水電站面板堆石壩主堆石料碾壓試驗(yàn)

雷海生

（云南招標(biāo)股份有限公司，云南 昆明 650106）

1 工程概況

云南省泗南江水電站位于云南省普洱市墨江哈尼族自治縣壩溜鄉(xiāng)、泗南江鄉(xiāng)、那哈鄉(xiāng)境內(nèi)。電站位于土堆峽谷入口、聯(lián)珠小河匯口下游，攔河大壩壩址位于泗南江上；發(fā)電廠廠址位于阿墨江與泗南江交匯口的下游、阿墨江左岸倮何大箐溝口的上游處。泗南江水電站以發(fā)電為主，采用跨流域、混合式開發(fā)，工程等別為Ⅱ等大（2）型工程，永久性主要建筑物等級為2級、永久性次要建筑物等級為3級、臨時性建筑物等級為4級；單機(jī)裝機(jī)容量為67 MW，共3臺，總裝機(jī)容量為201 MW。水庫正常蓄水位為900 m，總庫容2.46億m3。

泗南江水電站混凝土面板堆石壩底寬度為360 m、壩頂寬度為8 m，壩頂長度為369.94 m，最大壩高為115 m，壩頂高程為EL905 m，下游壩面坡比為1∶1.5(EL875 m以下)和1∶1.6(EL875 m以上)，下游壩面綜合坡比1∶1.535，上游壩面坡比為1∶1.4。大壩主堆石料共有172萬m3，壩體總填筑量為298萬m3。大壩剖面，如圖1所示。

圖1 大壩典型剖面

2 碾壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過試驗(yàn)，求證泗南江攔河大壩技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性，并確定適用的施工碾壓措施和匹配的碾壓機(jī)械類型，研究工序質(zhì)量控制的要求以及大壩填筑施工工藝。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)的主要工作是對壩體擬用填筑料進(jìn)行試驗(yàn)，包括主堆石料、次堆石料、過渡料、墊層料和特殊墊層料。試驗(yàn)?zāi)雺捍螖?shù)分別為6、8、10，鋪料厚度均為80 cm。碾壓參數(shù)、試驗(yàn)所需設(shè)備及碾壓機(jī)械技術(shù)參數(shù)分別見表1—3。

表1 大壩主堆石料技術(shù)參數(shù)

表2 碾壓試驗(yàn)設(shè)備

表3 平碾（振動）技術(shù)參數(shù)

2.3 試驗(yàn)基本步驟

（1）每場碾壓試驗(yàn)前，按照規(guī)劃先在平整碾壓好的場地有效面積內(nèi)布置長方形網(wǎng)格。本處對主堆石料的試驗(yàn)進(jìn)行分析，主堆石料由料場爆破料經(jīng)篩分后按要求選取。本次試驗(yàn)將位于后壩區(qū)一塊60 m× 45 m（長×寬）=2 700 m2的區(qū)域設(shè)置為試驗(yàn)場所，碾壓試驗(yàn)前打樁劃線并將試驗(yàn)場地整平后碾壓密實(shí)，試驗(yàn)場地平面布置如圖2所示。

圖2 碾壓場地平面布置

（2）主堆石料從采料場裝料后通過自卸汽車運(yùn)送到碾壓試驗(yàn)場所并采用進(jìn)占法卸料，人工篩選出超徑大石，控制鋪料厚度，使用推土機(jī)推平。根據(jù)場外控制測點(diǎn)在鋪料表面布設(shè)場內(nèi)控制點(diǎn)并使其與基礎(chǔ)測點(diǎn)保持鉛直向重合，測量鋪料厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后使用振動平碾碾壓。

（3）碾壓試驗(yàn)前需對鋪攤完畢的石料進(jìn)行灑水加濕，灑水量一般控制在10%～20%，并保持鋪料的厚度不變。碾壓采用全碾錯距碾壓，搭接寬度為30 mm并將碾速控制在2～3 km/h，碾壓機(jī)械采用德國寶馬格BW219-DH型振動平碾，碾壓遍數(shù)分別按照2、4、6、8、10、12設(shè)置，每隔2遍檢測1次沉降值。碾壓6、8、10、12遍時需進(jìn)行挖坑取樣，采用灌水法來測定所取樣品的滲透系數(shù)和干密度并通過烘干法來測定樣品的含水率，每次試驗(yàn)均收集碾壓料測定顆粒分析。

（4）根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)過程中使用石料的開采方法、運(yùn)輸卸料、鋪料碾壓方式與計(jì)劃施工的方法完全一致。觀察料場碾壓前后發(fā)生的變化及現(xiàn)象，記錄松渣厚度與壓實(shí)后的料層厚度。

3 試驗(yàn)成果

3.1 填筑石料的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)應(yīng)以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù)，針對設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行，填筑料設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 壩體填筑料設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

3.2 試驗(yàn)成果與分析

根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，以便于進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的比較和分析，主堆石料碾壓成果見表5，主堆石料碾壓試驗(yàn)后顆粒分析的級配曲線如圖3所示。

表5 主堆石料碾壓成果匯總統(tǒng)計(jì)

圖3 壩體主堆石料顆粒分析級配曲線

通過對主堆石料碾壓前進(jìn)行顆粒分析來判斷，試驗(yàn)所采用的堆石料顆粒級配均在設(shè)計(jì)要求的主堆石料（3B1）顆粒級配包絡(luò)曲線范圍內(nèi)。主堆石料在碾壓試驗(yàn)后級配依然連續(xù)，在碾壓試驗(yàn)進(jìn)行8遍后孔隙率為17.3%，壓實(shí)平均干容重為2.19 g/cm3，2項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。碾壓試驗(yàn)前后大于60 mm的礫石含量分別為76%、53%，說明主堆石料中礫石含量的破碎較為明顯，可分類為碎石混合土。通過沉降率與碾壓試驗(yàn)的遍數(shù)關(guān)系曲線圖可以推斷出，碾壓6～8遍后沉降率和干容重的增幅變化較大，當(dāng)碾壓變數(shù)達(dá)10遍后則趨于平穩(wěn)。挖坑試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中大小石料無架空現(xiàn)象，石料之間咬合充填非常緊密。

從試坑滲水情況看，碾壓后的壩體透水性能良好，完全滿足壩體主堆石料滲透性要求。主堆石料（3B1）在施工過程中達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)為：鋪料厚80 cm、碾壓遍數(shù)不少于6～8遍。在保證壓實(shí)質(zhì)量和最大工效的前提下，同時考慮施工平起填筑的需要，壩料在填筑施工前必須嚴(yán)格控制級配并按特性及用途分類填筑。

3.3 施工工藝及控制參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)成果分析，主堆石料鋪層厚度按照80cm控制，鋪料時有意混合粒徑大小不一的石料，避免堆石塊體搭配不均勻。石料填筑前應(yīng)集中灑水加濕，所加水量應(yīng)控制在15%～20%。施工過程控制參數(shù)技術(shù)指標(biāo)，見表6。

表6 施工過程控制參數(shù)

3.4 注意事項(xiàng)

（1）堆石區(qū)內(nèi)的施工便道在填筑前必須清除。臨時施工便道的路基需進(jìn)行壓實(shí)，并設(shè)置于填筑壓實(shí)合格的壩段。

（2）混凝土建筑物、岸坡與主堆石區(qū)之間的接觸帶應(yīng)回填過渡料，寬度宜為1～2 m。

（3）壩體堆石區(qū)縱、橫2個方向的接坡施工宜采用臺階收坡法，臺階寬度一般不小于1 m。接坡部位分次填筑的高差應(yīng)嚴(yán)格控制，不宜過大。作業(yè)空間有限時可以按穩(wěn)定邊坡的情形進(jìn)行收坡施工，回填接坡鋪料前應(yīng)進(jìn)行削坡處理，并嚴(yán)格控制碾壓質(zhì)量。

（4）填筑料卸車后應(yīng)及時攤鋪并使碾壓面平整，鋪料厚度的控制應(yīng)貫穿施工過程，不能出現(xiàn)超厚或超薄的情況。

（5）大壩下游護(hù)坡宜采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行整坡、堆碼或使用人工干砌，石塊之間應(yīng)嵌合牢固。護(hù)坡石料以大尺寸為宜，一般與大壩主體填筑同時施工。

4 結(jié)語

通過試驗(yàn)成果分析證明，設(shè)計(jì)相關(guān)指標(biāo)是合理的，可以為下一步的筑壩施工提供科學(xué)的施工控制參數(shù)，完全能夠滿足施工要求。我國混凝土面板堆石壩的施工技術(shù)還在不斷的發(fā)展革新中，隨著日后科技的持續(xù)進(jìn)步，更多的新設(shè)備、新材料、新工藝、新技術(shù)將會被逐漸用于水利水電工程建設(shè)中，從而促進(jìn)國家基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展。

[1]DL/T 5128-2001，混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].

[2]SL237-1999，土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]劉文清.最新水利水電工程一級施工實(shí)用技術(shù)與管理[M].長春：吉林人民出版社，2001.

[4]韓晨偉，程祖鋒，楊柳.三峽庫區(qū)中咀坡大壩筑壩材料碾壓試驗(yàn)[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，(3)：39-42，56.

[5]雷海生.擠壓式邊墻施工技術(shù)在面板堆石壩中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2006，(5)：65-67.

[6]宋剛勇.水牛家水電站大壩工程施工期筑壩材料試驗(yàn)及碾壓試驗(yàn)研究[D].成都：四川大學(xué)，2006.

[7]袁磊，成斌.XX混凝土面板壩主堆石料碾壓參數(shù)的確定及料場開采[J].吉林水利，2012，(8)：19-20，24.

[8]王軍偉.咸寧核電廠場平工程現(xiàn)場第一階段碾壓試驗(yàn)[J].廣西水利水電，2011，(4)：58-61.

[9]張勝利.小粒徑石料填筑混凝土面板堆石壩技術(shù)研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2006.

[10]沈克金.某水庫面板堆石壩壩體填筑碾壓試驗(yàn)[J].西部探礦工程，2012，(4)：18-20.

[11]雷敬偉，陳衛(wèi)烈.江坪河混凝土面板堆石壩冰漬礫巖石料沖擊碾壓試驗(yàn)研究[J].建材世界，2011，(5)：38-42.

[12]彭漢軍，唐懿.吉林臺一級水電站面板砂礫－堆石壩的碾壓試驗(yàn)[J].水電站設(shè)計(jì)，2008，(1)：74-48.