大同市守口堡水庫膠凝砂礫石大壩施工工藝參數(shù)試驗(yàn)研究

張小利

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

大同市守口堡水庫膠凝砂礫石大壩，是國內(nèi)首座膠凝砂礫石試驗(yàn)壩。該壩是利用膠凝材料和砂礫石料，經(jīng)拌和、攤鋪、振動(dòng)碾壓形成的具有一定強(qiáng)度的材料修建而成的。

為了保證大壩施工質(zhì)量，尋找便捷的施工工藝，為大壩施工提供指導(dǎo)性文件，在大壩施工前進(jìn)行了科研生產(chǎn)性試驗(yàn)，即根據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》SL678-2014和中國水科院提供的室內(nèi)配合比，施工單位山西省水利建筑工程局在現(xiàn)場進(jìn)行了室內(nèi)配合比復(fù)核和野外碾壓膠凝砂礫石配合比試驗(yàn)，即拌和設(shè)備、施工機(jī)具、施工工藝及膠凝砂礫石配合比的確定。本文根據(jù)大壩生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，從試驗(yàn)場地的布置、資源配置、施工工藝等方面，對確定膠凝砂礫石施工工藝參數(shù)過程進(jìn)行闡述。

1 試驗(yàn)場地的布置

本次試驗(yàn)場地布置在大壩上游與圍堰下游間的左岸臺地（樁號：縱壩上0+814～壩上 0+934，縱壩0+340～壩0+390），面積2 400 m2（40 m×60 m）。試驗(yàn)時(shí)結(jié)合膠凝砂礫石特點(diǎn)，將土石壩和碾壓混凝土壩成熟的施工技術(shù)加以改進(jìn)并應(yīng)用。針對不同類別的膠凝砂礫石，分三層21個(gè)條帶（條帶寬5 m、長20～40 m）進(jìn)行表觀密度、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能等相關(guān)試驗(yàn)。第一層11個(gè)條帶，其中外摻石15%的普通膠凝砂礫石（簡稱“普通（15%）”）6個(gè)試驗(yàn)條帶，外摻石25%的普通膠凝砂礫石（簡稱“普通（25%）”）3個(gè)試驗(yàn)條帶，外摻石為0的普通膠凝砂礫石（簡稱“普通（0%）”）2個(gè)試驗(yàn)條帶；第二層8個(gè)條帶，其中普通（25%）加漿振搗1個(gè)試驗(yàn)條帶，同時(shí)進(jìn)行擠壓邊墻固坡試驗(yàn)，普通（25%）2個(gè)試驗(yàn)條帶，外摻石15%的富漿膠凝砂礫石3個(gè)試驗(yàn)條帶（粉煤灰摻量分別為20%、25%、30%），同時(shí)進(jìn)行異型夯板以及層面處理試驗(yàn)，外摻石25%的富漿膠凝砂礫石（簡稱“富漿（25%）”）2個(gè)試驗(yàn)條帶（粉煤灰摻量分別為20%、30%），同時(shí)進(jìn)行層面處理試驗(yàn)；第三層2個(gè)條帶，為富漿（25%）試驗(yàn)條帶（粉煤灰摻量分別為20%、25%）。

2 資源配置

針對膠凝砂礫石強(qiáng)度離散性大的特點(diǎn)，為了保證工程強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，本工程根據(jù)大壩施工設(shè)計(jì)，膠凝砂礫石采用JGL200專用拌和站拌和，以控制膠凝砂礫石的均勻性。根據(jù)JGL200專用拌和站生產(chǎn)能力（ 130～180 m3/h），配備 5臺 15 t自卸汽車、2臺 SD16推土機(jī)、1臺SD30-9B小型挖掘機(jī)、1臺SSR260單鋼輪振動(dòng)碾、1臺220異型夯板和1臺220平板夯。

3 施工工藝

3.1 拌和

膠凝砂礫石采用JGL200專用拌和站拌和。拌和時(shí)對全過程進(jìn)行監(jiān)控，對稱量系統(tǒng)定期檢定，投料順序、拌和時(shí)間嚴(yán)格按出廠說明操作。根據(jù)砂礫石級配和含水率及時(shí)調(diào)整配料單，嚴(yán)格按照配料單配料，并按規(guī)定進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。

3.2 運(yùn)輸

運(yùn)輸采用15 t自卸汽車，根據(jù)運(yùn)輸能力（30～45 m3/h）配備7臺（2臺備用）。為減少自卸汽車接料時(shí)骨料分離，減少堆料高度，采用三次接料法接料，即裝1/3料后，汽車往前開1 m左右再裝1/3料，移動(dòng)1 m再接1/3料，形成車內(nèi)三點(diǎn)式堆料；為防止污泥等雜物帶入倉內(nèi)，距入倉口設(shè)置一定長度的碎石路段；為防止車輛破壞碾壓層面，倉面內(nèi)嚴(yán)禁急剎車、急轉(zhuǎn)彎等有損膠凝砂礫石層面質(zhì)量的操作，在特別容易被車輛壓毀的層面設(shè)置膠皮墊。

3.3 卸料

卸料采用后退法兩點(diǎn)疊壓式卸料，按梅花形依次堆放，鋪筑方向與壩軸線方向或碾壓方向平行；卸料時(shí)料堆間距1.5 m，排距2 m，為避免邊角部位大骨料集中的現(xiàn)象，膠凝砂礫石自由落差不大于1.5 m，每車分兩個(gè)位置卸料，先卸1/2，移動(dòng)1.5 m左右再卸1/2，第二次卸料位置在第一次卸料堆高度的一半處，使后卸料堆與先卸料堆相互搭接，卸料堆邊緣與條帶邊間距大于1.2 m。

3.4 平倉

采用平層連續(xù)鋪筑法，平倉方向與壩軸線方向或碾壓方向平行，中間部位采用SD16型履帶式推土機(jī)平倉，邊角部位采用小型挖掘機(jī)平倉，出現(xiàn)大骨料集中、疊合時(shí)，采用小型挖掘機(jī)并鋪以人工將其分散到未碾壓的條帶上。鋪料厚度采用水準(zhǔn)儀測量相對高程控制，即在倉面布置網(wǎng)格測點(diǎn)，并在鋪筑區(qū)外設(shè)置控制基樁，網(wǎng)格測點(diǎn)用白灰標(biāo)記和編號。

3.5 碾壓

3.5.1 最佳鋪料厚度的確定

依據(jù)中國水科院提供的試驗(yàn)配合比配制膠凝砂礫石，攤鋪厚度根據(jù)振動(dòng)碾的激振力、振幅等設(shè)備能力參數(shù)以及砂礫石的最大粒徑，參考已建膠凝砂礫石圍堰的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)擬定鋪料厚度為350～550 mm。

以普通膠凝砂礫石碾壓6遍時(shí)，不同鋪料厚度的表觀密度確定最佳鋪料厚度。根據(jù)施工現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄制表分析，得出鋪料厚度在350～450 mm的表觀密度平均值2 496 kg/m3，分一層、兩層攤鋪時(shí)表觀密度分別為2 516 kg/m3、2 482 kg/m3，兩種方法基本接近；鋪料厚度500～550 mm的表觀密度平均值2 372 kg/m3，鋪料厚度550 mm時(shí)上層、下層表觀密度分別為2 473 kg/m3、2 213 kg/m3，由數(shù)據(jù)得出下層不密實(shí)。綜合考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)、施工效率、總體安排等因素，確定最佳鋪料厚度為450±20 mm。

3.5.2 最佳碾壓遍數(shù)的確定

固定鋪料厚度，先無振碾壓2遍，再振動(dòng)碾壓4～10遍，檢測不同遍數(shù)時(shí)的表觀密度和沉降量，當(dāng)沉降量趨于穩(wěn)定、表觀密度最大或趨于穩(wěn)定時(shí)，對應(yīng)的碾壓遍數(shù)為最佳碾壓遍數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)，鋪料厚度在350～450 mm范圍時(shí)，普通膠凝砂礫石最佳碾壓遍數(shù)為6遍，其表觀密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線見圖1、圖2；沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線見圖3、圖4。由現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，富漿膠凝砂礫石碾壓8遍與普通膠凝砂礫石碾壓6遍的表觀密度相近（故其關(guān)系曲線略），由此推定富漿膠凝砂礫石的最佳碾壓遍數(shù)為8遍。

3.5.3 拌和物暴露允許時(shí)間

膠凝砂礫石拌和物暴露允許時(shí)間取決于機(jī)口VC值、最大可碾VC值及不同氣溫下VC值的損失，根據(jù)施工季節(jié)當(dāng)?shù)貧鉁兀?2～23℃）條件，VC值損失約3 s/h，確定其最長允許時(shí)間約4 h。

3.5.4 碾壓方法

圖1 普通（15%）表觀密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

圖2 普通（25%）表觀密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

圖3 普通（15%）沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

圖4 普通（25%）沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

采用SSR260單鋼輪振動(dòng)碾壓實(shí)，相鄰碾壓帶間搭接寬度0.3～0.4 m，端頭搭接不小于1.0 m；碾壓方向平行于壩軸線方向，振動(dòng)碾行走速度控制在1.0～1.5 km/h；邊角部位（比如坡比較大的壩肩接觸部位、建筑物周圍等膠凝砂礫石鋪筑）加漿振搗或采用220型平板夯分兩層進(jìn)行夯實(shí)。碾壓完畢后測量網(wǎng)格測點(diǎn)碾壓后的相對高程。

3.6 養(yǎng)護(hù)

高溫時(shí)采用噴霧或蓬布覆蓋保持倉面濕潤，低溫時(shí)采用草簾、養(yǎng)護(hù)墊子等覆蓋防止膠凝砂礫石凍結(jié)或覆蓋1.5～2 m厚黏土的辦法進(jìn)行冬季保溫。

3.7 層面處理

施工縫和冷縫需進(jìn)行層面處理，先清除硬化縫面的浮漿及松動(dòng)骨料，清除干凈后鋪墊一層10～15mm厚的砂漿，再鋪筑膠凝砂礫石。砂漿強(qiáng)度等級高于膠凝砂礫石（M7.5或M15），逐條帶攤鋪，及時(shí)覆蓋膠凝砂礫石。

因降雨或其他原因造成施工中斷時(shí)，及時(shí)對已攤鋪的膠凝砂礫石時(shí)行平倉碾壓，邊緣部位碾壓成1∶4的斜坡面，恢復(fù)施工后將坡腳處厚度小于150 mm的部分切除。

4 結(jié)語

本試驗(yàn)過程結(jié)合膠凝砂礫石特點(diǎn)，根據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》SL678-2014相關(guān)規(guī)定，將土石壩和碾壓混凝土壩成熟的施工技術(shù)加以改進(jìn)并應(yīng)用。通過現(xiàn)場試驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果表明，確定的施工工藝參數(shù)，不僅能滿足施工強(qiáng)度要求，而且在特定的環(huán)境下能達(dá)到理想的質(zhì)量指標(biāo)，為該工程的正式施工奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)為今后類似工程的施工提供參考。