寒冷地區(qū)水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)探討

崔江豫

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)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(nèi)的車爾臣河干流上，距烏魯木齊約1200 km，交通便利。工程任務(wù)為防洪、發(fā)電和灌溉等綜合利用。水庫(kù)總庫(kù)容1.27 億m3，正常蓄水位2300.0 m，電站裝機(jī)容量60 MW，最大壩高128.8 m。工程主要由大壩、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)和地面廠房等主要建筑物組成。工程施工總工期為48 個(gè)月。

2 瀝青混凝土碾壓試驗(yàn)成果

現(xiàn)場(chǎng)鋪筑試驗(yàn)段長(zhǎng)31 m，瀝青混凝土和過(guò)渡料劃分5個(gè)碾壓試驗(yàn)區(qū)和4 個(gè)攤鋪層，瀝青混凝土及過(guò)渡料均采用30 cm 鋪筑厚度。為確保寒冷地區(qū)瀝青混凝土施工質(zhì)量，本次試驗(yàn)瀝青混合料出機(jī)口溫度控制在170.5℃，入倉(cāng)溫度應(yīng)達(dá)169.1℃，初碾溫度控制＞140℃，終碾溫度控制＞130℃。對(duì)第一層到第三層（新農(nóng)4 號(hào)配合比）碾壓試驗(yàn)參數(shù)、拌制的瀝青混合料，現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣及瀝青混合料進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)（結(jié)果見(jiàn)表1），從表1 試驗(yàn)結(jié)果可以看出：瀝青混凝土拌和樓出機(jī)口取樣的瀝青混合料室內(nèi)檢測(cè)試件密度、孔隙率、穩(wěn)定度、流值、水穩(wěn)定系數(shù)、滲透系數(shù)、油石比、礦料級(jí)配均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

表1 拌和樓拌制瀝青混凝土檢測(cè)結(jié)果（新農(nóng)4 號(hào)配合比）

根據(jù)瀝青混凝土第一層至第三層碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù)，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(yàn)報(bào)告》8#配合比進(jìn)行第四層復(fù)核試驗(yàn)，瀝青混合料鋪料厚度30 cm，碾壓遍數(shù)靜2 動(dòng)10 靜2。對(duì)拌制的瀝青混合料質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣檢測(cè)結(jié)果（理工大學(xué)8 號(hào)配合比）

瀝青混凝土拌和樓出機(jī)口取的瀝青混合料及現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)取芯樣進(jìn)行室內(nèi)檢測(cè)，試件密度、隙率、穩(wěn)定度、流值、水穩(wěn)定系數(shù)、滲透系數(shù)、油石比、礦料級(jí)配等均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

3 水利樞紐瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)重點(diǎn)

3.1 壩體設(shè)計(jì)

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(zhǎng)205 m。壩體填筑材料依次分為：上下游砂礫料填筑區(qū)、心墻上下游過(guò)渡料填筑區(qū)、瀝青混凝土心墻、利用料填筑區(qū)、貼坡排水、下游混凝土網(wǎng)格梁干砌石護(hù)坡。其中大壩填筑料主要工程量為：砂礫料填筑量約 312.8 萬(wàn) m3，過(guò)渡料約 16.1 萬(wàn) m3，瀝青混凝土約 1.4 萬(wàn) m3，可利用料約18.5 萬(wàn)m3，堆石排水料1.30 萬(wàn)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(tái)階式漸變，在心墻與底座之間設(shè)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(cè)的過(guò)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(shù)≥10-3cm/s，碾壓后的密實(shí)度不小于0.85。瀝青混凝土心墻壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 瀝青混凝土心墻壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面圖

3.2 原材料及配合比的確定

根據(jù)中國(guó)水電十五局〔2018〕大壩標(biāo)報(bào)告049 號(hào)文件批復(fù)意見(jiàn),選取《且末大石門水庫(kù)瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及靜動(dòng)力試驗(yàn)研究報(bào)告》（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電設(shè)計(jì)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(yàn)報(bào)告》（陜西省水利水電工程西安理工大學(xué)質(zhì)量檢測(cè)中心）推薦8#瀝青混凝土配合比為本次碾壓工藝試驗(yàn)用配合比（表4）。拌和站加熱骨料室內(nèi)擬合礦料曲線，確定瀝青混凝土生產(chǎn)配合比[1]，并簽發(fā)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(shè)計(jì)

大石門水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩及其過(guò)渡層基礎(chǔ)設(shè)置在弱風(fēng)化巖層，必須在基巖層布設(shè)兩排固結(jié)灌漿孔和帷幕灌漿孔，對(duì)心墻壩基座基巖進(jìn)行灌漿加固。固結(jié)灌漿孔設(shè)計(jì)孔深均為8 m，設(shè)計(jì)孔距分別為3 m 和2 m；帷幕灌漿孔設(shè)計(jì)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(zhì)量控制

4.1 原材料質(zhì)量控制

大石門水利樞紐工程施工環(huán)境氣溫平均為-12.5℃，在進(jìn)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(dāng)，必將影響施工質(zhì)量。

瀝青用細(xì)骨料級(jí)配檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)骨料中＜0.075 mm 含量較多，應(yīng)加強(qiáng)細(xì)骨料生產(chǎn)質(zhì)量控制措施，保證生產(chǎn)過(guò)程細(xì)骨料中的＜0.075 mm 含量相對(duì)穩(wěn)定，從而保證瀝青混凝土質(zhì)量。本次試驗(yàn)出機(jī)口混凝土平均溫度170.5℃，每層攤鋪試驗(yàn)取四盤瀝青混合料模擬施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距約4 km 檢測(cè)溫度損失情況，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)4 km（35 min）溫度損失平均值約8℃。對(duì)于施工中所可能遭遇的極端低溫（如2008 年的-27.3℃[3]）應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青混凝土出機(jī)口溫度，采取保溫措施，保證入倉(cāng)溫度及碾壓效果。

4.2 溫度控制及攤鋪施工過(guò)程中的溫度補(bǔ)償

瀝青混凝土從原材料加熱到混合料生成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都必須嚴(yán)格控制瀝青出機(jī)溫度、攤鋪溫度、碾壓溫度。瀝青混合料配置過(guò)程中，加熱溫度上限若控制不當(dāng)，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則瀝青老化越嚴(yán)重。瀝青混合料出機(jī)溫度過(guò)低，不利于瀝青與骨料的粘附，甚至是混合料報(bào)廢，而出機(jī)溫度過(guò)高，將加速瀝青老化，影響混合料質(zhì)量。碾壓溫度過(guò)高，將導(dǎo)致瀝青混合料較大變形以及發(fā)絲狀裂縫式擁包，溫度過(guò)低，則無(wú)法保證碾壓的密實(shí)度。

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

4.3 配合比適當(dāng)調(diào)整

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，還要對(duì)計(jì)量拌合后的混合料(不加瀝青和礦粉)進(jìn)行篩分，以驗(yàn)證瀝青拌合站計(jì)量系統(tǒng)是否按照調(diào)整后的配比進(jìn)行計(jì)量攪拌，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，調(diào)整拌合站施工配合比，使拌合站生產(chǎn)的瀝青混凝土混合料礦料級(jí)配曲線與結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)骨料級(jí)配狀況調(diào)整后的施工配合比級(jí)配曲線盡可能吻合。拌和樓計(jì)量系統(tǒng)每月應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，確保拌和精度。施工配合比允許偏差見(jiàn)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?。ǖ矟M足設(shè)計(jì)要求），表明填筑層上部易碾壓密實(shí)，下部密度隨著碾壓遍數(shù)增加而增大[4]，因此，在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓方式，確保整個(gè)斷面厚度內(nèi)壓實(shí)質(zhì)量。

5 結(jié)論

本文所進(jìn)行的瀝青混凝土試驗(yàn)證實(shí)了瀝青含量＞8%時(shí)，瀝青混凝土壓密實(shí)良好，防滲性能滿足規(guī)范要求，而且在寒冷施工環(huán)境下，粒徑混凝土層間結(jié)合容易，結(jié)合面與非結(jié)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(shí)施后，施工進(jìn)度提前了7 個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，本工程所積累的寒冷地區(qū)瀝青混凝土心墻壩施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程具有借鑒意義。