瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區(qū)的應(yīng)用

秦學(xué)兵

（新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)院 新疆 阿勒泰 836500）

1 瀝青混凝土心墻壩特點(diǎn)

瀝青混凝土應(yīng)用于水電、灌溉、供水、防洪及其他工程的防滲體已有120多年的歷史。瀝青混凝土心墻防滲土石壩是一種新興的壩體結(jié)構(gòu)，它根據(jù)其防滲型式分為碾壓式瀝青混凝土面板壩、碾壓式瀝青混凝土心墻和澆筑式瀝青混凝土心墻。

瀝青混凝土心墻壩是利用經(jīng)壓實(shí)或澆筑密實(shí)冷卻后的瀝青混合料做為壩體防滲體以防止庫水滲漏，達(dá)到水庫蓄水之目。它的主要依據(jù)是瀝青及配合料的以下主要特性：①滲透性低；②感溫性強(qiáng)；③力學(xué)變形特性好；④耐久性強(qiáng)；⑤抗疲勞性強(qiáng)。因此，該材料常被用做壩體防滲材料。

瀝青心墻壩分為澆筑式瀝青混凝土心墻壩與碾壓式瀝青混凝土心墻壩，澆筑式瀝青混凝土心墻壩與碾壓式瀝青混凝土心墻壩的主要區(qū)別是瀝青含量和施工方法不同。澆筑式瀝青混凝土心墻瀝青含量在9%～13%，抗流變性能好，心墻的澆筑不用碾壓工具，靠本身的重量壓密，因此其施工方法有很大的靈活性和獨(dú)到之處；碾壓式瀝青混凝土心墻瀝青含量在6%～7.5%，瀝青含量少，所以需要機(jī)具進(jìn)行碾壓。

骨料是瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的骨架，占瀝青混凝土質(zhì)量的80%左右。骨料可以分為粗骨料、細(xì)骨料以及填充料。在水工瀝青混凝土中，粗骨料通常被定義為粒徑大于2.5mm的粒料，細(xì)骨料通常是指粒徑位于0.074mm～2.5mm之間的粒料，填充料則是粒徑小于0.074mm的粒料。骨料宜采用性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石加工而成；骨料中針片狀顆粒的含量應(yīng)該較少；骨料表面應(yīng)清潔干凈；選擇骨料應(yīng)盡量選擇堿性骨料，當(dāng)需用酸性或中性巖石時(shí)，必須經(jīng)過充分的論證。

對于瀝青混凝土，其抗?jié)B性與孔隙率有很大關(guān)系，孔隙率越小，滲透系數(shù)越小。當(dāng)孔隙率小于4%時(shí)，滲透系數(shù)可以小于10-7cm/s，當(dāng)孔隙率小于3%時(shí)，瀝青混凝土基本是不透水的；同時(shí)，滲透系數(shù)與時(shí)間也有關(guān)，時(shí)間歷時(shí)越長，滲透系數(shù)越小，而這種現(xiàn)象正好就是瀝青混凝土在水頭作用下自愈的表現(xiàn)。

2 瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區(qū)應(yīng)用的原因

早在20世紀(jì)30年代，瀝青混凝土心墻壩就在俄羅斯水利樞紐得到應(yīng)用，并取得了成功經(jīng)驗(yàn)。1962年第一座采用機(jī)械碾壓式的瀝青混凝土心墻壩在德國建成，引起了壩工程界的重視，在之后的幾十年，工程技術(shù)人員對瀝青混凝土心墻壩不斷地實(shí)驗(yàn)研究，瀝青混凝土做為一種新型的防滲材料開始在水利水電工程中得到廣泛推廣應(yīng)用，先后在世界范圍內(nèi)建成近100座瀝青混凝土心墻壩，其中百米高壩約10座。我國于1974年在遼寧郭臺子修建了第一座碾壓式瀝青混凝土心墻壩，目前國內(nèi)已修建瀝青混凝土心墻壩32余座。

進(jìn)入上世紀(jì)90年代，新疆開始引進(jìn)這種新型土石壩壩型，特別是高寒區(qū)瀝青心墻壩施工簡單、工期短、不受氣候的影響等，在阿勒泰地區(qū)被廣泛應(yīng)用。阿勒泰地區(qū)瀝青混凝土心墻壩的興起開始于2010年，目前已建成和待建瀝青混凝土心墻壩就有7座。它應(yīng)用的主要原因有：

（1）瀝青混凝土心墻壩受氣候影響小，施工周期短。因心墻位于壩殼內(nèi)部，基本不受氣候、風(fēng)浪等機(jī)力的損傷，孔隙率小于2%，滲透系數(shù)10-11cm/s，基本沒有水侵入其中，冰凍不會影響到瀝青混凝土的工程性質(zhì)，而且心墻不需要防凍處理與保護(hù)。瀝青混凝土心墻壩壩體結(jié)構(gòu)比較簡單、心墻厚度薄、對骨料要求不高、工程量少、受氣候等條件影響較小，尤其適用于氣候寒冷的地區(qū)，因此該壩在北方地區(qū)得到廣泛地應(yīng)用。瀝青混凝土心墻壩與瀝青混凝土面板壩相比，心墻壩受外界溫度及光照影響較小，攤鋪壓實(shí)容易，與河床及兩岸混凝土墊座易于鏈接。心墻壩更適應(yīng)寒冷氣候下施工，尤其是在阿勒泰地區(qū)更突顯了其不受氣候影響、總周期短的特點(diǎn)。近幾年來，該壩型先后在阿勒泰地區(qū)新建和加固的水庫中廣泛被應(yīng)用，比如在建的哈巴河縣加那尕什水庫、阿勒泰市的烏拉斯特水庫，還有已完成的克孜加爾水庫、也拉曼水庫、東塔勒德水庫和強(qiáng)罕水庫等均為瀝青混凝土心墻壩。瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰的建設(shè)填補(bǔ)了高寒地區(qū)混凝土心墻壩的空白。

表1 阿勒泰地區(qū)新建和加固后瀝青混凝土心墻特性表

（2）瀝青混凝土心墻具有良好的自愈能力。廣大工程界專家和學(xué)者一致認(rèn)為瀝青混凝土心墻在其水壓、壩體填料、心墻兩側(cè)過渡料等共同作用下，具有較強(qiáng)的自愈能力。工程界普遍認(rèn)為，瀝青混凝土心墻在運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生變形甚至裂縫，不容易擴(kuò)大，并且能自愈閉合。

（3）阿勒泰距離克拉瑪依油田大約400km左右，交通便利，而且瀝青的來源和成本都很低，具有得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢，所以在防滲材料選擇上比起其它壩型上要節(jié)省更多的勘探工作量。

（4）目前無論是澆筑式瀝青混凝土心墻壩還是碾壓式瀝青混凝土心墻壩，其施工工程和機(jī)械設(shè)備已在國內(nèi)外有成功的施工經(jīng)驗(yàn)和施工設(shè)備，所對工程建設(shè)上將投資會更省、施工速度更簡單快捷，也是被阿勒泰地區(qū)普及的一個主要原因。

3 瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區(qū)的發(fā)展前景

最近幾年一些專業(yè)人士對大壩工程造價(jià)進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查分析，在對混凝土面板壩、粘土心墻壩和瀝青混凝土心墻壩對比后，綜合下來瀝青混凝土心墻壩的投資相對較省，所以也是常被采用的一個主要原因。

考慮到瀝青混凝土心墻壩的特性和簡單的施工工藝，同時(shí)結(jié)合阿勒泰地區(qū)自然氣候條件，該壩型也逐漸在阿勒泰地區(qū)被普及利用。截至到2014年阿勒泰地區(qū)已完成新建和加固并注冊的水庫67座，在建的水庫3座，共計(jì)70座。這些水庫中屬瀝青混凝土心墻壩的有7座，在建的3座水庫均為瀝青混凝土心墻壩。目前《新疆克孜加爾水利樞紐工程》和《新疆哈巴河縣加那尕什水庫工程》瀝青心墻壩設(shè)計(jì)方案已被列入《新疆壩工》設(shè)計(jì)一書，從而充分可以證明瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區(qū)的普及應(yīng)用已被得到認(rèn)可。此書已在新疆水利系統(tǒng)被廣泛交流，對全疆以后新建水利樞紐或?yàn)r青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。阿勒泰地區(qū)新建和加固后瀝青混凝土心墻壩的特性見下表1。

根據(jù)阿勒泰地區(qū)“十二五”水利規(guī)劃，阿勒泰地區(qū)在2030年要建設(shè)的水庫為15座，其中推薦的最多的壩型為瀝青混凝土心墻壩。所以瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區(qū)有巨大的潛力。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在廣大科研工作者的不懈努力和生產(chǎn)一線工程技術(shù)人員的探索實(shí)踐下，在壩體設(shè)計(jì)、壩基處理、施工工藝和建筑材料等關(guān)鍵技術(shù)上將取得不斷的進(jìn)步和創(chuàng)新，相信未來瀝青混凝土心墻壩會被越來越多的推廣和使用?？梢哉J(rèn)為瀝青混凝土心墻壩將以它特有的優(yōu)勢在阿勒泰地區(qū)水利工程上得以蓬勃發(fā)展?！?/p>