云南省SNJ水電站面板堆石壩主堆石料碾壓試驗研究

雷海生

云南省SNJ水電站面板堆石壩主堆石料碾壓試驗研究

雷海生

為了滿足面板堆石壩大壩填筑的設(shè)計要求，保證施工質(zhì)量，在施工前應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范對填筑壩料分類進行現(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗。通過試驗，論證分析設(shè)計參數(shù)的合理性并提出符合大壩壩料填筑施工的控制參數(shù)，指導(dǎo)過程施工。

面板堆石壩 主堆石料 碾壓試驗 參數(shù) 指標(biāo) 級配

云南省SNJ水電站位于云南省普洱市墨江哈尼族自治縣BL鄉(xiāng)、SNJ鄉(xiāng)和NH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。SNJ水電站以發(fā)電為主，采用跨流域、混合式開發(fā)，電站的工程等別為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；水庫正常蓄水位為900.00 m，電站單機裝機容量為67 MW，共3臺，總裝機容量為201 MW；總庫容2.46億m3。SNT水電站混凝土面板堆石壩底寬寬度為360 m、頂寬寬度為8 m，壩頂長度為369.94 m，最大壩高為115 m，壩頂高程為905.00 m。下游壩面坡比為1∶1.5（高程875 m以下）和1∶1.6（高程875 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。大壩剖面見圖1。

圖1 大壩典型剖面圖（單位：m）

1 碾壓試驗

1.1 碾壓試驗的目的

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

1.2 試驗內(nèi)容

試驗的主要工作是對壩體擬用填筑料進行試驗，包括主堆石料、次堆石料、過渡料、墊層料和特殊墊層料。試驗?zāi)雺捍螖?shù)分別為6、8、10，鋪料厚度均為80 cm。碾壓參數(shù)、試驗所需設(shè)備及碾壓機械技術(shù)參數(shù)分別見表1、2、3。

1.3 試驗基本步驟

（1）每場碾壓試驗前，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進行分析，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)置為試驗場所，碾壓試驗前打樁劃線并將試驗場地整平后碾壓密實，試驗場地平面布置見圖2。

表1 大壩主堆石料技術(shù)參數(shù)表

表2 碾壓試驗設(shè)備表

表3 平碾（振動）技術(shù)參數(shù)表

圖2 碾壓場地平面布置示意圖（單位：m）

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

（3）碾壓試驗前需對鋪攤完畢的石料進行灑水加濕，灑水量一般控制在10%～20%之間，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內(nèi)，碾壓機械采用德國寶馬格BW219-DH型振動平碾，碾壓遍數(shù)分別按照2、4、6、8、10設(shè)置，每隔2遍檢測1次沉降值。碾壓6、8、10遍時需進行挖坑取樣，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，每一次試驗均收集碾壓料測定顆粒分析。

（4）根據(jù)施工組織設(shè)計，確定試驗過程中使用石料的開采方法、運輸卸料、鋪料碾壓方式與計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后的料層厚度。

2 試驗成果

2.1 填筑石料的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)

試驗應(yīng)以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù)，針對設(shè)計指標(biāo)進行，設(shè)計填筑石料技術(shù)指標(biāo)見表4。

2.2 試驗成果與分析

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

通過對主堆石料碾壓前進行顆粒分析來判斷，試驗所采用的堆石料顆粒級配均在設(shè)計要求的主堆石料（3B1）顆粒級配包絡(luò)曲線范圍內(nèi)。主堆石料在碾壓試驗后級配依然連續(xù)，在碾壓試驗進行8遍后孔隙率為17.3%，壓實平均干容重為2.19 g/cm3。該2項指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求，碾壓試驗前后大于60 mm的礫石含量分別為76%和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)碾壓遍數(shù)達(dá)10遍后則趨于平穩(wěn)。挖坑試驗發(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。

表4 壩體填筑料設(shè)計技術(shù)參數(shù)表

表5 主堆石碾壓成果匯總統(tǒng)計表

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)計壓實質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)為： （1）鋪料厚80 cm；（2）碾壓遍數(shù)不少于6～8遍。在保證壓實質(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。

圖3 壩體主堆石料顆粒分析級配曲線圖

2.3 施工工藝及施工控制參數(shù)

根據(jù)試驗成果分析，主堆石料鋪層厚度按照80 cm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%。施工質(zhì)量控制參數(shù)技術(shù)指標(biāo)見表6。

表6 施工過程控制參數(shù)表

2.4 注意事項

（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行壓實，并設(shè)置于填筑壓實合格的壩段。

（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)定邊坡的情形進行收坡施工，回填接坡鋪料前應(yīng)進行削坡處理，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）大壩下游護坡宜采用機械設(shè)備進行整坡、堆碼，或使用人工干砌，石塊之間應(yīng)嵌合牢固。護坡石料以大尺寸為宜，一般與大壩主體填筑同時施工。

3 結(jié)語

通過試驗成果分析，證明設(shè)計相關(guān)指標(biāo)是合理的，并為下一步的筑壩施工提供了科學(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)還在不斷地發(fā)展革新中，隨著日后科技的持續(xù)進步，更多的新設(shè)備、新材料、新工藝以及新技術(shù)將會被逐漸用于水利水電工程建設(shè)中，從而促進國家基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展。

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