莫莫克水利枢纽大坝心墙沥青混凝土配合比设计

张聚峰

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆莫莫克水利枢纽工程，大坝最大坝高75.0 m，属高坝，工程区地震基本烈度为Ⅷ度，工程设防烈度为Ⅷ度，考虑到碾压式沥青混凝土心墙力学性能指标优于浇筑式沥青混凝土心墙等特点，结合目前国内碾压式沥青混凝土心墙的发展现状，推荐采用碾压式沥青混凝土心墙。碾压式沥青混凝土心墙渗透系数小于10-8 cm/s量级，具有水稳定性，水稳系数应大于0.9。本工程为便于心墙与坝顶防浪墙连接和坝体防渗要求，并改善大坝受力条件，心墙轴线布置在坝轴线上游侧，水平距离4.0 m，采用垂直式沥青混凝土心墙。

2 沥青混凝土心墙原材料

2.1 沥青

根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010）的规定，碾压式沥青混凝土可选用道路石油沥青。根据本工程的工程等级、运用条件及地域等特点，初步选用重交通道路石油沥青（标号AH-90）。

库车水工沥青是一种质地优良，抗老化性能好，温度稳定性和低温性较好，与矿料粘结性能强，延度和针入度比都较高，含蜡量低，变形性能优良，满足本工程碾压式沥青混凝土心墙坝的技术要求。沥青质量技术要求详见表1。

表1 库车水工沥青质量技术检测成果表

2.2 粗骨料

考虑到本工程要求使用的碱性粗骨料，原料需从成品碱性骨料场购买，运距约为120 km，故对酸性改性粗骨料和碱性粗骨料的经济性进行比选。

参考新疆水利水电勘测设计研究院2012年设计建成的新疆昌吉州努尔加水库工程酸性骨料配合比，选XT-2型抗剥落剂，并按沥青质量的0.4%添加。根据概算结果，采用酸性骨料时，心墙沥青混凝土单价为1 797.56元/m3，碾压式沥青混凝土心墙坝工程直接费用为16 072.33万元；采用碱性骨料时，心墙沥青混凝土单价为2 117.15元/m3，碾压式沥青混凝土心墙坝工程直接费用为16 631.54万元。碱性骨料方案心墙坝工程直接费比酸性骨料方案高559.21万元，占坝体工程投资的3.4%。

采用碱性骨料时，心墙坝工程投资比酸性骨料方案高，但二者工程投资相差不大。采用酸性骨料时需对砂砾石骨料进行筛分拌和、沥青混凝土中需加入抗剥离剂，施工工序相对繁琐，现场施工质量控制难度大；根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010）相关规定，碱性骨料与沥青的黏附性能优于酸性骨料，应尽量采用，而且国内外工程实践表明碱性骨料的耐久性优于酸性骨料。综上所述，本阶段推荐采用碱性骨料。

该工程粗骨料拟用灰岩粗骨料，质地坚硬，坚固性较好，与沥青的粘附性达到5级，表观密度、与沥青粘附性、针片状颗粒含量、压碎值、吸水率、含泥量、耐久性等主要受检指标，满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010）及设计技术指标中粗骨料的质量要求。

2.3 细骨料

本工程细骨料选用灰岩细骨料（人工砂），质地坚硬、新鲜，加热也不引起性质变化，坚固性较好，水稳定性等级达到10级，细骨料的粒径范围为：0.075～2.36 mm，吸水率不大于2%，不含有机质和其他杂质，级配良好。主要受检指标满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010）及设计技术指标中细骨料的质量要求。

2.4 填料

填料从附近水泥厂购买成品矿粉填料。不结团块、不含有机质及泥土，表观密度、亲水系数、含水率、细度等主要受检指标，满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）及设计技术指标中填料的质量要求。

3 心墙沥青混凝土配合比设计

3.1 心墙技术规范标准

据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010），并参考国内碾压式沥青混凝土心墙坝工程，提出新疆莫莫克水利枢纽工程沥青混凝土心墙坝的沥青混凝土标准，详见表2。

表2 心墙沥青混凝土技术标准

3.2 心墙沥青混凝土配合比设计

配合比设计主要是确定矿料级配和沥青含量。根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL 501-2010）附录B，矿料级配选择采用丁朴荣公式：

式中：pi——通过孔径为di的过筛率，%；

p0.075——填料用量，%；

r——级配指数；

di——某一筛孔尺寸，mm；

Dmax——矿料最大粒径，mm。

结合计算与相关工程经验，初拟沥青混凝土配合比的材料和级配参数见表3。

表3 初拟沥青混凝土配合比的材料和级配参数表

结合计算结果与相关工程经验，初拟沥青混凝土配合比的矿料级配见表4。

表4 初拟沥青混凝土配合比的矿料级配

4 沥青混凝土试验成果

结合计算与相关工程经验，试验推荐的心墙沥青混凝土配合比，见表5。

表5 试验推荐心墙沥青混凝土配合比