淺談老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

姚朝洪

（中國水利水電第十工程局有限公司 四川成都 610072）

淺談老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

姚朝洪

（中國水利水電第十工程局有限公司 四川成都 610072）

對水電站壩體壩料實施碾壓試驗的目的，在于了解分析壩料的壓實特性，從而采取滿足填筑標準的壓實方法，以達到工程的預期效果。本文則主要結(jié)合老撾南湃水電站的壩體填筑碾壓試驗進行了分析，以供同類工程借鑒。

水電站；混凝土面板堆石壩；壩料；碾壓試驗

1 引言

在水電站的大壩建設過程中，為了滿足面板堆石壩大壩填筑的設計要求，確保工程的施工質(zhì)量，需要在施工前按照相關(guān)規(guī)范對填筑壩料分類進行現(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗，以確保壩體壩料質(zhì)量滿足工程要求，從而保障工程整體性能。

2 混凝土面板堆石壩概述

混凝土面板堆石壩形式，通常是由三大部分組成，即混凝土防滲面板、防滲接地結(jié)構(gòu)和堆石壩體，其具備的優(yōu)點在于施工速度快、造價低且地形地質(zhì)條件影響小。

堆石壩壩體的填筑質(zhì)量控制，與混凝土面板質(zhì)量之間有直接關(guān)系。在實際施工之前，應當通過碾壓試驗的方式，確定相適應的壓實機具、壓實方法、壓實參數(shù)及其他處理措施，將碾壓試驗所得的指標與設計指標相比較，核實設計填筑標準的合理性。合理的碾壓參數(shù)則是壓實質(zhì)量的根本保證，對于壩料類別多、性質(zhì)差異大的面板堆石壩而言，通過現(xiàn)場碾壓試驗能夠為施工提出經(jīng)濟、適宜的碾壓參數(shù)，完善填筑的施工工藝和措施，保證壩體填筑的質(zhì)量。

3 混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

老撾南湃水電站位于老撾萬象省北部Phoun區(qū)，距萬象249.5km。壩址位于湄公河的1級支流南俄河支流南湃河上游峽谷中，電站廠房位于南樂克河右岸山腳。整個樞紐由面板堆石壩、開敞式溢洪洞、電站進水口、引水隧洞、壓力鋼管、電站廠房等組成，總庫容2.059億m3。混凝土面板堆石壩壩頂長度為230.5m，壩頂高程1145.00m，最大壩高97m，壩體填筑總量約131萬m3。

壩體分為上游鋪蓋區(qū)（1A）、蓋重區(qū)（1B）、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、次堆石區(qū)（3C）、下游塊石護坡（3D）及混凝土面板（F），詳見圖1。

圖1 大壩標準剖面示意圖

3.1 壩料碾壓試驗的目的

實施填筑碾壓試驗的主要目的，在于為施工選擇更加經(jīng)濟合理、科學可靠的施工碾壓相關(guān)參數(shù)，從而確定壩料填筑的壓實質(zhì)量控制指標，驗證工程設計階段所確定的壓實標準等，確保碾壓試驗能夠遵循逐漸收斂法的原則。

3.2 試驗工藝流程

場地平整→測量放線→埋設鋼板（高程測量）→壩料開采（料場選擇）→壩料的裝運攤鋪（厚度測量控制）→壓前的級配篩分→碾壓（遍數(shù)振幅頻率速度）→壓后的級配篩分（測量壓實厚度）→試坑描述、挖坑取樣篩分、灌水→基礎鋼板測量→資料整理→下一工序。

3.3 碾壓試驗主要環(huán)節(jié)

對于鋪料厚度的控制，以及沉降量的測量，都可以運用全站儀來配合三等水準進行測量控制，以確保其精度能夠滿足試驗的要求。挖掘機采用立面開采方式，20t自卸汽車運輸，墊層料（2A）、過渡料（3A）則采用后退法上料，主堆石區(qū)（3B）、次堆石區(qū)（3C）均采用的是進占法上料，320HP推土機平料。

使用的各種壩料碾壓設備都為≥18t自行式振動碾，采用整輪錯位進退法，在兩碾輪之間搭接10cm。各種壩料密度的測定則采用的是灌水法，而壩料加水量則按照加水時問控制；加水量少時，采用水表控制。

3.4 試驗內(nèi)容

碾壓試驗應遵照《碾壓式土石壩施工規(guī)范》（DL/T5129-2013）附錄B的要求進行，碾壓試驗涉及的填筑料包括墊層料2A、特殊墊層料2B、過渡料3A、主堆石料3B、下游堆石料3C。墊層小區(qū)料的碾壓試驗應模擬斜坡部位的實際施工情況，應結(jié)合壩料碾壓試驗的最后一次成果，進行原位滲透系數(shù)、變形模量測試。

3.5 試驗方法和基本要求

（1）碾壓試驗全部采用大壩施工時所擬采用的壩料、施工設備、施工方法、施工工序、施工工藝實地仿真。各填筑料建議壓實參數(shù)見表1。

表1 各填筑料建議壓實參數(shù)

（2）碾壓試驗組合方法宜采用淘汰法（又稱逐步收斂法）。即每次只變動一種參數(shù)，固定其他參數(shù)，通過試驗求出該參數(shù)的適宜值；再變動另一參數(shù)，用試驗求得第二個參數(shù)的適宜值，依次類推。待各項參數(shù)選定后，用選定參數(shù)進行復核試驗。

（3）碾壓前后參數(shù)測定

①壓實沉陷量測量，每一試驗單元應布置方格網(wǎng)點，網(wǎng)點間排距不大于1.5m，并在填筑區(qū)外設置控制基樁。分別測量各網(wǎng)格測點在碾壓前后的相對高程變化，從而計算出壓實率（測尺精度1mm）；②密度測定，用試坑灌水法測定壓實后的干密度；③顆粒級配，碾壓前后均應進行顆粒級配分析，繪制級配曲線。

（4）原位滲透系數(shù)測試

①對墊層料（包括墊層小區(qū)）、過渡料、主堆石料、下游堆石料進行滲透性測試，試驗次數(shù)至少各為3點；②試驗方法可采用試坑注水法。

（5）原位變形模量測試

①對墊層料、過渡料、主堆石料、下游堆石料均需進行測試，試驗次數(shù)至少各為3點；②試驗方法采用承壓板法。在一定面積的承壓板上向壩料逐級施加荷載，觀測壩料的壓力與變形特性。它反映承壓板下1.5～2.0倍承壓板直徑（或?qū)挾龋┥疃确秶鷥?nèi)壩料強度、變形的綜合性狀。

3.6 試驗步驟

（1）整平場地，開挖試坑。試坑底面寬度不小于承壓板直徑的3倍。試驗前應在試坑邊取原始壩料土樣2個。

（2）設備安裝如圖2～3所示，其次序應當滿足如下要求：①安裝承壓板之前，應當整平試坑面，鋪設約1cm厚的中砂墊層，用水平尺進行找平，將承壓板和試驗面平整接觸；②在安放加荷千斤頂、載荷臺架或者反力構(gòu)架時，保持中心和承壓板中心一致，調(diào)整反力構(gòu)架以避免承壓板的壓力施加；③安裝沉降觀測裝置，其固定點應設在不受變形影響的位置處。沉降觀測點應對稱設置。

圖2 重物式裝置示意圖

圖3 反力式裝置示意圖

（3）試驗點應避免曝曬、雨淋，必要時設置工作棚。

（4）荷載一般按等量分級施加，并保持靜力條件和沿承壓板中心傳遞。垂直主應力按 lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa施加，采用逐級一次循環(huán)法加壓。

（5）穩(wěn)定標準：通常采用的是相對穩(wěn)定法，即每施加一級荷載，等到沉降速率相對穩(wěn)定之后，再施加下一級荷載。

（6）應當按時、準確地觀測沉降量，在每級荷載下，觀測沉降時間間隔，采用的標準如下：從加荷開始，按照10min、10min、10min、15min、15min的時間間隔進行，而此后則每隔30～60min觀測1次，直至1h沉降量控制在0.1mm以內(nèi)為止。

（7）試驗通常適用于在試驗壩料難以達到破壞階段終止的情況下。如果出現(xiàn)以下情況，則可以終止試驗：①處于本級荷載下，沉降急劇增加，承壓板周邊會出現(xiàn)裂縫或隆起；②處于本級荷載下，持續(xù)24h沉降速率，且出現(xiàn)加速；③總沉降量超過了承壓板直徑的1/10；④在未達到極限荷載時，最大的壓力應當達到預期設計壓力的2.0倍，或超過第一拐點至少三級荷載。

（8）當卸載觀測回彈時，每級卸載量可為加載增量的2倍，歷時1h，每隔15min觀測一次。荷載安全卸除后繼續(xù)觀測3h。

3.7 計算與制圖

繪制p～S曲線，其比例尺一般按最終荷載與所對應的最大沉降量在圖幅上之比以0.9：1.0～1.0：1.2為宜。p坐標單位為kPa，S坐標單位為mm。按下列公式計算變形模量：

式中：E0-試驗土層的變形模量，kPa；p-施加的壓力，kPa；S-對應于施加壓力的沉降量，cm；d-承壓板的直徑，cm；μ-泊松比。

3.8 注意事項

（1）在填筑前，必須清除堆石區(qū)內(nèi)的施工便道。

（2）混凝土建筑物、岸坡與主堆石區(qū)之間的接觸帶，應當回填過渡料，寬度一般控制為1～2m。

（3）壩體堆石區(qū)縱、橫兩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1m。接坡部位分次填筑的高差應嚴格控制、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，回填接坡鋪料前應進行削坡處理，并嚴格控制碾壓質(zhì)量。

（4）填筑料卸車后應及時攤鋪并使碾壓面平整，鋪料厚度的控制應貫穿施工過程，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備進行整坡、堆碼，或使用人工干砌，石塊之間應嵌合牢固。護坡石料以大尺寸為宜，一般與大壩主體填筑同時施工。

4 試驗結(jié)論分析

本次試驗成果經(jīng)工程檢驗應用效果良好，大壩填筑單元工程合格率100%，優(yōu)良率達到91.5%。試驗利用各料區(qū)碾壓遍數(shù)、鋪層厚度與孔隙率的關(guān)系確定了一套經(jīng)濟合理的最優(yōu)施工碾壓參數(shù)，并得出了一些對堆石料填筑施工十分有用的參考結(jié)論：

（1）墊層料、過渡料碾壓遍數(shù)采用6遍，壓實厚度45cm；主堆石、次堆石碾壓遍數(shù)采用8遍，壓實厚度90cm，碾重（20t）不易增加，綜合試驗結(jié)果，壓實效果比較理想。

（2）墊層料、過渡料的級配要求較為嚴格，上、下包絡線的區(qū)間很窄，料源的級配控制是工程質(zhì)量的關(guān)鍵點，在施工中墊層料和過渡料一層鋪平后同時騎縫碾壓。墊層料要根據(jù)壩料的實際含水量進行適當調(diào)整，以免碾壓后出現(xiàn)“彈簧土”等不良現(xiàn)象。

（3）堆石壩對筑壩石料的抗壓強度要求不高，而對堆石料的級配有要求，IIIC次堆石和IIIB主堆石屬同一料源，設計顆粒級配要求相同，采用同樣的碾壓施工參數(shù)值。料源和堆石粒徑大小不同，孔隙率隨碾壓遍數(shù)、鋪料厚度的增加量是不同的，在大壩填筑施工中要特別應重視堆石料的級配要求，注意控制取料及鋪料的均勻。

5 結(jié)語

經(jīng)過以上試驗成果可證明設計的相關(guān)指標是合理的，滿足相關(guān)施工要求，同時為筑壩后續(xù)施工提供了較為科學的施工控制參數(shù)。混凝土面板堆石壩的施工技術(shù)仍然處于不斷發(fā)展的過程中，隨著科技的進步，更多新設備、新材料、新工藝以及新技術(shù)都將逐漸應用于水利水電工程建設中，以促進基礎建設的發(fā)展。

[1]酈能惠.高混凝土面板堆石壩設計新理念[J].中國工程科學，2011，13（3）：12～18.

[2]郝巨濤.高混凝土面板堆石壩面板水平向擠壓破壞研究[J].水力發(fā)電，2011（3）：23～27.

[3]徐澤平.超高混凝土面板堆石壩建設中的關(guān)鍵技術(shù)問題[J].水力發(fā)電，2010，36（1）：51～53.

TV641.4

A

1004-7344（2016）07-0120-02

2016-2-9

姚朝洪（1986-），男，助理工程師，大專，主要從事檢驗試驗工作。