澤城西安水電站大壩主堆石料碾壓試驗(yàn)成果分析

胡玉會

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概況

山西澤城西安水電站位于山西省左權(quán)縣境內(nèi)清漳河干流上。水電站安裝4臺1 250 kW發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)5 000 kW，是以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉及旅游等綜合利用的中型水利工程。工程樞紐由混凝土面板堆石壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電洞和水電站等建筑物組成。

混凝土面板堆石壩最大壩高61.6 m，最大壩頂長度267 m,壩頂寬度10 m。大壩上游邊坡1：1.5，下游邊坡1：1.4。大壩填筑量為：墊層料（2A）3.91萬 m3，大壩底部和壩體過渡料（3A）12.77 萬 m3，主堆石（3B）103 萬 m3，共計(jì)約 120 萬 m3。本文論述大壩主堆石料的碾壓試驗(yàn)過程及成果分析。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

1）為達(dá)到設(shè)計(jì)要求的有關(guān)主堆石料的技術(shù)指標(biāo)，確定主堆石料的施工方法和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

2）核實(shí)壓實(shí)后能達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)干密度值。

3）核實(shí)壓實(shí)機(jī)具的性能是否滿足施工要求。

4）選定合理的施工參數(shù)：鋪料厚度、含水量的適宜范圍，壓實(shí)方法和壓實(shí)遍數(shù)。

5）推薦合理的施工程序，良好的施工工藝，作為指導(dǎo)本工程堆石料填筑施工的科學(xué)依據(jù)。

3 主堆石料設(shè)計(jì)指標(biāo)及現(xiàn)場質(zhì)控指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求并結(jié)合工程現(xiàn)場實(shí)際，主堆石料設(shè)計(jì)指標(biāo)及現(xiàn)場質(zhì)控指標(biāo)如表1。

表1 主堆石料設(shè)計(jì)指標(biāo)及現(xiàn)場質(zhì)控指標(biāo)

4 堆石料性質(zhì)

1）溢洪道開挖料及石料廠爆破料實(shí)測物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果如表2所示。

據(jù)表2，干密度為2 700 kg/m3，大于2 400 kg/m3，飽和強(qiáng)度36.9 MPa，干燥抗壓47.1 MPa，軟化系數(shù)在0.78。

一般認(rèn)為，巖石飽和抗壓強(qiáng)度低于30 MPa為軟巖，由此看來，本工程壩料屬硬巖石。

表2 石料物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果

2）堆石料級配現(xiàn)場檢測結(jié)果如表3所示。

表3 堆石料級配試驗(yàn)成果表

5 試驗(yàn)參數(shù)組合

堆石料碾壓試驗(yàn)參數(shù)組合如表4所示，碾型采用20 t振動平碾。

表4 堆石料碾壓試驗(yàn)參數(shù)組合

6 碾壓試驗(yàn)場地規(guī)劃

1）碾壓試驗(yàn)場地及要求

堆石料試驗(yàn)擬布置在大壩下游原河床右側(cè)河灘上，進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。試驗(yàn)前先用推土機(jī)將試驗(yàn)區(qū)域整平，用振動碾壓實(shí)，在上面鋪一層試驗(yàn)料，用振動碾壓實(shí)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將這一層作為基層，然后在其上進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)場地面積、鋪料要求

堆石料試驗(yàn)場地組合為30 m×50 m，為防止碾壓時(shí)產(chǎn)生側(cè)向擠壓，鋪料時(shí)每個(gè)試驗(yàn)區(qū)的兩側(cè)（垂直行車方向）均留出一個(gè)碾寬，順碾壓方向的兩端留出4 m為非試驗(yàn)區(qū)，以滿足停車和錯(cuò)車需要。

7 碾壓試驗(yàn)

1）碾壓試驗(yàn)的工藝流程如圖1所示。

2）在壓實(shí)、找平的基礎(chǔ)上，按碾壓試驗(yàn)場地布置的要求，用白灰線放出試驗(yàn)場地。測量人員在試驗(yàn)場地內(nèi)取樣點(diǎn)上測量高程，并將不同碾壓遍數(shù)的取樣斷面引出試驗(yàn)場地以外進(jìn)行標(biāo)識。

3）參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，本次試驗(yàn)機(jī)械松鋪厚度選擇80 cm、100 cm兩個(gè)不同鋪料厚度。

4）采用推土機(jī)按兩個(gè)不同的鋪料厚度平料，檢測人員用測量松鋪厚度并測量高程。

5）振動碾采用最大激振力430 kN，行車速度2.0 km/h。碾壓遍數(shù)采用前進(jìn)、后退為二遍計(jì)，輪壓重疊20～30 cm。在設(shè)定的區(qū)域內(nèi)分別振壓6、8、10遍后，退出試驗(yàn)場地。

6）在不同振壓遍數(shù)的取樣點(diǎn)上，測量人員測高程，試驗(yàn)人員用灌水法檢測密度。

圖1 碾壓試驗(yàn)工藝流程圖

8 碾壓試驗(yàn)成果

碾壓試驗(yàn)干密度檢測成果及沉降量測量成果如表5、表6所示。

表5 干密度檢測結(jié)果

復(fù)核試驗(yàn)依據(jù)為：在達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)前提下，以最大鋪料厚度和最小碾壓遍數(shù)作為最優(yōu)組合參數(shù)。據(jù)表6可以得出結(jié)論，最佳鋪料厚度為100 cm，最佳碾壓遍數(shù)為8遍。

表6 壓實(shí)沉降量測量結(jié)果

在最優(yōu)組合參數(shù)情況下（鋪料厚度100 cm，碾壓遍數(shù)8遍），可以計(jì)算出沉降量平均值為4.27cm，實(shí)際鋪料厚度平均值為95.37cm，最終得出最優(yōu)組合參數(shù)松鋪系數(shù)為1.05。

9 試驗(yàn)成果分析

1）顆粒級配的影響

堆石料顆粒級配，一般用最大粒徑、小于某顆粒粒徑含量（這里用小于0.075mm和小于5mm顆粒含量）來衡量級配的優(yōu)劣。通常認(rèn)為，最大粒徑愈大，壓實(shí)干密度愈高，材料不均勻系數(shù)愈大，壓實(shí)性能愈好，也愈易獲得最大的壓實(shí)密度。但壩料最大粒徑?jīng)Q定于鋪填厚度，一般最大粒徑為鋪填厚度的2/3，若最大粒徑接近于鋪填厚度則大粒徑料周圍的細(xì)料得不到有效壓實(shí)。

從此次碾壓試驗(yàn)成果可以看出，壩料最大粒徑偏小，小于5 mm粒徑含量偏大，雖然不均勻系數(shù)較大，但壓實(shí)干密度相應(yīng)偏低。主要原因是因?yàn)檫M(jìn)場壩料細(xì)料偏多，顆粒級配不合理造成的，所以在今后的施工過程中，控制好進(jìn)場的料源是非常重要的。

2）碾壓遍數(shù)的影響

從表5可以看出，壓實(shí)干密度（壓實(shí)度）隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，隨鋪土厚度的增加而減小，符合一般填筑材料的工程特性。

3）鋪土厚度的影響

從試驗(yàn)成果看，鋪料厚度為80 cm時(shí)，碾壓6遍，壓實(shí)干密度最小值為2 173 kg/m3，最大值為2 211 kg/m3，平均值2 190 kg/m3，平均孔隙率為18.9%，滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)機(jī)械虛鋪厚度為100 cm時(shí)，碾壓8遍后，壓實(shí)干密度最小值為2 161 kg/m3，最大值為 2 198 kg/m3，平均值 2 179 kg/m3，平均孔隙率為19.3%。

4）要想滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)，鋪料80 cm時(shí)，須碾壓6遍，鋪料100 cm時(shí)，須碾壓8遍，可見滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不容易。

10 結(jié)論

綜合上述成果分析，現(xiàn)就達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的碾壓參數(shù)和施工工藝以及今后施工提出以下幾點(diǎn)：

1）根據(jù)以前所建工程堆石壩填筑工藝經(jīng)驗(yàn)，碾壓試驗(yàn)加水與不加水壓實(shí)效果相同，故不加水。

2）考慮到大面積機(jī)械化施工時(shí)，不可能象碾壓試驗(yàn)控制的那樣嚴(yán)格，鋪料厚度不一定掌握得很準(zhǔn)，為了確保質(zhì)量，鋪料厚度小于等于80 cm時(shí)，碾壓6遍，即可滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)。

3）行車速度一定要按確定的碾壓參數(shù)嚴(yán)格控制，特別是振動碾，有一個(gè)壓力和壓力波的傳遞過程，如果行車速度過快，使壓力和壓力波傳遞很淺，這樣就不能達(dá)到預(yù)期的目的，降低了碾壓效果。