守口堡膠凝砂礫石填筑過程防骨料分離措施

何冰峰

（山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原030006）

0 引言

膠凝砂礫石壩是介于剛性體壩和散粒體壩之間的一種新壩型，效益顯著，不僅對(duì)筑壩基礎(chǔ)要求底，且筑壩材料也可以就地取材，減低了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，而且在遇到超限洪水時(shí)達(dá)到慢潰甚至不潰的有效作用，為保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大的意義。

守口堡水庫樞紐工程膠凝砂礫石壩為我國首座試驗(yàn)型壩，位于大同市陽高縣，壩頂長366 m，最大壩高61.6 m，在永久工程中尚屬首例。且守口堡水庫大壩對(duì)膠凝砂礫石骨料粒徑拓寬到150 mm，為膠凝砂礫石在骨料級(jí)配連續(xù)性控制方面帶來了一個(gè)極大的考驗(yàn)，如若控制不好，極容易出現(xiàn)骨料分離現(xiàn)象，直接影響膠凝砂礫石壩的填筑質(zhì)量，增加壩體安全穩(wěn)定隱患。因此如何解決膠凝砂礫石在填筑過程中的骨料分離成為了我們筑壩過程中的一大難題。

膠凝砂礫石施工中的骨料分離現(xiàn)象伴隨著施工的整個(gè)過程，影響因素有很多，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，借鑒碾壓混凝土施工經(jīng)驗(yàn)及在施工過程中的不斷摸索，成功地解決了膠凝砂礫石在施工過程中的骨料分離現(xiàn)象，且填筑質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。

1 施工階段的劃分

膠凝砂礫石鋪筑過程主要分三個(gè)階段，儲(chǔ)料階段、加工階段、鋪筑階段。儲(chǔ)料階段包括母料的篩分和存儲(chǔ)，這個(gè)階段主要掌握母料的開采量、利用率，以及篩分料各個(gè)級(jí)配在導(dǎo)則要求的范圍內(nèi)的含量，通過摻配外摻料，保證拌合料一定的連續(xù)性；加工階段是膠凝砂礫石的制備過程，也是防止骨料分離的主要階段，從拌合過程中的喂料開始至拌合成品料的接料，每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要；鋪筑階段是防止骨料分離的輔助階段，主要在卸料方式、骨料局部集中的處理和條帶銜接部位處理等方面控制。下面從三個(gè)階段中各個(gè)環(huán)節(jié)如何解決膠凝砂礫石骨料分離作一一敘述。

2 儲(chǔ)料階段

2.1 母料的篩分

首先，我們對(duì)砂礫石料場進(jìn)行復(fù)勘，以10 m×10 m劃分方格，料場較大時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)寬，但建議不超過30 m×30 m，每個(gè)方格隨機(jī)性取至少1 個(gè)取樣點(diǎn)，并對(duì)每個(gè)點(diǎn)不同深度的砂礫料進(jìn)行篩分。確定砂礫石料母料的開采范圍、深度及原料級(jí)配等。進(jìn)而推算出整個(gè)料場砂礫料的篩分可利用率及需要摻加的人工砂、碎石比例；另外，如果母料儲(chǔ)量較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出填筑需求量，且母料各個(gè)篩分范圍的級(jí)配依據(jù)導(dǎo)則相差較遠(yuǎn)，有條件的可將母料按照導(dǎo)則要求按照各個(gè)級(jí)配范圍進(jìn)行篩分重組，進(jìn)而滿足拌合料母料參配要求。通過掌握現(xiàn)場母料可利用率和篩分情況來確定外摻料的摻量，保證重組料各個(gè)級(jí)配間一定的連續(xù)性，避免出現(xiàn)重組料大骨料集中現(xiàn)象。

2.2 篩分料儲(chǔ)存

砂礫石篩分主要用于剔除150 mm 以上超粒徑礫石。要時(shí)常監(jiān)測是否出現(xiàn)篩網(wǎng)變形，會(huì)有150 mm 以上的卵石混入篩分好的料堆中，造成大顆粒的集中現(xiàn)象。由于膠凝砂礫石填筑需求量較大，且一次生產(chǎn)填筑時(shí)間較長，所以篩分料的儲(chǔ)存分為一次儲(chǔ)區(qū)和二次儲(chǔ)料區(qū)，一次儲(chǔ)料區(qū)是年計(jì)劃用量，最少不能少于15 天的用量，二次儲(chǔ)料區(qū)為一次生產(chǎn)填筑用量，包括篩分料和外摻料，一般2～3 天的用量，并搭設(shè)雨棚防護(hù)，存儲(chǔ)過程都采用后退法攤鋪儲(chǔ)存，這樣能有效地降低因儲(chǔ)料過程造成篩分料的砂卵分離，避免大骨料的集中。二次儲(chǔ)料區(qū)搭設(shè)雨棚主要是控制拌合料的含水率，守口堡膠凝砂礫石為干硬性材料，含水率是施工過程的主要控制因素，搭設(shè)雨棚可有效地減少因降雨等外來因素造成的拌合料含水率較大變化，避免攪拌過程中出現(xiàn)由于攪拌不均造成的骨料分離現(xiàn)象，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。

3 加工階段

3.1 喂料

膠凝砂礫石的拌合采用SBL200 專用膠凝砂礫料拌合機(jī)，如圖1 所示。喂料是拌合過程的第一步，也是重要的一步，首先現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)人員必須實(shí)時(shí)對(duì)二次儲(chǔ)料區(qū)的篩分料及摻配料進(jìn)行含水率進(jìn)行測定，根據(jù)測定結(jié)果出具現(xiàn)場的配料單，喂料過程中，料斗頂部安裝篩網(wǎng)，過濾掉超粒徑礫石，安排專人進(jìn)行二次剔除；同時(shí)必須實(shí)時(shí)監(jiān)控輸料皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，保證拌合過程中不間斷喂料，滿足重組料的參配要求和生產(chǎn)的連續(xù)性。

圖1 SBL200 拌合機(jī)

3.2 拌合

專用拌合機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為200 m3/h，實(shí)際可達(dá)到85%，生產(chǎn)能力比較高，膠凝砂礫石初凝時(shí)間控制在平均4 h 左右，施工中，每次鋪筑區(qū)面積規(guī)劃根據(jù)攪拌機(jī)的拌合能力、機(jī)械配置、天氣情況等制定，但伴隨的問題是在高強(qiáng)度的生產(chǎn)過程中，拌合質(zhì)量達(dá)不到要求，礫石裹漿不足，大骨料集中較為嚴(yán)重，綜合考慮各種因素，我們對(duì)攪拌桶進(jìn)行了改進(jìn)加長，通過增加重組料在拌合桶內(nèi)的拌合時(shí)間，讓膠凝砂礫石料充分拌合，很好地解決了大骨料裹漿不足的現(xiàn)象，消除了因拌合不均造成的大骨料集中現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)能力；同時(shí)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速率的提高，也減低了拌合料在輸料皮帶機(jī)上因暴露造成的VC 值損失，出機(jī)口VC 值我們一般保持在10～15 s 左右，不同天氣情況也做相應(yīng)調(diào)整；另外，SBL200 專用膠凝砂礫料拌合機(jī)在喂料口、拌合桶、輸送帶、出料口處安裝了監(jiān)控設(shè)備，在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)的將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況及各部位運(yùn)轉(zhuǎn)性能以圖片和數(shù)字的形式傳輸至控制室，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3 接料

拌合料拌合完成后，通過輸送皮帶機(jī)輸送至臨時(shí)儲(chǔ)料斗，皮帶機(jī)卸料部位距料斗底部約2 m 左右，由于下落高度較大，在儲(chǔ)料過程中，隨著拌合料在臨時(shí)儲(chǔ)料倉內(nèi)的堆積，因骨料粒徑、比重等因素的不同，造成了不同的下落軌跡，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的骨料分離現(xiàn)象。我們通過在拌合設(shè)備皮帶機(jī)出料部位加設(shè)擋料板和調(diào)節(jié)板，以改變不同物料的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而調(diào)整物料落點(diǎn)，使其混合均勻，使臨時(shí)儲(chǔ)料倉內(nèi)的骨料分離現(xiàn)象得以消除。

臨時(shí)儲(chǔ)料斗內(nèi)存儲(chǔ)一定拌合料后，如何卸料也是比較關(guān)鍵的一步，專用拌合設(shè)備的臨時(shí)儲(chǔ)料量為7 m3左右，卸料必須是臨時(shí)儲(chǔ)料倉內(nèi)達(dá)到一半以上容量時(shí)才可卸料，不允許直接開倉卸料，不然在自卸車卸料過程中會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的骨料分離現(xiàn)象，同時(shí)臨時(shí)儲(chǔ)料斗內(nèi)設(shè)備改進(jìn)起不到作用。接料采用自卸車三點(diǎn)式接料，儲(chǔ)料倉卸一次料為一點(diǎn)，三堆料相互堆疊。

4 鋪筑階段

4.1 卸料

膠凝砂礫石是干硬性拌合物，松散無黏性，自卸汽車在運(yùn)輸膠凝砂礫石料時(shí)，要控制好行駛速度，一般為20 km/h 內(nèi)，運(yùn)輸?shù)缆繁仨毱椒€(wěn)，不能有較大的顛簸和急轉(zhuǎn)彎，無法避免的情況下必須降低運(yùn)輸速度，避免在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生骨料分離；運(yùn)輸達(dá)到現(xiàn)場后采用后退法進(jìn)行鋪筑，卸料由倉面指揮員指揮，采用兩點(diǎn)疊壓式卸料，見圖2。卸料按倉面劃分的條帶卸料，梅花形依次堆放，條帶方向與壩軸線平行，守口堡膠凝砂礫石鋪筑條帶為4 m。卸料時(shí)，每車分兩個(gè)位置卸料，先卸1/2 料，移動(dòng)1.5 m 左右位置后卸1/2 料，第二次應(yīng)對(duì)準(zhǔn)第一次卸料堆高度的一半位置，使后卸料堆與先卸料堆相互搭接，落差不大于1.5 m，從而避免骨料分離現(xiàn)象。

圖2 兩點(diǎn)疊壓式卸料

卸料堆旁如出現(xiàn)個(gè)別的骨料現(xiàn)象，采用人工將其分散到料堆上；如果出現(xiàn)的骨料集中部位相對(duì)較大，可采用小型的挖掘機(jī)將此處料堆進(jìn)行現(xiàn)場二次拌合，直至未出現(xiàn)明顯的骨料集中現(xiàn)象為止。

4.2 攤鋪

卸料環(huán)節(jié)中的消除骨料分離措施伴隨著卸料的整個(gè)過程，消除卸料過程中產(chǎn)生的骨料集中現(xiàn)象后，立即采用SD16 型履帶式推土機(jī)進(jìn)行攤鋪平倉，平倉過程中，行進(jìn)速度保持在1.5 km 左右，絕不允許急退急進(jìn)，人工在已平倉的未碾壓條帶進(jìn)行檢查，消除骨料集中部位，將大骨料分散至未平倉的條帶上；特別注意的是，守口堡水庫膠凝砂礫石虛鋪厚度為55 cm，高差相對(duì)較大，在倉面邊緣和條帶銜接部位很容易出現(xiàn)骨料現(xiàn)象，我們在攤鋪過程中，垂直條帶方向依次攤鋪，每個(gè)攤鋪完成的條帶在相鄰條帶攤鋪前，采用人工對(duì)大骨料集中部分進(jìn)行處理，將大骨料分散本層條帶上，并覆蓋一定的細(xì)骨料，消除骨料分離現(xiàn)象后，進(jìn)行相鄰條帶攤鋪；另外也可采用噴漿的方式消除條帶及攤鋪完成的條帶出現(xiàn)的大骨料集中現(xiàn)象，主要目的是進(jìn)行大骨料的裹漿，噴漿效果達(dá)到大骨料暴露面全部裹漿為準(zhǔn)，如果條帶較長，交叉作業(yè)較大，也可采用人工揮灑。

4.3 碾壓

碾壓過程是膠凝砂礫石鋪筑的最后工序，消除攤鋪過程中的骨料分離現(xiàn)象后，按照攤鋪條帶碾壓設(shè)備要緊隨其后，守口堡膠凝砂礫石碾壓設(shè)備為26 t 單鋼輪振動(dòng)碾，碾壓遍數(shù)為8 遍，其中靜壓兩次，行走速度應(yīng)控制在1～1.5 km/h 左右。每碾壓完一個(gè)循環(huán)時(shí)，安排2～3 人進(jìn)行倉面檢查，有骨料集中的部位進(jìn)行挖除換填，直至每個(gè)條帶碾壓完成，未及時(shí)碾壓的條帶如果暴露時(shí)間較長，要進(jìn)行噴霧保濕，補(bǔ)充大骨料表面裹漿水分的流失，一般為20 min 一次，具體頻次應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際倉面情況和天氣情況進(jìn)行調(diào)整；如果未及時(shí)補(bǔ)充水分，出現(xiàn)局部暴露時(shí)間過長，可采用噴漿或人工灑漿液方式處理，至大骨料暴露面全部裹漿為止。

5 結(jié)語

由于膠凝砂礫石中的膠凝材料用量較少，在施工的各個(gè)環(huán)節(jié)中，很容易出現(xiàn)大骨料的集中，造成骨料分離現(xiàn)象。本文敘述的如何解決膠凝砂礫石骨料分離的各項(xiàng)措施，只是我們在建設(shè)大同市守口堡膠膠凝砂礫石大壩工程過程的一項(xiàng)難題，在經(jīng)過長達(dá)兩年工程試驗(yàn)和后期的實(shí)踐中，我們尋找到了膠凝砂礫石筑壩關(guān)鍵技術(shù)的解決路徑和方法，確定了膠凝砂礫石鋪筑工藝參數(shù)，探索出拌合、運(yùn)輸、平倉、碾壓、層面處理、上下游固坡等系列施工工藝，成為了我們一項(xiàng)核心技術(shù)，也得到了國內(nèi)知名專家的認(rèn)可。