阿勒泰市乌拉斯特水库沥青混凝土心墙堆石坝

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(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院， 新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰市乌拉斯特水库沥青混凝土心墙堆石坝

娜孜拉·吐斯布那比

(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院， 新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰市处于高寒地区，冬季漫长，施工工期比较短，新建一座水库一般需要3年时间完工；而沥青混凝土心墙坝可在较低温度下施工，施工期较长，对坝基坝体变形适应性强，心墙自愈能力好。本文以乌拉斯特水库为例，介绍了其混凝土心墙堆石坝的坝体分区、防渗体结构设计、沥青混凝土与基础和岸坡的连接、沥青混凝土心墙配合比设计和坝肩及坝肩防渗处理，供同类工程参考。

水库； 沥青混凝土心墙； 防渗结构

1 工程概况

乌拉斯特水库位于阿勒泰市拉斯特乡境内，处在克兰河一级支流乌拉斯沟上。阿勒泰市分别为“216”、“217”国道的起点，至乌鲁木齐市距离分别为666km和750km，交通便利。乌拉斯特水库总库容1518万m3，兴利库容1235万m3。工程主要由大坝、导流兼泄洪洞、溢洪道和放水涵洞等建筑物组成。该工程等别为Ⅲ等中型工程，主要建筑物级别为3级，临时建筑物级别为4级。

工程建设任务：修建乌拉斯特水库拦蓄春洪，调节年内水量余缺，可解决灌区夏季缺水问题，保证克兰河上游灌区1.96万hm2的灌溉用水，并可将乌拉斯沟下游河道两岸的防洪能力提高到30年一遇。

2 水文及工程地质

坝址以上流域面积140km2，坝址处多年平均年径流量4096万m3。水库主要建筑物设计洪水标准重现期为50年一遇，洪峰流量201m3/s。校核洪水标准为2000年一遇，洪峰流量290m3/s。土围堰设计洪水标准为10年一遇，枯水期洪峰流量40m3/s；汛期洪峰流量157m3/s。坝体度汛洪水标准取20年一遇，洪峰流量176m3/s。水库多年平均入库总沙量为3.19×104t,多年平均含沙量0.41kg/m3。

库坝区地震动峰值加速度为144.5gal，场区的基本裂度为Ⅶ度。库区位于阿勒泰市拉斯特乡境内，乌拉斯沟与夏恰沟两河汇合三角洲以上，库区呈不规则“Y”字形，库盆被绵延起伏的中低山所环抱，地形切割较强烈，起伏变化大。库盆在乌拉斯沟现代河谷内，河谷为窄深式“V”形，河谷宽60～200m不等，两岸不对称发育，有三级阶地。左坝肩岩体雄厚，坝肩稳定，存在少量的卸荷体，建议施工中清除。坡脚处覆盖5～8m的碎石土，该段透水率小于10Lu的岩体厚度为40～70m，考虑谷坡陡峭、顺河裂隙发育，绕坝渗漏范围较大。河谷段覆盖层分两段，右岸段漂卵砾石大约6m，左岸I级阶地厚13m左右，表层为7.5m的细粒土质砂和漂卵砾石混土层，7.5m以下的漂卵砾石粗大、含泥量少，密实，可作为坝壳料地基。该段基岩透水率小于10Lu的岩体厚度为25～65m，小于5Lu的岩体厚度为40～77m。右岸Ⅲ级阶地覆盖层6m厚，下部漂卵砾石混土层作为坝壳料地基满足要求，透水率小于10Lu的岩体厚度25m左右，小于5Lu的岩体厚度40m左右。右坝肩为丘陵地貌，坝肩稳定，不存在卸荷体，坝肩透水率小于10Lu的岩体厚度为15～25m，小于5Lu的岩体厚度为40m左右，坝肩略显单薄。

3 枢纽布置

水库工程由沥青混凝土心墙坝、导流兼泄洪洞、溢洪道和灌溉放水涵洞组成。

坝轴线位于克兰河汇合口以上2.8km处，坝轴线基本与河道正交。最大坝高69.8m，坝顶长度475.0m。溢洪道布置于右岸紧靠坝肩处，为侧槽式的溢洪道，采用WES实用堰，由进口侧槽段、调整段、泄槽段和消能段等组成。导流兼泄洪洞在工程施工期承担导流、度汛任务，运行期承担泄洪、放空任务。导流洪水标准10年一遇，导流兼泄洪洞布置于河床的右岸，进口控制孔口尺寸为3m×2.5m，进口底板高程978.5m。导流兼泄洪洞由进口段、闸井段、有压隧洞段、闸井控制段、无压隧洞段、出口消能防冲段等部分组成。灌溉放水涵洞主要包括进口段、洞身段、闸井段、消能段和泄水渠段。

4 大坝设计

4.1 坝体轮廓设计

挡水坝采用沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高69.8m，坝顶宽度8.0m，坝长475.0m。上游坝坡1∶1.8，下游坝坡1∶1.8。上游坝坡采用素混凝土护坡，护坡厚20cm，混凝土指标C25F200W6，混凝土面板护坡至围堰顶996.50m，顶部设C20F200混凝土护坡阻滑墙，现浇板尺寸为3.0m×3.0m，缝内填充高压闭孔板。现浇板上设直径100mm的排水孔，排水孔间排距均为1.50m，孔数由底部每块板4个孔变为上部正常蓄水位每块板2个孔。下游设置干砌石护坡，厚40cm，并在下游坝坡设“之”字形上坝道路，道路宽4.0m。为便于管理，大坝上游坝坡设置1.5m宽C25F200混凝土台阶。坝顶采用混凝土路面，面层厚度0.15m，坡度为2%，在坝顶上游侧设置“L”形钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高程1031.2m，墙高2.5m，底宽2.1m，墙厚0.4m。

4.2 坝体分区

坝体填筑分区从上游至下游依次为：上游堆石料区、上游过渡料区、防渗区(沥青混凝土心墙)、下游过渡料区、下游主堆石料区、下游次堆石区。

4.2.1 上、下游堆石料区及下游次堆石区

采用爆破堆石料填筑，填筑时采用统一堆石填筑，每层填筑厚度80cm。堆石料要求级配良好，其中，粒径小于0.1mm的含量要小于5%，最大粒径不大于60cm，含泥量小于3%，经碾压后坝体堆石的设计孔隙率要小于22%。下游次堆石体填筑料部分为溢洪道和导流洞开挖料，回填在坝体内部，其填料标准与主堆石标准一致。

4.2.2 上、下游过渡料区

位于沥青混凝土心墙上、下游过渡层水平宽度均为2.0m，等宽布置，过渡层填筑至心墙顶部，与沥青混凝土同步摊铺和碾压，底部填筑在建基面上。过渡料要求:砂砾石级配良好，致密坚硬，具有较强的抗风化性和抗风化能力，最大粒径小于80mm，中值粒径d50=9～12mm，小于5mm粒径含量为25%～40%，含泥量小于5%，压实后渗透系数不小于1×10-2cm/s，孔隙率不大于20%，相对密度Dr≥0.85。

4.2.3 防渗料区

防渗料主要分布在大坝心墙部位，沥青混凝土心墙轴线与坝轴线平行，为便于心墙与防浪墙连接，心墙轴线位于坝轴线上游3.0m。沥青混凝土心墙的厚度从混凝土灌浆盖板以上至1000m高程以下，为0.7m，1000～1028.4m高程范围内心墙厚度为0.6m，心墙底部与混凝土基座接触处心墙放大脚厚度由0.7m渐变为2.0m，渐变高度为2.0m。心墙顶与防浪墙底连接，心墙顶高程为1028.4m。沥青混凝土心墙顶部嵌入防浪墙底20cm，与坝顶防浪墙紧密结合。

4.3 防渗体结构设计

4.3.1 心墙型式的选择及沥青混凝土心墙结构布置

乌拉斯特水库位于高寒区，考虑到工期及季节的影响和坝高等因素，并参考目前已施工的沥青心墙坝，此次设计沥青混凝土心墙选择碾压式。沥青混凝土心墙受气候影响小，对坝基坝体变形适应性强，抗震性能好。大坝沥青混凝土心墙采用垂直布置，将墙体轴线偏向上游侧，以便与坝体防浪墙连接，沥青混凝土心墙防渗体轴线距坝轴线的距离为3.0m。

4.3.2 沥青混凝土心墙的技术指标

该工程沥青混凝土技术要求为：沥青混凝土容重大于2.37t/m3，孔隙率小于3%，渗透系数小于1×10-7cm/s，水稳定系数不小于0.85，分离度小于1.05。

4.3.3 沥青混凝土心墙厚度设计

该工程沥青混凝土心墙坝坝顶高程1028.40m，厚度从混凝土灌浆盖板以上2～1000m高程以下为0.7m，1000～1028.4m高程内心墙厚度为0.6m，心墙底部与混凝土基座接触处心墙放大脚厚度由0.7m渐变为2.0m，渐变高度为2.0m。

4.3.4 沥青混凝土心墙周边结构设计

由于沥青混凝土的黏弹塑性，在长期水压力作用下，心墙比基岩和混凝土构件更容易变形，因此，应注意使柔性的沥青混凝土压在刚性构件上，并尽可能增大接触面积。水库蓄水后水压力引起水平应力，会使沥青混凝土心墙产生一定的水平位移。结合该工程地形地质条件，将岸坡削成不陡于1∶0.5的坡度，并浇注1.5m厚的混凝土底板与心墙扩大的端部连接。混凝土板与河床基岩连接，其下设帷幕灌浆及固结灌浆。

4.3.5 接缝面胶结材料

4.4 沥青混凝土心墙与基础和岸坡的连接

4.4.1 沥青混凝土心墙与基础和岸坡的连接

4.4.2 沥青混凝土心墙和建筑物连接设计

沥青混凝土心墙和建筑物的连接主要是与导流洞和放水涵洞等建筑物连接，两种建筑物边墙两侧的石方开挖部分直接用抛石混凝土回填，然后再浇筑灌浆盖板，此处的灌浆盖板与坝轴线方向的上、下处灌浆盖板连接，灌浆时建筑物两侧的抛石混凝土也要进行灌浆加固，防止该处渗流，确保工程安全运行。

4.5 沥青混凝土心墙配合比设计

沥青混凝土配合比应通过室内试验和现场铺设试验进行选择。所选配合比的各项技术指标应满足设计对沥青混凝土提出的要求，并有良好的施工性能，且经济上合理。沥青混凝土室内试验应根据当地温度、坝高、坝壳料性能、施工和蓄水速度、施工配料精度等条件进行。

沥青混凝土心墙材料要求如下：

a.沥青。石油沥青技术要求，70号指标要求：针入度(25℃，100g，5s)60～80(1/10mm)，延度(10℃)不小于25cm，软化点(环球法)不小于46℃，溶解度(三氯乙烯)99.5%，闪点(开口法)不小于260℃，含蜡量不大于2.2%。

b.粗骨料。工程沥青混凝土墙所需的碱性骨料料场位于阿苇滩镇北部山区，距工程区25km。技术要求为：ⓐ粗骨料粒径范围最大粒径为19mm，最小粒径大于2.5mm，形状呈方形，针片状粒料含量小于20%，逊径含量小于10%；ⓑ质地坚硬、新鲜，不因加热引起性质变化，表观密度大于2.6g/cm3，吸水率不大于2%；ⓒ含泥量不大于0.3%；ⓓ坚固性好，用硫酸钠法干湿循环5次，重量损失小于12%；ⓔ黏附性能好，与沥青的黏附力应达4级以上；ⓕ级配良好。

c.细骨料。沥青混凝土细骨料与混凝土骨料统一考虑。细骨料要求:ⓐ质地坚硬、新鲜，不因加热引起性质变化，吸水率不大于2%；ⓑ粒径范围小于2.5mm并大于0.075mm；ⓒ干净，不含有机质和其他杂质，含泥量不大于3%;ⓓ坚固性好，用硫酸钠干湿循环5次，重量损失小于15%;ⓔ水稳定等级不低于6级。级配良好，粒径组成应符合试验提出的级配曲线的要求。

d.填充料。填充料的粒径选用小于0.074mm的极细矿粉，对填料的要求为粒径0.074mm的筛孔通过率大于85%，不含泥土、有机物等杂质，亲水系数不大于1，含水率小于0.5%，表观密度大于2.5g/cm3。对拟采用的填料要求:ⓐ颗粒组成应符合规定；ⓑ亲水性系数不大于1.0；ⓒ含水率不小于0.5%；ⓓ不含泥土、有机物等杂质、结块和团粒，碳酸钙含量大于95%。

e.初选沥青混凝土配合比。根据设计规范和工程经验及该工程所在地的气温及原材料实际情况，初拟沥青混凝土配合比如下：骨料最大粒径16mm，沥青6.5%～8.5%，填料14%～24%，级配指数0.40，矿粉浓度2.0。

4.6 坝基及坝肩防渗处理

a.基础开挖。坝体填筑前，先清除坝址处主河床表层腐殖质土和下部含泥的漂卵砾石，采用大开挖形式，开挖至基岩面，使整个心墙基座落在弱风化基岩表层。

b.固结灌浆。清基完成后，沿沥青心墙轴线方向开挖基岩槽，然后浇筑C25混凝土灌浆盖板基座，厚1.0m，以封闭基岩裂隙，并可作为基础固结灌浆和帷幕灌浆的盖板。固结灌浆设2排，孔深6.0m，排距2.0m，孔距2.0m。

c.坝基坝肩帷幕灌浆：坝基灌浆孔采用1排，孔距2.0m，河床及两岸坝肩段灌浆深度指标采用小于5Lu控制。坝肩采用1排，孔距2.0m，坝肩两岸帷幕灌浆在与坝相邻处标准为伸入kq<5Lu的相对不透水层。

5 结 语

阿勒泰市处于高寒地区，冬季漫长，而沥青混凝土心墙坝可在较低温度下施工，施工期较长，对坝基坝体变形适应性强，抗震性能好，心墙自愈能力好。运行期沥青混凝土心墙防渗体受严寒气候影响较小，安全性较高，施工简便，且早期可蓄水。

Asphalt Concrete Core Wall Rock-fill Dam of Altay Urasty Reservoir

Nazila·Tusibunabi

(Xinjiang Altay Hydro and Power Design Institute, Altay 836500, China)

Altay is located in alpine region, which is characterized by long winter and relatively short construction period, therefore constructing a new reservoir generally takes three years. Asphalt Concrete Core Wall Dam can be constructed under lower temperature with longer construction period, strong adaptability to deformation on dam foundation and dam body, and strong self-healing ability on core wall. In the paper, Urasty Reservoir is adopted as an example for introducing dam division of concrete core wall rock-fill dam, impermeable material structure design, connection among asphalt concrete, foundation and bank slope, asphalt concrete core wall mix proportion design, and anti-seepage treatment between dam abutments, which is provided as reference for similar projects.

reservoir; asphalt concrete core wall; impermeable structure

TV62

B

1005-4774(2014)08-0022-04