夾巖水利樞紐工程墊層料快速摻配工藝研究

劉會(huì)建 林宏 李威威

摘要：夾巖水利樞紐工程混凝土面板堆石壩中墊層料填筑存在施工工期短、填筑強(qiáng)度大等難題。為了解決墊層料快速施工等問題，對墊層料摻配工藝、方法等進(jìn)行了研究。通過墊層料摻配試驗(yàn)，按照7：3的重量比，將0～80mm混合料與人工砂進(jìn)行現(xiàn)場摻配。墊層料用運(yùn)輸皮帶機(jī)進(jìn)行摻配。采用上述技術(shù)歷時(shí)11.5個(gè)月，完成墊層填筑377層，填筑總方量達(dá)15.23萬m3，滿足該工程墊層料快速填筑要求。

關(guān)鍵詞：墊層料;摻配試驗(yàn);快速摻配;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號(hào)：TV641文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.020

Abstract： The filling of cushion materials in concrete slab rock fill dam of Jiayan Hydro-complex Project is facing difficulties such as tight construction schedule and high filling intensity. The mixing technique and method of cushion materials were studied to realize the fast filling of cushion materials. On the basis of mixing experiment， the mixture of clay and sand with diameter from 0 mm to 80 mm was adopted to be mixed with manufactured sand in site in the ratio of 7∶3（by weight）. The cushion materials were mixed by belt conveyor. The mixing was completed in 11.5 months with 377 layers filled. The total filling amount were 152.3 thousand m3， which met the requirement of fast filling of cushion materials.

Key words： cushion materials; mixing experiment; fast mixing; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

根據(jù)以往混凝土面板堆石壩墊層料摻配施工經(jīng)驗(yàn)，墊層料摻配時(shí)，大多采用人工配合機(jī)械進(jìn)行摻配施工，摻配方式為碎石→砂→碎石，依次分層交叉攤鋪，期間嚴(yán)格控制攤鋪料層厚[1]。這種摻配方式在墊層料摻配過程中受干擾因素多、機(jī)械投入大且摻配效率低下。

隨著混凝土面板堆石壩填筑逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，填筑施工強(qiáng)度不斷增加，傳統(tǒng)墊層料摻配工藝越來越難以滿足生產(chǎn)需求，同時(shí)也大大增加了施工成本。為此，通過對墊層料摻配工藝、方法等的研究，設(shè)計(jì)了帶式輸送機(jī)進(jìn)行自動(dòng)快速摻配，并在夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）大壩填筑中得到了實(shí)踐。該技術(shù)較好地克服了墊層料施工工期短、填筑強(qiáng)度大等難題，實(shí)現(xiàn)了墊層料的快速施工。

1 工程概況

夾巖工程位于貴州省畢節(jié)市及遵義市境內(nèi)，由水源樞紐工程、畢大供水工程和灌區(qū)骨干輸水工程三大部分組成。大壩壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高154.0 m，壩頂長424.26 m，最大壩寬454.085 m?；炷撩姘宥咽瘔巫陨嫌沃料掠?，依次由混凝土面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū)和拋石區(qū)等組成。大壩填筑總量為473.21萬m3，平均填筑強(qiáng)度約33.1萬m3/月，高峰填筑強(qiáng)度45萬m3/月。

作為面板混凝土直接支承體，墊層區(qū)向堆石體均勻傳遞水壓力，并起到輔助滲流控制作用[2]。該工程墊層區(qū)每層厚40 cm，水平寬3.0 m，上游迎水面坡比1∶1.4，總填筑工程量為17.85萬m3。

2 墊層料設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的墊層料控制參數(shù)（見表1），墊層料采用0～80 mm混合料與人工砂進(jìn)行摻配，墊層料最大粒徑為80 mm，級(jí)配曲線連續(xù)，小于5 mm粒徑含量為35%～55%，小于0.075 mm黏粒含量為4%～8%，設(shè)計(jì)干密度2.24g/cm3，孔隙率17%，加水量初定為0～10%[3]。

3 墊層料摻配試驗(yàn)

3.1 原材料檢測情況

在墊層料進(jìn)行摻配前，首先對半成品料倉的0～80 mm混合料和成品倉的人工砂進(jìn)行取樣檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

3.2 墊層料摻配比例初步選定

根據(jù)0～80 mm混合料和人工砂檢測結(jié)果及墊層料設(shè)計(jì)包絡(luò)線要求，根據(jù)不同比例進(jìn)行了試驗(yàn)室模擬摻配設(shè)計(jì)，其中，0～80 mm混合料與人工砂重量比分別按照8∶2，7∶3，6∶4進(jìn)行摻配成成品料，顆粒級(jí)配滿足或基本滿足設(shè)計(jì)包絡(luò)線要求。

3.3 墊層料摻配比例選定

根據(jù)試驗(yàn)室模擬摻配比例取得的試驗(yàn)成果進(jìn)行現(xiàn)場摻配試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：①按照8∶2進(jìn)行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量僅為3.7%，不能滿足設(shè)計(jì)包絡(luò)線要求;②按照7∶3進(jìn)行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量為4.3%，滿足設(shè)計(jì)要求，且顆分曲線處于包絡(luò)線正中心;③按照6∶4進(jìn)行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量為4.9%，滿足設(shè)計(jì)要求，但顆分曲線處于貼近上包絡(luò)線，在摻配施工時(shí)顆粒級(jí)配曲線易超出設(shè)計(jì)包絡(luò)線。經(jīng)過對比分析，最終采用0～80 mm混合料與人工砂重量比按照7∶3比例進(jìn)行現(xiàn)場摻配。

4 墊層料現(xiàn)場快速摻配工藝

4.1 墊層料摻配工藝流程

夾巖工程墊層料生產(chǎn)采用粗碎開路、中細(xì)碎與第一篩分系統(tǒng)構(gòu)成閉路生產(chǎn)小于80 mm墊層料，并通過超細(xì)碎（制砂）車間補(bǔ)充部分粗骨料和成品砂的工藝設(shè)計(jì)流程。

墊層料摻拌采用帶式輸送機(jī)自動(dòng)摻拌，0～80mm混合料從半成品料倉通過帶式輸送機(jī)進(jìn)入混合帶式輸送機(jī)，人工砂從制砂車間出來后通過另一條帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至混合帶式輸送機(jī)，兩檔料在混合帶式輸送機(jī)進(jìn)行自動(dòng)摻拌，并通過混合帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至墊層料倉，在入倉過程中完成二次摻拌。墊層料成品料倉容積為6.1萬m3。

4.2 墊層料現(xiàn)場快速摻配論證

為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)快速自動(dòng)摻配，現(xiàn)場試驗(yàn)論證表明：超細(xì)碎（制砂）帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力為100 t/h、半成品料帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力為300 t/h，因此必須采取人工砂和0～80 mm混合料，同時(shí)進(jìn)行混合帶式輸送機(jī)生產(chǎn)一段時(shí)間后，再由超細(xì)碎（制砂）機(jī)繼續(xù)供料一段時(shí)間才能滿足摻配比例要求。

為便于現(xiàn)場施工質(zhì)量控制，通過現(xiàn)場多次論證，最終決定采用待半成品經(jīng)給料機(jī)與超細(xì)碎（制砂）機(jī)同步經(jīng)帶式輸送機(jī)混合供料7 h后，由超細(xì)碎（制砂）機(jī)繼續(xù)供料2 h進(jìn)入墊層料成品料倉，達(dá)到0～80 mm混合料與人工砂7∶3的摻配比例，實(shí)現(xiàn)墊層料快速摻配效果。經(jīng)試驗(yàn)室取樣檢測及跟蹤監(jiān)測檢測，顆粒級(jí)配均能滿足設(shè)計(jì)包絡(luò)線要求。

5 墊層料碾壓試驗(yàn)與分析

5.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

墊層料填筑料的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見表3。

碾壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)如下：①優(yōu)先擬定的墊層料鋪層厚度及相應(yīng)的最優(yōu)碾壓遍數(shù);②測定壓實(shí)前后墊層料的顆粒級(jí)配，要求壓實(shí)后級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求;③找出起始測定遍數(shù)至最終遍數(shù)過程中，遍數(shù)與干容重之間的對應(yīng)關(guān)系;④壓實(shí)后墊層料的透水性滿足設(shè)計(jì)要求;⑤推薦夾巖工程大壩壩體墊層料碾壓參數(shù)。

5.2 碾壓試驗(yàn)過程

墊層料試驗(yàn)場每個(gè)小場碾壓試驗(yàn)有效面積為8 m×4 m（長×寬），每個(gè)小場內(nèi)按1m×1 m方格網(wǎng)布置，布置32個(gè)沉降點(diǎn)，采用8 cm×8 cm鐵板作為觀測點(diǎn)，小場間為0.5 m過渡帶，鋪料厚度控制在40±4 cm，按5%，10%灑水量進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，采用三一重工公司SSR260碾壓機(jī)，墊層料壓實(shí)厚度為40 cm。

5.3 碾壓試驗(yàn)結(jié)果

該碾壓試驗(yàn)分別采用不同的灑水量和碾壓遍數(shù)，共進(jìn)行了6小場碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測結(jié)果見表4。

5.4 碾壓參數(shù)適應(yīng)性分析和最佳碾壓參數(shù)選定

檢測結(jié)果法分析表明：0～80 mm混合料與人工砂按照7∶3進(jìn)行摻配的墊層料，灑水量為5%和10%，對墊層料碾壓試驗(yàn)各個(gè)參數(shù)檢測結(jié)果影響不大;碾壓6遍時(shí)，墊層料干密度、孔隙率、滲透系數(shù)、顆粒級(jí)配等技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范技術(shù)要求，且增加碾壓遍數(shù)對干密度和孔隙率等指標(biāo)影響不大。

從施工進(jìn)度和生產(chǎn)成本方面進(jìn)行比較，采取碾壓6遍、灑水量5%作為現(xiàn)場質(zhì)量控制參數(shù)，不但能節(jié)約生產(chǎn)成本，有利于大壩墊層料快速施工，且能夠保證施工質(zhì)量。

將此碾壓試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)碾壓試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求達(dá)到的試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行比較，其對比情況分析見表5。

通過對比分析，最終推薦墊層料現(xiàn)場碾壓參數(shù)施工控制指標(biāo)為：鋪料厚度440 mm，采用26 t自行式振動(dòng)碾，碾壓遍數(shù)為6遍（2遍低頻高振+3遍高頻低振+1遍低頻高振），加水量5%，控制振動(dòng)碾行車速度為2 km/h，孔隙率≤16.6%，干密度≥2.27 g/cm3。

6 墊層料快速施工實(shí)施效果

為保證墊層料快速施工，除改進(jìn)墊層料摻配方法、優(yōu)化墊層料摻配比例、調(diào)整生產(chǎn)工藝、選擇最佳碾壓參數(shù)外，在夾巖工程墊層料填筑過程中采取以下改進(jìn)措施。

（1）擠壓邊墻成型速度直接制約著墊層料施工速度，為保證墊層料快速施工，由原來擠壓邊墻施工完成后進(jìn)行攤鋪施工，改為同步進(jìn)行墊層料攤鋪施工。

（2）墊層料碾壓施工受天氣影響較大，含水量過大時(shí)，容易出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，對墊層料攤鋪完成后未及時(shí)進(jìn)行碾壓的部位，做好防雨措施處理。

（3）在墊層料岸坡設(shè)置層高、分區(qū)標(biāo)識(shí)等，為墊層料攤鋪提供有力的參照物。

通過改進(jìn)墊層料摻配方法、調(diào)整生產(chǎn)工藝及施工措施，2018年4月19日至11月4日，夾巖工程大壩墊層料由高程1 174.00 m填筑至1 266.00 m;2019年5月1日至8月28日，大壩墊層料由高程1 266.00 m填筑至1 324.61 m;歷時(shí)11.5個(gè)月，共完成墊層填筑377層，填筑總方量為15.23萬m3，最大單月填筑方量約2.5萬m3，壩體最大沉降308.21 mm，達(dá)到了墊層料快速填筑要求。

7 結(jié) 語

為改良夾巖工程墊層料摻配工藝，克服了傳統(tǒng)機(jī)械摻配耗時(shí)耗力及占用施工場地等缺點(diǎn)，通過工程實(shí)踐，采用帶式輸送機(jī)摻配墊層料，不僅實(shí)現(xiàn)了快速生產(chǎn)，滿足了填筑強(qiáng)度和現(xiàn)場施工工藝及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)節(jié)省了大量資源，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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（編輯：李 慧）