付光均，向尚君

(1.西藏大唐扎拉水电开发有限公司，西藏 昌都 854000； 2.安蓉建设总公司，成都 611135)

0 引 言

沥青混凝土防渗心墙以其结构简单、工程量小、施工速度快、防渗性能可靠、良好的适应变形性能以及对产生裂缝具有一定的自愈能力，已越来越多地应用于土石坝工程中[1-2]。近年来，以碾压式沥青混凝土心墙在西藏旁多水利枢纽首次应用为起点，波堆水电站、恰央水库、雅砻水库、结巴水库、甲玛沟尾矿库拦水坝都采用了碾压式沥青混凝土心墙作为防渗结构，拟建的湘河水利枢纽、阿青水电站大坝也采用此类坝型，可以说碾压式沥青混凝土心墙在西藏高海拔地区越来越多地被应用。

拉洛水利枢纽是雅鲁藏布江右岸一级支流夏布曲上的控制性工程，位于萨迦县拉洛乡下游约6 km处的峡谷进口河段。拉洛水库总库容2.917×108m3，正常蓄水位4 298.00 m，为大(Ⅱ)型水利工程。大坝为沥青混凝土心墙坝，坝顶高程为4 305.00 m，最大坝高61.50 m，坝长425.59 m。沥青混凝土心墙顶高程4 303.00 m，底高程4 244.50 m，底部高5 m的沥青混凝土心墙厚度由2.0 m渐变至1 m、其余心墙厚度由1 m变至0.6 m，沥青混凝土共计14 616.2 m3，心墙两侧设置宽3 m的砂砾石过渡料，其典型断面图见图1。

1 碾压式沥青混凝土配合比设计方法

碾压式沥青混凝土配合比设计主要确定沥青用量及骨料级配组成，而骨料级配组成相对于沥青用量而言，在沥青混凝土配合比设计中更为关键。骨料级配组成主要有两种方法：一是在推荐使用的级配范围内，选择一条或几条级配曲线作为矿料标准级配，再根据标准级配曲线确定各种矿料的配合组成，使合成级配尽可能与标准级配相近，如表1所推荐的连续密级配沥青混凝土矿料级配和沥青用量表[3]。

图1 拉洛水利枢纽大坝碾压式沥青混凝土心墙典型断面图

表1 连续密级配沥青混凝土矿料级配和沥青用量表

注：沥青用量为油石比。

另一种方法为采用丁朴荣级配公式(以下简称丁氏公式)计算获得骨料的标准级配，见式(1)，该公式为保罗米公式和比尔宾公式结合起来的全新级配公式。在实际工程应用过程中，碾压式沥青混凝土矿料级配设计较多地选用丁氏公式。当D、P0.075确定时，矿料级配可通过级配指数n进行调整。级配指数n实际上是表示骨料中粗细骨料比例的一个特征纲量，n值越大，粗骨料所占比例越高。

(1)

式中：di为筛孔孔径，mm；D为骨料最大粒径，mm；Pi为di筛孔的通过率，%；P0.075为0.075 mm筛孔的通过率，相对于填料用量，%；n为级配指数。

2 主要参数选择

采用丁氏公式进行骨料标准级配计算时，可选用2～3种填料及2～3种级配指数进行试验，对于每种矿料级配，应以0.3%为间隔选择不少于5组的沥青用量进行室内配合比试验[4]。拉洛水利枢纽沥青混凝土配合比采用骨料最大粒径D选定为19 mm；矿料级配指数n选取0.40；填料用量F选取11%、12%、13%。根据丁氏公式，计算得到的沥青混凝土室内配比试验骨料级配及与沥青用量的组合见表2。

表2 室内配合比设计主要参数选择表

3 沥青混凝土性能试验

3.1 一般性能试验

按照表2中沥青混凝土配合比参数在室内成型沥青混凝土试件进行表观密度、最大密度、孔隙率试验，试验结果见表3。从试验结果可以看出，当级配指数固定为0.40时，沥青用量在6.8%～7.4%区间及填料用量在11%～13%区间变化，沥青混凝土试件的孔隙率值均小于2%。3种不同沥青用量的沥青混合料及沥青混凝土试件性能略有差异，当沥青用量为6.8%时，沥青混凝土混合料，色泽均匀光亮，马歇尔试件表面光亮平整，与试模周边接触密实，观察试件表面无富裕的沥青胶结料；当沥青用量为7.1%时，沥青混凝土混合料，色泽均匀光亮，马歇尔试件表面光亮平整，与试模周边接触密实，微量沥青砂浆沿击实锤周边溢出；当沥青用量为7.4%时，色泽均匀光亮、无花白料；试件表面光亮平整、与试模周边接触密实，少量沥青砂浆沿击实锤周边溢出，试件冷却过程中，表面部分沥青砂浆流淌，现场施工碾压时，沥青砂浆较多，可能发生粘碾和陷碾现象，不利于碾压施工。

表3 沥青混凝土基本性能验证试验结果

3.2 力学性能试验

根据沥青混凝土基本性能试验结果，结合沥青混凝土的防渗、和易性、可碾性与经济性等性能指标，在满足设计或有关技术规范的前提下，从施工、安全及经济的角度综合考虑，选择编号为L2、L5及L9共3个配合比进行沥青混凝土力学及渗透性能试验验证，试验及分析结果如下：

3.2.1 水稳定性试验

水稳定性是衡量沥青混凝土在水中长期浸泡过程的稳定性，是评价沥青混凝土心墙水中长期耐久性的重要指标，试验结果见表4。试验结果表明，水稳定系数均满足设计技术要求，符合灰岩碱性骨料与优质沥青黏附性较好的一般规律。

3.2.2 间接拉伸试验

间接拉伸试验又称劈裂试验，用于测定沥青混凝土在规定温度和加载速率时劈裂破坏或处于弹性阶段时的力学性质。试件采用马歇尔标准试件，试验温度为4.8℃，试验结果见表5。从试验结果可以看出，随着沥青用量增加，沥青混凝土的劈裂抗拉强度值减小，而破坏拉伸应变值增大，即变形性能提高。

表4 沥青混凝土水稳定性试验结果

表5 沥青混凝土间接拉伸试验结果

3.2.3 直接拉伸试验

直接拉伸试验采用220 mm×40 mm×40 mm试件，在4.8℃的恒温水浴中养护24 h，按1.0%/min应变速率进行直接拉伸试验，试验结果见表6。从试验结果可以看出，编号为L5的沥青混凝土试件，拉伸强度值及拉伸应变值均高于其它两个试件，性能最优。

表6 沥青混凝土直接拉伸试验结果

3.2.4 小梁弯曲试验

拉洛水利枢纽处于地震高发区，因此对沥青混凝土的变形性能要求较高，而弯曲变形作为沥青混凝土一个重要变形指标，其试验结果见表7。试验结果表明，初选3个验证试验的沥青混凝土弯曲性能均能满足碾压式沥青混凝土心墙的设计指标要求；沥青用量从6.8%增加至7.4%，沥青混凝土的最大弯拉应变值提高，即变形能力提高。

表7 沥青混凝土小梁弯曲试验结果

3.2.5 单轴压缩试验

单轴压缩试验将试件置于4.8℃的恒温水槽中，恒温24 h后进行加荷试验，加荷速率为1 mm/min。其中，L2试件抗压强度5.88 MPa，L5试件抗压强度5.53 MPa，L9试件抗压强度5.58 MPa。试验结果表明，初选3个验证试验的沥青混凝土试件的单轴压缩抗压强度值相差不大，与类似工程相比，符合沥青混凝土的一般规律。

3.2.6 渗透试验

沥青混凝土心墙的主要功能是防渗并适应坝壳料的变形。近年来，随着施工工艺以及原材料品质的提高，对心墙沥青混凝土的防渗性能提出了更高的要求。目前，国内现有的试验规程中的试验方法不能测出10-9cm/s级渗透系数。为能确定沥青混凝土的抗渗性能，试验采用抗渗法，采用砂浆抗渗仪，圆台形试模，试模上口直径φ101.5 mm、下口直径φ100.0 mm，高度约63.5 mm，用马歇尔标准击实法成型试件，试验温度4.7℃。在加压初始阶段，为防止沥青混凝土与试模接触面渗漏，采取三级加压法。第一次加压0.3 MPa，恒压6 h；第二次加压0.6 MPa，恒压6 h；第三次加压0.8 MPa，恒压6 h，并测定沥青混凝土试件的渗水量，试验结果见表8。试验结果表明，初选3个验证试验的沥青混凝土试件的渗透系数小于1×10-8cm/s。

表8 沥青混凝土渗透试验结果

3.2.7 静三轴试验

沥青混凝土三轴试验是验证推荐配合比力学性能的重要试验指标。初选3个验证试验的沥青混凝土试件三轴试验结果见表9。试验结果表明，沥青混凝土具有较高的强度，强度随围压增大呈现良好的线性，设计计算时可采用线性强度模型参数C、φ值。

表9 沥青混凝土Duncan-Chang模型参数

4 碾压式沥青混凝土配合比选择

西藏高海拔地区为我国最大的地震带，地震频发，对建筑物抗震要求高，一般达到Ⅷ度。强地震烈度设防要求心墙能够适应较大变形，同时低温、强辐射和夏季多雨的气候对心墙施工质量产生较大影响。综合这些不利因素的影响，在进行碾压式沥青混凝土心墙配合比设计时，与国内其它地区类似工程相比，要适当提高沥青混合料的沥青用量，增加碾压式沥青混凝土心墙的柔性，提高碾压式沥青混凝土心墙的变形能力。参考西藏旁多水利大坝碾压沥青混凝土心墙施工配合比，综合前述试验成果，拉洛水利枢纽大坝采用的沥青混凝土配合比见表10。其沥青用量为7.1%，与内地其它地区同类心墙相比，沥青用量要高出0.3%～0.5%(表11)。

表10 拉洛水利枢纽大坝沥青混凝土心墙采用的配合比

表11 国内部分已建工程沥青混合料配合对比表

5 结 语

拉洛水利枢纽位于西藏高海拔地区的核心地带，受地震影响更甚，同时低温、强辐射和夏季多雨的气候对心墙施工质量产生较大影响，综合这些不利因素的影响。在进行碾压式沥青混凝土心墙配合比设计时，与国内其它地区类似工程相比，要适当提高沥青混合料的沥青用量。拉洛水利枢纽大坝碾压式沥青混凝土配合比经过室内试验优选确定采用沥青用量7.1%(油石比)配合比，用作后续试验及施工的目标配合比，同时还要经过工艺性试验、生产性试验及现场施工的验证，在实际应用过程中要根据现场骨料级配、拌和系统称量精度等因素对其作适当微调，更有利于现场实际施工控制。