趙 青 任少輝 張曉娟

（1 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院；2 中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 工程概況

崇禮太舞滑雪場(chǎng)蓄水池工程位于河北省張家口市崇禮縣東南部的營(yíng)岔村上游溝谷內(nèi)。工程所在地區(qū)屬東南部濕潤(rùn)寒溫區(qū)，該區(qū)海拔高度在1700m，年平均氣溫3.6℃，全年最冷的月平均氣溫-18.4℃，全年最暖的月平均氣溫19.3℃；極端最低氣溫-40℃，極端最高氣溫39℃。

蓄水池由土石壩、池底排水系統(tǒng)、池體瀝青混凝土防滲面板、池周地表排洪系統(tǒng)、地表進(jìn)水口、底部放空系統(tǒng)、池頂結(jié)構(gòu)等組成。壩體采用瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程為1710m，最大壩高15m，上、下游壩坡均為1：2，池頂長(zhǎng)692.8m，蓄水池總庫(kù)容21.2×104m3。全池采用瀝青混凝土面板防滲，面板坡度為1：2，防滲面積為2.8×104m2。

工程所在地張家口崇禮區(qū)，周邊其它滑雪場(chǎng)修建的采用土工膜+鋼筋混凝土防護(hù)層防滲的蓄水池均不同程度出現(xiàn)裂縫，滲漏嚴(yán)重。本工程設(shè)計(jì)初，甲方提出造一個(gè)“不漏”的蓄水池；經(jīng)嚴(yán)格論證分析，最終采用全池瀝青混凝土面板防滲方案，為國(guó)內(nèi)首個(gè)采用水工瀝青混凝土進(jìn)行防滲的滑雪場(chǎng)蓄水池。蓄水池于2014 年5 月開工建設(shè)，2015 年10 月初完工，同年10 月底開始蓄水運(yùn)行，經(jīng)過(guò)2015～2016 年冬季運(yùn)行，防滲、抗冰凍效果達(dá)到了預(yù)期效果。

2 雪場(chǎng)蓄水池建設(shè)必要性

滑雪運(yùn)動(dòng)對(duì)雪質(zhì)要求較高，在我國(guó)，由于大多數(shù)滑雪場(chǎng)修建在北方高山、丘陵地帶，不受海洋季風(fēng)的影響，具有天氣干燥、寒冷、風(fēng)大的特點(diǎn)。大自然中雪態(tài)多為粒狀雪、殼狀雪、冰狀雪一般很難達(dá)到雪道雪質(zhì)要求；而且目前國(guó)內(nèi)大多滑雪場(chǎng)均在每年11 月初開滑，但我國(guó)冬季降雪量主要集中在次年的1 月至2 月間。國(guó)內(nèi)滑雪場(chǎng)中，不論是競(jìng)技類滑雪和休閑滑雪，雪道表面雪層必須是人造雪；初期雪道覆蓋也均為人造雪。因此人工造雪系統(tǒng)是滑雪場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)的必要條件，也是提升雪道品質(zhì)的重要保證。

目前，國(guó)內(nèi)已建雪場(chǎng)均根據(jù)雪道長(zhǎng)度、雪道面積及初雪覆蓋厚度及人工造雪率等條件，建造人工造雪供水系統(tǒng)及一定容量的蓄水設(shè)施。蓄水池容積根據(jù)雪場(chǎng)規(guī)模，一般在20×104～70×104m3。

3 雪場(chǎng)蓄水池防滲方案選擇

3.1 雪場(chǎng)蓄水池需運(yùn)行條件

滑雪場(chǎng)蓄水池一般建造在雪場(chǎng)周邊，主要為造雪系統(tǒng)供水兼給市政、景觀供水需要。其必須具備如下條件：

⑴北方地區(qū)水資源短缺，滑雪場(chǎng)造雪用水價(jià)格較高，故蓄水池具備較好的防滲性能；

⑵蓄水池地處嚴(yán)寒地區(qū)，防滲結(jié)構(gòu)必須具有良好的抗低溫、抗冰凍性能；

⑶雪場(chǎng)造雪時(shí)段一般在初冬季節(jié)及雪場(chǎng)運(yùn)行期的夜間，蓄水池一般在冬季水位頻繁變動(dòng)，要求防滲體具有良好的適應(yīng)變形能力；

⑷蓄水池蓄水后一旦發(fā)生滲漏要便于檢查和處理。

根據(jù)上述條件及滑雪場(chǎng)蓄水池運(yùn)行特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)方案是滑雪場(chǎng)蓄水池建造成功的關(guān)鍵。

3.2 雪場(chǎng)蓄水池防滲方案的選擇

國(guó)內(nèi)已建成和運(yùn)行的滑雪場(chǎng)蓄水池工程多采用土工膜+混凝土防護(hù)面板防滲方案，未有采用瀝青混凝土面板防滲的工程。由于本工程蓄水池體量較小，根據(jù)類似已建成的雪場(chǎng)蓄水池運(yùn)行情況和結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土工膜防滲方案和瀝青混凝土面板防滲方案進(jìn)行比較。

3.2.1 防滲效果

根據(jù)防滲材料性能，土工膜和瀝青混凝土其滲透系數(shù)均能達(dá)到1×10-8㎝/s 以下。

從防滲性能上來(lái)看，瀝青混凝土與土工膜防滲效果相當(dāng)；但土工膜施工過(guò)程中接縫較多，施工處理過(guò)程中很難控制其質(zhì)量。土工膜材料質(zhì)量本身受生產(chǎn)廠家制約，質(zhì)量缺陷很難檢查。從已建成的類似工程來(lái)看，土工膜施工能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鳳毛麟角，張家口地區(qū)已建雪場(chǎng)采用土工膜防滲的蓄水池均滲漏嚴(yán)重，不能滿足運(yùn)行需要。

瀝青混凝土面板按照正常的施工條件進(jìn)行施工，容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。國(guó)內(nèi)具有代表性的工程包括山西西龍池抽水蓄能電站上水庫(kù)瀝青混凝土面板、呼和浩特抽水蓄能電站——國(guó)內(nèi)極端氣溫最低（-41.8℃）條件下采用的瀝青混凝土面板工程均已經(jīng)順利建設(shè)，并運(yùn)行多年。

從防滲效果和質(zhì)量保證方面，瀝青混凝土面板防滲方案較優(yōu)。

3.2.2 防滲材料適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力

土工膜適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力尚可，但表層上部保護(hù)層屬剛性，變形模量大，對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉陷變形適應(yīng)能力較差，受溫度、干縮等影響容易產(chǎn)生裂縫。本工程建成后運(yùn)行環(huán)境惡劣，如果上部保護(hù)層一旦破壞，土工膜防滲體很快就會(huì)破壞，影響防滲效果。

瀝青混凝土面板屬柔性防滲，面板變形模量小，一般2℃時(shí)可承受1%的拉伸應(yīng)變不漏水，不需要設(shè)置接縫，適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷變形能力較強(qiáng)，不易產(chǎn)生裂縫。

3.2.3 運(yùn)行維護(hù)

土工膜蓄水后一旦發(fā)生滲漏很難進(jìn)行檢查和處理。本工程由于作用水頭低，運(yùn)行期土工膜一般不會(huì)因水壓力作用或壩體及基礎(chǔ)沉降變形過(guò)大而破壞，庫(kù)盆發(fā)生滲漏主要由土工膜破裂、凍融破壞引起。一旦發(fā)生滲漏很難查找滲漏點(diǎn)，即使確定滲漏點(diǎn)也必須將水庫(kù)放空后全面維修，維修時(shí)間較長(zhǎng)。

瀝青混凝土面板在水壓力作用下具有一定的自愈能力，易于維護(hù)和維修等，維修時(shí)間較短，可降低對(duì)水池運(yùn)行的干擾。瀝青混凝土面板的老化僅限于表面薄層，封閉層可以保護(hù)防滲層，阻止其老化，工程運(yùn)行期間只需定期涂刷封閉層即可。

經(jīng)過(guò)分析比較，最終確定崇禮滑雪場(chǎng)蓄水池采用瀝青混凝土面板防滲方案。

4 蓄水池瀝青混凝土面板設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題

4.1 瀝青混凝土原材料選擇及配合比設(shè)計(jì)

對(duì)雪場(chǎng)蓄水池瀝青混凝土面板來(lái)說(shuō)，水位頻繁升級(jí)均在冬季進(jìn)行，面板防滲層低溫抗裂性能是關(guān)鍵技術(shù)問題，必須首先確定合理的瀝青混凝土原材料和配合比。根據(jù)已經(jīng)建成的呼和浩特抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱呼蓄）上水庫(kù)工程工程經(jīng)驗(yàn)[1]；極端最低氣溫達(dá)-41.8℃，采用瀝青混凝土面板防滲，防滲層采用改性瀝青混凝土，低溫凍斷溫度達(dá)-45℃。

由于本工程氣候條件與呼蓄工程類似-40℃，故在配合比確定階段即確定瀝青混凝土面板防滲層采用改性瀝青，整平膠結(jié)層采用普通石油瀝青（SG90），封閉層采用改性瀝青。防滲層瀝青混凝土配合比初選階段將呼蓄施工配合比作為參考配合比見表1。

表1 呼蓄防滲層施工配合比

根據(jù)參考配合比，將級(jí)配指數(shù)與油石比上下浮動(dòng)組成9 組試驗(yàn)配合比；改性瀝青采用遼寧盤錦瀝青有限公司的水工改性瀝青、骨料采用崇禮縣新天地砂石料場(chǎng)加工的灰?guī)r骨料、砂采用當(dāng)?shù)靥烊簧昂蜕笆蠄?chǎng)加工的人工砂，填料采用自制礦粉。通過(guò)室內(nèi)配合比試驗(yàn)、場(chǎng)外內(nèi)攤鋪試驗(yàn)最終確定施工配合比見表2。蓄水池防滲層瀝青混凝土室內(nèi)試驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)成果見表3。

由表3 可見，低溫凍斷溫度達(dá)到-48.2℃，孔隙率、滲透系數(shù)均能滿足防滲要求。

表2 崇禮蓄水池防滲層配合比

表3 蓄水池防滲層瀝青混凝土室內(nèi)試驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)成果

4.2 瀝青混凝土面板設(shè)計(jì)

全池采用瀝青混凝土簡(jiǎn)式面板防滲，面板坡度為1：2，瀝青混凝土面板防滲層厚度按《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5411－2009）[2]規(guī)定和結(jié)合本工程實(shí)際情況確定。瀝青混凝土面板結(jié)構(gòu)形式從上到下依次為0.2cm 厚的封閉層、7cm 厚的防滲層、7cm 厚的整平膠結(jié)層，面板局部加強(qiáng)部位的結(jié)構(gòu)為加強(qiáng)網(wǎng)格和10cm 防滲層。

4.3 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為將防滲面板后的滲漏水順暢排走，避免面板后出現(xiàn)反向壓力引起面板破壞，保證瀝青混凝土面板及上水庫(kù)的安全運(yùn)行，并便于監(jiān)測(cè)滲水情況及維護(hù)檢修，在防滲面板下部設(shè)置密集的排水系統(tǒng)，將面板滲漏水和地下水集中收集至排水主管道中排至下游集水井內(nèi)。

池底、池坡面板后設(shè)30cm～60cm 碎石排水墊層，墊層骨料采用尾礦料，粒徑最大8cm，粒徑＜5mm 的含量為20%～35%，碾壓完成后要求滲透系數(shù)＞1×10-2cm/s。同時(shí)為增強(qiáng)庫(kù)底墊層的排水能力，在墊層內(nèi)水平布置直徑150mm 的塑料排水盲溝。塑料排水盲溝間距5.0m。塑料排水盲溝外包一層200g/m2無(wú)紡布，周邊采用粒徑2cm～3cm 碎石保護(hù)，塑料盲溝管網(wǎng)直接與池底中間埋設(shè)的兩根D500mmPE80 排水管連接，通過(guò)該排水管排向下游集水井。蓄水池排水盲溝長(zhǎng)約3020m，排水管長(zhǎng)約600m。

5 結(jié)束語(yǔ)

瀝青混凝土面板具有優(yōu)異的防滲和適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力、施工速度快、無(wú)毒、環(huán)保、維修方便等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水工建筑物防滲工程中。此次在滑雪場(chǎng)蓄水池工程中的成功應(yīng)用，拓展了水工瀝青混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域，將對(duì)推廣應(yīng)用水工瀝青混凝土防滲技術(shù)產(chǎn)生積極影響。

本工程防滲層瀝青混凝土低溫凍斷溫度室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到-48.2℃，較呼蓄工程相關(guān)研究成果（-45℃）低；雖然本工程規(guī)模較小，相關(guān)成果數(shù)據(jù)表明，水工改性瀝青混凝土低溫凍斷溫度還有進(jìn)一步突破的可能。蓄水池瀝青混凝土面板工程的成功建設(shè)，為瀝青混凝土防滲技術(shù)在極端嚴(yán)寒地區(qū)的建設(shè)做出了初步的探索。