水利工程面板堆石壩碾壓技術(shù)

何東智

摘要：新時(shí)期，水利工程的廣泛建設(shè)，利國利民。為了不斷提高施工水平，要重視結(jié)合有效的施工技術(shù)，以保證水利工程建設(shè)質(zhì)量。目前水利工程傳統(tǒng)技術(shù)已不能將堆石體密實(shí)度進(jìn)一步提高，而碾壓技術(shù)可以提高堆石的密實(shí)度，并可極大提高碾壓速度。

關(guān)鍵詞：水利工程;面板堆石壩;碾壓技術(shù)

引言

水資源是地球上最寶貴的資源之一，這里說的水資源是淡水資源。但是由于地理位置或者氣候環(huán)境的影響，水資源分布不均，導(dǎo)致有很多地方的淡水資源不足，這就需要水利工程發(fā)揮作用了。南水北調(diào)，三峽水利工程等等這些都是非常有名的水利工程，給人們的生活帶來很大的方便。

1我國在面板堆石壩方面的研究

我國在混凝土面板堆石壩的材料特性研究、本構(gòu)關(guān)系模型建立和數(shù)值計(jì)算方面居世界先進(jìn)水平。面板堆石壩的材料性質(zhì)與以往有所不同;而剛性的厚度很薄的混凝土面板與堆石料及墊層過渡料之間的接觸面及其相互作用是這種壩型的關(guān)鍵技術(shù)問題。所以各種接觸面的本構(gòu)關(guān)系模型在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上被提出和改進(jìn)。在數(shù)值分析中，面板的應(yīng)力、變形與開裂等往往是受到最大關(guān)注的問題。另一方面，堆石料濕化變形和隨時(shí)間持續(xù)的變形或稱為流變、蠕變性也被人們所發(fā)現(xiàn)和得到重視，因?yàn)檫@可能使面板的工作條件和狀態(tài)惡化，在本構(gòu)模型和數(shù)值計(jì)算中不能不考慮到這一情況。沈珠江在堆石料室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了指數(shù)衰減數(shù)學(xué)模型，并用這一模型計(jì)算天了生橋一級(jí)面板堆石壩，發(fā)現(xiàn)堆石體的流變可顯著地加大面板脫空的可能性。

2工程概述

某水電站樞紐擋水大壩為混凝土面板堆石壩，鋼筋混凝土面板堆石壩防浪墻頂高程為2666.0m，壩頂高程為2664.8m，最大壩高為88.8m，壩頂寬度8.0m，壩頂長217.39m，上游壩坡1：1.45，防浪墻斷面為“L”型重力式擋墻型式。壩體上游側(cè)設(shè)水平寬度為3.0m的墊層料和水平寬度為3.0m過渡料。其后為主堆石區(qū)和次堆石區(qū)。壩前混凝土面板采用C30混凝土，面板底部最大厚度為55cm，頂部最大厚度為30cm;在面板上游側(cè)2617.0m高程以下設(shè)置上游鋪蓋。后壩坡采用干砌塊石護(hù)坡。壩體底部最大寬度為243.26.m。為了確保本工程面板堆石壩的施工質(zhì)量，特針對(duì)面板堆石壩的碾壓技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3面板堆石壩的碾壓試驗(yàn)

3.1碾壓試驗(yàn)的目的

在本水電站面板堆石壩澆筑之前，必須通過碾壓試驗(yàn)，從而為后期的碾壓施工提供合理的碾壓參數(shù)，確保面板堆石壩可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)密度和孔隙率，在實(shí)驗(yàn)過程中主要是對(duì)以下碾壓參數(shù)進(jìn)行確定：（1）確定本工程合適的填筑壓實(shí)機(jī)械。（2）確定不同鋪料厚度的碾壓施工要求，確定最佳的鋪料厚度、灑水量和碾壓遍數(shù)。

3.2碾壓實(shí)驗(yàn)的步驟和方法

（1）根據(jù)類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，碾壓施工前，應(yīng)首先制定面板堆石壩碾壓施工的相關(guān)參數(shù)，然后采用逐步收斂法，調(diào)整其中一個(gè)參數(shù)產(chǎn)生連續(xù)性的變化，而保持其他參數(shù)固定不變，最終通過碾壓施工試驗(yàn)得出面板堆石壩碾壓施工該參數(shù)的最佳取值。最后以此類推，對(duì)所有的與碾壓施工相關(guān)的參數(shù)逐一進(jìn)行參數(shù)的最佳取值確定。并通過復(fù)核試驗(yàn)，確保所采用的碾壓技術(shù)的相關(guān)參數(shù)均符合本工程的面板堆石壩設(shè)計(jì)要求。此外，本工程在對(duì)面板堆石壩的石料選擇方面，采用了上游料場(chǎng)作為面板堆石壩的主堆石料，上游砂礫石料場(chǎng)作為面板堆石壩的次堆石區(qū)砂礫石料，其他堆石料則采用了生產(chǎn)系統(tǒng)中的成品料。（2）碾壓試驗(yàn)參數(shù)初擬定為：對(duì)于本工程面板堆石壩的主堆石區(qū)的鋪層厚度選擇80cm和100cm兩個(gè)碾壓試驗(yàn)參數(shù);對(duì)于本工程面板堆石壩的過渡區(qū)則選用40cm和50cm兩個(gè)碾壓試驗(yàn)參數(shù);對(duì)于本工程面板堆石壩的墊層區(qū)則選用30cm和40cm兩個(gè)碾壓試驗(yàn)參數(shù)。在碾壓次數(shù)的參數(shù)選定方面，采用了6遍、8遍和10遍三個(gè)不同的試驗(yàn)參數(shù)。（3）試驗(yàn)場(chǎng)地布置：結(jié)合本工程實(shí)際特點(diǎn)，碾壓試驗(yàn)在壩體外進(jìn)行，具體位置選擇為大壩下游左岸河灘地附近一合適位置，其長度約為30m，寬度約為28m。對(duì)于每一個(gè)碾壓試驗(yàn)鋪層厚度，均設(shè)置6遍、8遍和10遍三種試驗(yàn)單元。同時(shí)為了便于對(duì)壓實(shí)沉降量的計(jì)算和測(cè)量，在試驗(yàn)段的每個(gè)單元里均布置了長200cm，寬150cm的方格網(wǎng)。（4）布置方格網(wǎng)測(cè)點(diǎn)：首先采用長200cm，寬150cm的方格網(wǎng)對(duì)每一個(gè)碾壓試驗(yàn)單元進(jìn)行布置，并在面板堆石壩的試驗(yàn)填筑區(qū)設(shè)置了一些控制基樁。為了便于采用水準(zhǔn)儀測(cè)量面板堆石壩碾壓施工后的沉降測(cè)量，對(duì)每一個(gè)網(wǎng)格測(cè)點(diǎn)設(shè)置了不同的顏色和編號(hào)，并放置了水準(zhǔn)尺墊。（5）碾壓：本工程采用振動(dòng)碾壓技術(shù)進(jìn)行施工，在碾壓過程中對(duì)振動(dòng)碾壓技術(shù)相關(guān)的工作參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的記錄：①根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)自行式振動(dòng)碾壓車輛的形式速度、碾壓遍數(shù)以及加水量進(jìn)行了控制;②在碾壓試驗(yàn)過程中，應(yīng)盡量確保不錯(cuò)距碾壓，同時(shí)應(yīng)確保在碾壓施工過程中處于同一個(gè)碾壓帶上，進(jìn)行前進(jìn)和后退的碾壓試驗(yàn);③對(duì)于相鄰的碾壓帶，應(yīng)至少確保10%以上的振動(dòng)滾筒寬度壓痕，同時(shí)注意避免重疊。（6）試驗(yàn)檢測(cè)：根據(jù)碾壓實(shí)驗(yàn)的要求，分別對(duì)不同碾壓次數(shù)，進(jìn)行壓實(shí)干密度，含水量、滲透系數(shù)及顆粒級(jí)配等參數(shù)的測(cè)量和分析，且每一個(gè)碾壓試驗(yàn)單元軍應(yīng)用采用2個(gè)以上的數(shù)據(jù)的平均值作為最終的試驗(yàn)值。

4面板堆石壩的碾壓施工

4.1工藝分析

（1）碾壓技術(shù)對(duì)面板壩墊層料、過渡料、主堆石料和次堆石料碾壓均適用。墊層料碾壓由于其上游邊緣對(duì)行駛振動(dòng)碾比較危險(xiǎn)，故墊層料可用振動(dòng)碾碾壓，但由于振動(dòng)碾只承擔(dān)這一部分的振壓，施工單一，可以與其它部分的沖碾施工速度相匹配。（2）沖擊碾壓要求的場(chǎng)地在長度方向要大于60m，才能達(dá)到所要求的銘牌速度;其寬度最小要求18m，以便能順利轉(zhuǎn)彎。（3）只要按前進(jìn)法鋪料、推土機(jī)平場(chǎng)、無論三邊碾還是五邊碾都可直接進(jìn)行碾壓而不需振動(dòng)碾先進(jìn)行平整。（4）邊角需要輔以振動(dòng)碾和夯板輔助。一方面將這一輔助工作量減到最小，另一方面由于主體密實(shí)度大，邊角部分的楔形體體量很小，在壩軸方向一邊受基礎(chǔ)約束，另一邊受碾壓堆石主體的約束，其本身也比較密實(shí)，不可能有不利的變位產(chǎn)生。

4.2碾壓施工準(zhǔn)備

（1）基底處理：由于本工程該試驗(yàn)段為原河床段，地基為砂卵石地基，所以依據(jù)壩址填筑基礎(chǔ)面處理設(shè)計(jì)要求，對(duì)原地面進(jìn)行碾壓密實(shí)。（2）測(cè)量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地邊線進(jìn)行放線，并放好護(hù)樁和水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量基礎(chǔ)面高程。

5結(jié)束語

在水利工程中，面板堆石壩因其具有防滲性能強(qiáng)，施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，在水利工程中的應(yīng)用日漸廣泛，其施工質(zhì)量的高低也備受社會(huì)各界的關(guān)注。而面板堆石壩的碾壓技術(shù)在選擇過程中，碾壓參數(shù)的不同，對(duì)面板堆石壩的干密度、滲透性能等的影響也不盡相同。因此，相關(guān)工作者在進(jìn)行面板堆石壩施工過程中，必須重視碾壓技術(shù)的選擇，通過科學(xué)的試驗(yàn)和計(jì)算，選擇符合當(dāng)前年水利工程實(shí)際情況的碾壓技術(shù)，提高面板堆石壩的施工質(zhì)量，確保水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家電力公司水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國電力出版社，2000.

（作者單位：貴州水利實(shí)業(yè)有限公司）