寒冷地区水利枢纽工程沥青混凝土心墙坝设计与施工要点探讨

崔江豫

（巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆 库尔勒 841000）

1 工程概况

新疆车尔臣河大石门水利枢纽工程位于巴州且末县境内的车尔臣河干流上，距乌鲁木齐约1200 km，交通便利。工程任务为防洪、发电和灌溉等综合利用。水库总库容1.27 亿m3，正常蓄水位2300.0 m，电站装机容量60 MW，最大坝高128.8 m。工程主要由大坝、泄水建筑物、发电引水系统和地面厂房等主要建筑物组成。工程施工总工期为48 个月。

2 沥青混凝土碾压试验成果

现场铺筑试验段长31 m，沥青混凝土和过渡料划分5个碾压试验区和4 个摊铺层，沥青混凝土及过渡料均采用30 cm 铺筑厚度。为确保寒冷地区沥青混凝土施工质量，本次试验沥青混合料出机口温度控制在170.5℃，入仓温度应达169.1℃，初碾温度控制＞140℃，终碾温度控制＞130℃。对第一层到第三层（新农4 号配合比）碾压试验参数、拌制的沥青混合料，现场钻取芯样及沥青混合料进行了试验检测（结果见表1），从表1 试验结果可以看出：沥青混凝土拌和楼出机口取样的沥青混合料室内检测试件密度、孔隙率、稳定度、流值、水稳定系数、渗透系数、油石比、矿料级配均符合设计技术要求。

表1 拌和楼拌制沥青混凝土检测结果（新农4 号配合比）

根据沥青混凝土第一层至第三层碾压试验确定的参数，采用《新疆车尔臣河大石门水利枢纽工程大坝沥青混凝土配合比试验报告》8#配合比进行第四层复核试验，沥青混合料铺料厚度30 cm，碾压遍数静2 动10 静2。对拌制的沥青混合料质量及现场钻取芯样进行了检测，结果见表2。

表2 现场钻芯取样检测结果（理工大学8 号配合比）

沥青混凝土拌和楼出机口取的沥青混合料及现场碾压试验取芯样进行室内检测，试件密度、隙率、稳定度、流值、水稳定系数、渗透系数、油石比、矿料级配等均符合设计技术要求。

3 水利枢纽沥青混凝土心墙坝设计重点

3.1 坝体设计

大石门水利枢纽工程采用沥青混凝土心墙坝，坝顶高程2304.5 m，最大坝高128.8 m，坝顶宽度12 m，坝长205 m。坝体填筑材料依次分为：上下游砂砾料填筑区、心墙上下游过渡料填筑区、沥青混凝土心墙、利用料填筑区、贴坡排水、下游混凝土网格梁干砌石护坡。其中大坝填筑料主要工程量为：砂砾料填筑量约 312.8 万 m3，过渡料约 16.1 万 m3，沥青混凝土约 1.4 万 m3，可利用料约18.5 万m3，堆石排水料1.30 万m3。坝体心墙按上窄下宽型式布置，顶宽和底宽分别为0.4 m 和0.8 m，厚度从与基座相连处开始从0.8 m 向2 m 按台阶式渐变，在心墙与底座之间设置1.0 mm 厚的止水铜片，并在接触面平铺厚度为10.0 mm的砂纸沥青玛蹄脂。沥青混凝土心墙坝两侧的过渡层粒径最大值 80 mm，＜5 mm 粒径含量在 30%～40%范围，＜0.075 mm 的粒径含量＜5%。渗透系数≥10-3cm/s，碾压后的密实度不小于0.85。沥青混凝土心墙坝标准横剖面图见图1。

图1 沥青混凝土心墙坝标准横剖面图

3.2 原材料及配合比的确定

根据中国水电十五局〔2018〕大坝标报告049 号文件批复意见,选取《且末大石门水库沥青混凝土配合比设计及静动力试验研究报告》（新疆农业大学水利水电设计研究院）推荐的4#沥青混凝土配合比（表3）和《新疆车尔臣河大石门水利枢纽工程大坝沥青混凝土配合比试验报告》（陕西省水利水电工程西安理工大学质量检测中心）推荐8#沥青混凝土配合比为本次碾压工艺试验用配合比（表4）。拌和站加热骨料室内拟合矿料曲线，确定沥青混凝土生产配合比[1]，并签发沥青混凝土配料单。

表3 4# 沥青混凝土配合比

表4 8# 沥青混凝土配合比

3.3 坝基设计

大石门水利枢纽工程沥青混凝土心墙坝及其过渡层基础设置在弱风化岩层，必须在基岩层布设两排固结灌浆孔和帷幕灌浆孔，对心墙坝基座基岩进行灌浆加固。固结灌浆孔设计孔深均为8 m，设计孔距分别为3 m 和2 m；帷幕灌浆孔设计深度为埋深界线以下至少3 m[2]。

4 沥青混凝土心墙坝施工质量控制

4.1 原材料质量控制

大石门水利枢纽工程施工环境气温平均为-12.5℃，在进行混合料拌和前，必须完成沥青的熔化、脱水与保温，如果温度控制不当，必将影响施工质量。

沥青用细骨料级配检测发现细骨料中＜0.075 mm 含量较多，应加强细骨料生产质量控制措施，保证生产过程细骨料中的＜0.075 mm 含量相对稳定，从而保证沥青混凝土质量。本次试验出机口混凝土平均温度170.5℃，每层摊铺试验取四盘沥青混合料模拟施工现场运距约4 km 检测温度损失情况，检测发现4 km（35 min）温度损失平均值约8℃。对于施工中所可能遭遇的极端低温（如2008 年的-27.3℃[3]）应严格控制沥青混凝土出机口温度，采取保温措施，保证入仓温度及碾压效果。

4.2 温度控制及摊铺施工过程中的温度补偿

沥青混凝土从原材料加热到混合料生成整个生产过程都必须严格控制沥青出机温度、摊铺温度、碾压温度。沥青混合料配置过程中，加热温度上限若控制不当，加热时间过长，则沥青老化越严重。沥青混合料出机温度过低，不利于沥青与骨料的粘附，甚至是混合料报废，而出机温度过高，将加速沥青老化，影响混合料质量。碾压温度过高，将导致沥青混合料较大变形以及发丝状裂缝式拥包，温度过低，则无法保证碾压的密实度。

由于温度较低，冬季摊铺施工过程中，刚摊铺完的表层沥青混凝土因温度损失过快而容易吸附至碾轮表面，影响振动碾的正常运转，降低沥青混凝土心墙碾压质量。为此，必须采取温度补偿措施，碾压过程中用燃烧的液化气炙烤震动碾轮，达到温度补偿效果。

4.3 配合比适当调整

根据试验结果对配合比进行适当调整，还要对计量拌合后的混合料(不加沥青和矿粉)进行筛分，以验证沥青拌合站计量系统是否按照调整后的配比进行计量搅拌，根据检测结果，调整拌合站施工配合比，使拌合站生产的沥青混凝土混合料矿料级配曲线与结合现场骨料级配状况调整后的施工配合比级配曲线尽可能吻合。拌和楼计量系统每月应进行标定，确保拌和精度。施工配合比允许偏差见表5。

表5 沥青混凝土施工配合比允许偏差

此外，底部试件密度较上部试件密度小（但也满足设计要求），表明填筑层上部易碾压密实，下部密度随着碾压遍数增加而增大[4]，因此，在施工过程中，严格控制铺料厚度、碾压遍数、碾压方式，确保整个断面厚度内压实质量。

5 结论

本文所进行的沥青混凝土试验证实了沥青含量＞8%时，沥青混凝土压密实良好，防渗性能满足规范要求，而且在寒冷施工环境下，粒径混凝土层间结合容易，结合面与非结合面间孔隙率均匀。大石门水利枢纽工程沥青混凝土心墙冬季施工措施实施后，施工进度提前了7 个月，经济效益和社会效益显著，本工程所积累的寒冷地区沥青混凝土心墙坝施工经验对类似工程具有借鉴意义。