沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区的应用

秦学兵

（新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院 新疆 阿勒泰 836500）

1 沥青混凝土心墙坝特点

沥青混凝土应用于水电、灌溉、供水、防洪及其他工程的防渗体已有120多年的历史。沥青混凝土心墙防渗土石坝是一种新兴的坝体结构，它根据其防渗型式分为碾压式沥青混凝土面板坝、碾压式沥青混凝土心墙和浇筑式沥青混凝土心墙。

沥青混凝土心墙坝是利用经压实或浇筑密实冷却后的沥青混合料做为坝体防渗体以防止库水渗漏，达到水库蓄水之目。它的主要依据是沥青及配合料的以下主要特性：①渗透性低；②感温性强；③力学变形特性好；④耐久性强；⑤抗疲劳性强。因此，该材料常被用做坝体防渗材料。

沥青心墙坝分为浇筑式沥青混凝土心墙坝与碾压式沥青混凝土心墙坝，浇筑式沥青混凝土心墙坝与碾压式沥青混凝土心墙坝的主要区别是沥青含量和施工方法不同。浇筑式沥青混凝土心墙沥青含量在9%～13%，抗流变性能好，心墙的浇筑不用碾压工具，靠本身的重量压密，因此其施工方法有很大的灵活性和独到之处；碾压式沥青混凝土心墙沥青含量在6%～7.5%，沥青含量少，所以需要机具进行碾压。

骨料是沥青混凝土结构的骨架，占沥青混凝土质量的80%左右。骨料可以分为粗骨料、细骨料以及填充料。在水工沥青混凝土中，粗骨料通常被定义为粒径大于2.5mm的粒料，细骨料通常是指粒径位于0.074mm～2.5mm之间的粒料，填充料则是粒径小于0.074mm的粒料。骨料宜采用性质稳定、质地坚硬的岩石加工而成；骨料中针片状颗粒的含量应该较少；骨料表面应清洁干净；选择骨料应尽量选择碱性骨料，当需用酸性或中性岩石时，必须经过充分的论证。

对于沥青混凝土，其抗渗性与孔隙率有很大关系，孔隙率越小，渗透系数越小。当孔隙率小于4%时，渗透系数可以小于10-7cm/s，当孔隙率小于3%时，沥青混凝土基本是不透水的；同时，渗透系数与时间也有关，时间历时越长，渗透系数越小，而这种现象正好就是沥青混凝土在水头作用下自愈的表现。

2 沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区应用的原因

早在20世纪30年代，沥青混凝土心墙坝就在俄罗斯水利枢纽得到应用，并取得了成功经验。1962年第一座采用机械碾压式的沥青混凝土心墙坝在德国建成，引起了坝工程界的重视，在之后的几十年，工程技术人员对沥青混凝土心墙坝不断地实验研究，沥青混凝土做为一种新型的防渗材料开始在水利水电工程中得到广泛推广应用，先后在世界范围内建成近100座沥青混凝土心墙坝，其中百米高坝约10座。我国于1974年在辽宁郭台子修建了第一座碾压式沥青混凝土心墙坝，目前国内已修建沥青混凝土心墙坝32余座。

进入上世纪90年代，新疆开始引进这种新型土石坝坝型，特别是高寒区沥青心墙坝施工简单、工期短、不受气候的影响等，在阿勒泰地区被广泛应用。阿勒泰地区沥青混凝土心墙坝的兴起开始于2010年，目前已建成和待建沥青混凝土心墙坝就有7座。它应用的主要原因有：

（1）沥青混凝土心墙坝受气候影响小，施工周期短。因心墙位于坝壳内部，基本不受气候、风浪等机力的损伤，孔隙率小于2%，渗透系数10-11cm/s，基本没有水侵入其中，冰冻不会影响到沥青混凝土的工程性质，而且心墙不需要防冻处理与保护。沥青混凝土心墙坝坝体结构比较简单、心墙厚度薄、对骨料要求不高、工程量少、受气候等条件影响较小，尤其适用于气候寒冷的地区，因此该坝在北方地区得到广泛地应用。沥青混凝土心墙坝与沥青混凝土面板坝相比，心墙坝受外界温度及光照影响较小，摊铺压实容易，与河床及两岸混凝土垫座易于链接。心墙坝更适应寒冷气候下施工，尤其是在阿勒泰地区更突显了其不受气候影响、总周期短的特点。近几年来，该坝型先后在阿勒泰地区新建和加固的水库中广泛被应用，比如在建的哈巴河县加那尕什水库、阿勒泰市的乌拉斯特水库，还有已完成的克孜加尔水库、也拉曼水库、东塔勒德水库和强罕水库等均为沥青混凝土心墙坝。沥青混凝土心墙坝在阿勒泰的建设填补了高寒地区混凝土心墙坝的空白。

表1 阿勒泰地区新建和加固后沥青混凝土心墙特性表

（2）沥青混凝土心墙具有良好的自愈能力。广大工程界专家和学者一致认为沥青混凝土心墙在其水压、坝体填料、心墙两侧过渡料等共同作用下，具有较强的自愈能力。工程界普遍认为，沥青混凝土心墙在运行过程中，一旦发生变形甚至裂缝，不容易扩大，并且能自愈闭合。

（3）阿勒泰距离克拉玛依油田大约400km左右，交通便利，而且沥青的来源和成本都很低，具有得天独厚的地理优势，所以在防渗材料选择上比起其它坝型上要节省更多的勘探工作量。

（4）目前无论是浇筑式沥青混凝土心墙坝还是碾压式沥青混凝土心墙坝，其施工工程和机械设备已在国内外有成功的施工经验和施工设备，所对工程建设上将投资会更省、施工速度更简单快捷，也是被阿勒泰地区普及的一个主要原因。

3 沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区的发展前景

最近几年一些专业人士对大坝工程造价进行了详细的调查分析，在对混凝土面板坝、粘土心墙坝和沥青混凝土心墙坝对比后，综合下来沥青混凝土心墙坝的投资相对较省，所以也是常被采用的一个主要原因。

考虑到沥青混凝土心墙坝的特性和简单的施工工艺，同时结合阿勒泰地区自然气候条件，该坝型也逐渐在阿勒泰地区被普及利用。截至到2014年阿勒泰地区已完成新建和加固并注册的水库67座，在建的水库3座，共计70座。这些水库中属沥青混凝土心墙坝的有7座，在建的3座水库均为沥青混凝土心墙坝。目前《新疆克孜加尔水利枢纽工程》和《新疆哈巴河县加那尕什水库工程》沥青心墙坝设计方案已被列入《新疆坝工》设计一书，从而充分可以证明沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区的普及应用已被得到认可。此书已在新疆水利系统被广泛交流，对全疆以后新建水利枢纽或沥青混凝土心墙坝设计有一定的借鉴作用。阿勒泰地区新建和加固后沥青混凝土心墙坝的特性见下表1。

根据阿勒泰地区“十二五”水利规划，阿勒泰地区在2030年要建设的水库为15座，其中推荐的最多的坝型为沥青混凝土心墙坝。所以沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区有巨大的潜力。

4 结语

随着科学技术的不断发展，在广大科研工作者的不懈努力和生产一线工程技术人员的探索实践下，在坝体设计、坝基处理、施工工艺和建筑材料等关键技术上将取得不断的进步和创新，相信未来沥青混凝土心墙坝会被越来越多的推广和使用。可以认为沥青混凝土心墙坝将以它特有的优势在阿勒泰地区水利工程上得以蓬勃发展。※