瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區的應用

秦學兵

（新疆阿勒泰地區水利水電勘測設計院 新疆 阿勒泰 836500）

1 瀝青混凝土心墻壩特點

瀝青混凝土應用于水電、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構，它根據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壓實或澆筑密實冷卻后的瀝青混合料做為壩體防滲體以防止庫水滲漏，達到水庫蓄水之目。它的主要依據是瀝青及配合料的以下主要特性：①滲透性低；②感溫性強；③力學變形特性好；④耐久性強；⑤抗疲勞性強。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，所以需要機具進行碾壓。

骨料是瀝青混凝土結構的骨架，占瀝青混凝土質量的80%左右。骨料可以分為粗骨料、細骨料以及填充料。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。骨料宜采用性質穩定、質地堅硬的巖石加工而成；骨料中針片狀顆粒的含量應該較少；骨料表面應清潔干凈；選擇骨料應盡量選擇堿性骨料，當需用酸性或中性巖石時，必須經過充分的論證。

對于瀝青混凝土，其抗滲性與孔隙率有很大關系，孔隙率越小，滲透系數越小。當孔隙率小于4%時，滲透系數可以小于10-7cm/s，當孔隙率小于3%時，瀝青混凝土基本是不透水的；同時，滲透系數與時間也有關，時間歷時越長，滲透系數越小，而這種現象正好就是瀝青混凝土在水頭作用下自愈的表現。

2 瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區應用的原因

早在20世紀30年代，瀝青混凝土心墻壩就在俄羅斯水利樞紐得到應用，并取得了成功經驗。1962年第一座采用機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，工程技術人員對瀝青混凝土心墻壩不斷地實驗研究，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用，先后在世界范圍內建成近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，目前國內已修建瀝青混凝土心墻壩32余座。

進入上世紀90年代，新疆開始引進這種新型土石壩壩型，特別是高寒區瀝青心墻壩施工簡單、工期短、不受氣候的影響等，在阿勒泰地區被廣泛應用。阿勒泰地區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。因心墻位于壩殼內部，基本不受氣候、風浪等機力的損傷，孔隙率小于2%，滲透系數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，而且心墻不需要防凍處理與保護。瀝青混凝土心墻壩壩體結構比較簡單、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，因此該壩在北方地區得到廣泛地應用。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，攤鋪壓實容易，與河床及兩岸混凝土墊座易于鏈接。心墻壩更適應寒冷氣候下施工，尤其是在阿勒泰地區更突顯了其不受氣候影響、總周期短的特點。近幾年來，該壩型先后在阿勒泰地區新建和加固的水庫中廣泛被應用，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填補了高寒地區混凝土心墻壩的空白。

表1 阿勒泰地區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者一致認為瀝青混凝土心墻在其水壓、壩體填料、心墻兩側過渡料等共同作用下，具有較強的自愈能力。工程界普遍認為，瀝青混凝土心墻在運行過程中，一旦發生變形甚至裂縫，不容易擴大，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，具有得天獨厚的地理優勢，所以在防滲材料選擇上比起其它壩型上要節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，其施工工程和機械設備已在國內外有成功的施工經驗和施工設備，所對工程建設上將投資會更省、施工速度更簡單快捷，也是被阿勒泰地區普及的一個主要原因。

3 瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區的發展前景

最近幾年一些專業人士對大壩工程造價進行了詳細的調查分析，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，同時結合阿勒泰地區自然氣候條件，該壩型也逐漸在阿勒泰地區被普及利用。截至到2014年阿勒泰地區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》瀝青心墻壩設計方案已被列入《新疆壩工》設計一書，從而充分可以證明瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區的普及應用已被得到認可。此書已在新疆水利系統被廣泛交流，對全疆以后新建水利樞紐或瀝青混凝土心墻壩設計有一定的借鑒作用。阿勒泰地區新建和加固后瀝青混凝土心墻壩的特性見下表1。

根據阿勒泰地區“十二五”水利規劃，阿勒泰地區在2030年要建設的水庫為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有巨大的潛力。

4 結語

隨著科學技術的不斷發展，在廣大科研工作者的不懈努力和生產一線工程技術人員的探索實踐下，在壩體設計、壩基處理、施工工藝和建筑材料等關鍵技術上將取得不斷的進步和創新，相信未來瀝青混凝土心墻壩會被越來越多的推廣和使用。可以認為瀝青混凝土心墻壩將以它特有的優勢在阿勒泰地區水利工程上得以蓬勃發展。※