芯取樣檢測結果（理工大學8 號配合比）

瀝青混凝土拌和樓出機口取的瀝青混合料及現場碾壓試驗取芯樣進行室內檢測，試件密度、隙率、穩定度、流值、水穩定系數、滲透系數、油石比、礦料級配等均符合設計技術要求。

3 水利樞紐瀝青混凝土心墻壩設計重點

3.1 壩體設計

大石門水利樞紐工程采用瀝青混凝土心墻壩，壩頂高程2304.5 m，最大壩高128.8 m，壩頂寬度12 m，壩長205 m。壩體填筑材料依次分為：上下游砂礫料填筑區、心墻上下游過渡料填筑區、瀝青混凝土心墻、利用料填筑區、貼坡排水、下游混凝土網格梁干砌石護坡。其中大壩填筑料主要工程量為：砂礫料填筑量約 312.8 萬 m3，過渡料約 16.1 萬 m3，瀝青混凝土約 1.4 萬 m3，可利用料約18.5 萬m3，堆石排水料1.30 萬m3。壩體心墻按上窄下寬型式布置，頂寬和底寬分別為0.4 m 和0.8 m，厚度從與基座相連處開始從0.8 m 向2 m 按臺階式漸變，在心墻與底座之間設置1.0 mm 厚的止水銅片，并在接觸面平鋪厚度為10.0 mm的砂紙瀝青瑪蹄脂。瀝青混凝土心墻壩兩側的過渡層粒徑最大值 80 mm，＜5 mm 粒徑含量在 30%～40%范圍，＜0.075 mm 的粒徑含量＜5%。滲透系數≥10-3cm/s，碾壓后的密實度不小于0.85。瀝青混凝土心墻壩標準橫剖面圖見圖1。

圖1 瀝青混凝土心墻壩標準橫剖面圖

3.2 原材料及配合比的確定

根據中國水電十五局〔2018〕大壩標報告049 號文件批復意見,選取《且末大石門水庫瀝青混凝土配合比設計及靜動力試驗研究報告》（新疆農業大學水利水電設計研究院）推薦的4#瀝青混凝土配合比（表3）和《新疆車爾臣河大石門水利樞紐工程大壩瀝青混凝土配合比試驗報告》（陜西省水利水電工程西安理工大學質量檢測中心）推薦8#瀝青混凝土配合比為本次碾壓工藝試驗用配合比（表4）。拌和站加熱骨料室內擬合礦料曲線，確定瀝青混凝土生產配合比[1]，并簽發瀝青混凝土配料單。

表3 4# 瀝青混凝土配合比

表4 8# 瀝青混凝土配合比

3.3 壩基設計

大石門水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩及其過渡層基礎設置在弱風化巖層，必須在基巖層布設兩排固結灌漿孔和帷幕灌漿孔，對心墻壩基座基巖進行灌漿加固。固結灌漿孔設計孔深均為8 m，設計孔距分別為3 m 和2 m；帷幕灌漿孔設計深度為埋深界線以下至少3 m[2]。

4 瀝青混凝土心墻壩施工質量控制

4.1 原材料質量控制

大石門水利樞紐工程施工環境氣溫平均為-12.5℃，在進行混合料拌和前，必須完成瀝青的熔化、脫水與保溫，如果溫度控制不當，必將影響施工質量。

瀝青用細骨料級配檢測發現細骨料中＜0.075 mm 含量較多，應加強細骨料生產質量控制措施，保證生產過程細骨料中的＜0.075 mm 含量相對穩定，從而保證瀝青混凝土質量。本次試驗出機口混凝土平均溫度170.5℃，每層攤鋪試驗取四盤瀝青混合料模擬施工現場運距約4 km 檢測溫度損失情況，檢測發現4 km（35 min）溫度損失平均值約8℃。對于施工中所可能遭遇的極端低溫（如2008 年的-27.3℃[3]）應嚴格控制瀝青混凝土出機口溫度，采取保溫措施，保證入倉溫度及碾壓效果。

4.2 溫度控制及攤鋪施工過程中的溫度補償

瀝青混凝土從原材料加熱到混合料生成整個生產過程都必須嚴格控制瀝青出機溫度、攤鋪溫度、碾壓溫度。瀝青混合料配置過程中，加熱溫度上限若控制不當，加熱時間過長，則瀝青老化越嚴重。瀝青混合料出機溫度過低，不利于瀝青與骨料的粘附，甚至是混合料報廢，而出機溫度過高，將加速瀝青老化，影響混合料質量。碾壓溫度過高，將導致瀝青混合料較大變形以及發絲狀裂縫式擁包，溫度過低，則無法保證碾壓的密實度。

由于溫度較低，冬季攤鋪施工過程中，剛攤鋪完的表層瀝青混凝土因溫度損失過快而容易吸附至碾輪表面，影響振動碾的正常運轉，降低瀝青混凝土心墻碾壓質量。為此，必須采取溫度補償措施，碾壓過程中用燃燒的液化氣炙烤震動碾輪，達到溫度補償效果。

4.3 配合比適當調整

根據試驗結果對配合比進行適當調整，還要對計量拌合后的混合料(不加瀝青和礦粉)進行篩分，以驗證瀝青拌合站計量系統是否按照調整后的配比進行計量攪拌，根據檢測結果，調整拌合站施工配合比，使拌合站生產的瀝青混凝土混合料礦料級配曲線與結合現場骨料級配狀況調整后的施工配合比級配曲線盡可能吻合。拌和樓計量系統每月應進行標定，確保拌和精度。施工配合比允許偏差見表5。

表5 瀝青混凝土施工配合比允許偏差

此外，底部試件密度較上部試件密度小（但也滿足設計要求），表明填筑層上部易碾壓密實，下部密度隨著碾壓遍數增加而增大[4]，因此，在施工過程中，嚴格控制鋪料厚度、碾壓遍數、碾壓方式，確保整個斷面厚度內壓實質量。

5 結論

本文所進行的瀝青混凝土試驗證實了瀝青含量＞8%時，瀝青混凝土壓密實良好，防滲性能滿足規范要求，而且在寒冷施工環境下，粒徑混凝土層間結合容易，結合面與非結合面間孔隙率均勻。大石門水利樞紐工程瀝青混凝土心墻冬季施工措施實施后，施工進度提前了7 個月，經濟效益和社會效益顯著，本工程所積累的寒冷地區瀝青混凝土心墻壩施工經驗對類似工程具有借鑒意義。