三峽庫(kù)區(qū)中咀坡大壩筑壩材料碾壓試驗(yàn)

韓晨偉，程祖鋒，楊 柳

(1.河北工程大學(xué) 資源學(xué)院，河北邯鄲056038;2.河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

近幾十來年，新型土石方機(jī)械的大量投入及填筑施工工藝水平不斷提高，同時(shí)筑壩材料試驗(yàn)研究的不斷深入，極大地拓寬了堆石壩的用料范圍和用料模式，為堆石壩更廣泛地應(yīng)用提供了有利條件，彌補(bǔ)了堆石壩長(zhǎng)期存在的建設(shè)工期長(zhǎng)、填筑強(qiáng)度低的不足。隨著填筑施工工藝水平不斷提高且筑壩材料關(guān)系到壩體本身的質(zhì)量、安全度汛、工程總進(jìn)度和投資效益，為此本工程采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)壩體各種材料的級(jí)配、密度、滲透等施工參數(shù)進(jìn)行碾壓試驗(yàn)[1]。

1 工程概況

該水電站工程位于三峽庫(kù)區(qū)長(zhǎng)江北岸一級(jí)支流大寧河的巫山縣境內(nèi)。該混凝土面板堆石壩壩頂高程 549.0 m，最大壩高 112.0 m，壩頂長(zhǎng)度219.0 m，壩頂寬度 8.0m，大壩面板厚度為0.3m～0.6m。壩體分為特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、灰?guī)r出露區(qū)反濾層等填筑區(qū)。本次試驗(yàn)涉及到的主堆石區(qū)、過渡區(qū)、墊層區(qū)等主要填筑區(qū)初步設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 主要填筑區(qū)的初步設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main filling region of the preliminary design parameters

2 碾壓試驗(yàn)

2.1 碾壓試驗(yàn)的目的

⑴復(fù)核各填筑料設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性;⑵確定最佳施工碾壓實(shí)驗(yàn)參數(shù)及工藝，包括壩體不同區(qū)域鋪料方式、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、加水量等。

2.2 碾壓試驗(yàn)材料來源與用量

碾壓試驗(yàn)材料源:母料均來自阮村料場(chǎng)灰?guī)r，實(shí)測(cè)表觀密度2.69 g/cm3、和吸水率0.186%、孔隙率0.50%、飽和抗壓強(qiáng)度平均值72.6 MPa(大于 40 MPa)、軟化系數(shù)0.75 ～0.90，均滿足質(zhì)量技術(shù)要求。因此，該料場(chǎng)采樣均滿足本工程用料試驗(yàn)指標(biāo)要求。主、次堆石和過渡料采用阮村料場(chǎng)爆破后經(jīng)過顆粒級(jí)配試驗(yàn)并滿足級(jí)配設(shè)計(jì)要求的開挖料;墊層料由砂石料系統(tǒng)生產(chǎn)。

材料用量:堆石料3 000 m3，鋪料厚度80 cm;過渡料1 500 m3，鋪料厚度40 cm;墊層料1 000 m3，鋪料厚度40 cm。

2.3 碾壓試驗(yàn)程序及工藝

試驗(yàn)程序:場(chǎng)地平整壓實(shí)→檢查碾壓機(jī)具工況→填筑鋪料→初步檢查鋪料厚度→灑水→布置方格網(wǎng)測(cè)點(diǎn)→測(cè)量鋪料厚度→振動(dòng)碾壓→測(cè)量壓實(shí)沉降值→挖試坑取樣檢查(干密度)。

鋪料:⑴主次堆石料采用進(jìn)占法鋪料，推土機(jī)平料，人工配合找平，灑水車按堆石體積比例加水。⑵過渡料采用后退法鋪料，推土機(jī)平料，人工控制鋪料厚度，鋪料過程中注意剔除超徑大石。⑶墊層料鋪料方法采用后退法鋪料，推土機(jī)平料，人工輔助平料。⑷主、次堆石料壓實(shí)厚度為80 cm，過渡料壓實(shí)厚度為40 cm，墊層料壓實(shí)厚度為40 cm，鋪料完畢后，根據(jù)場(chǎng)外控制測(cè)點(diǎn)，測(cè)量鋪料厚度。

加水量:⑴主次堆石料一場(chǎng)分為2個(gè)實(shí)驗(yàn)單元，場(chǎng)地范圍為36 m×50 m，有效鋪料面積為28 m×40 m，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑵過渡料一場(chǎng)分為2個(gè)實(shí)驗(yàn)單元，有效鋪料面積為560 m2，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑶墊層料一場(chǎng)分為1個(gè)試驗(yàn)單元，有效鋪料面積為560 m2，按 3%、6%、9%加水量控制[2－4]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 堆石料試驗(yàn)結(jié)果

⑴堆石料碾壓試驗(yàn)結(jié)果匯總見表2;⑵堆石料碾壓試驗(yàn)前后顆粒級(jí)配曲線見圖1。

3.2 過渡料試驗(yàn)結(jié)果

⑴過渡料碾壓試驗(yàn)結(jié)果匯總見表3;⑵過渡料碾壓試驗(yàn)前后顆粒級(jí)配曲線見圖2。

3.3 墊層料碾壓試驗(yàn)結(jié)果

⑴墊層料碾壓試驗(yàn)結(jié)果匯總表4;⑵墊層料碾壓試驗(yàn)前后顆粒級(jí)配曲線見圖3。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

⑴通過上述堆石料碾壓前顆粒分析試驗(yàn)看，采用的爆破石料顆粒級(jí)配均在設(shè)計(jì)所要求的堆石料顆粒級(jí)配包絡(luò)線范圍內(nèi);從過渡料碾壓前顆粒分析試驗(yàn)看，采用的爆破石料剔除大于30mm以上塊石后，顆粒級(jí)配在包絡(luò)線范圍內(nèi);從墊層料碾壓前顆粒分析試驗(yàn)看，砂石料系統(tǒng)加工生產(chǎn)的墊層料在包絡(luò)線范圍內(nèi)，因此該次采用的碾壓試驗(yàn)爆破料、加工料均滿足設(shè)計(jì)要求。

⑵從現(xiàn)場(chǎng)堆石料碾壓試驗(yàn)成果看，堆石料干密度和沉降率分析堆石料碾壓6遍后干密度2.1 g/cm3～2.11 g/cm3，接近設(shè)計(jì)值，碾壓 8 遍后干密度 2.19 g/cm3～2.2 g/cm3，孔隙率 18.4% ～18.5%，干密度大于設(shè)計(jì)值2.15 g/cm3，孔隙率小于設(shè)計(jì)值20%，干密度與孔隙率完全能滿足設(shè)計(jì)要求，碾壓10遍后干密度和沉降率與碾壓8遍相比較都趨于穩(wěn)定。試坑中粗顆粒咬合好細(xì)顆粒充填均較緊密，無架空現(xiàn)象。從試坑的透水性情況看，滲透系數(shù)最大值 5.7 cm/s，最小值 0.23 cm/s，總體試坑透水性能良好，能滿足堆石料對(duì)滲透的要求。

⑶從過渡料碾壓試驗(yàn)成果看，碾壓6遍后，平均干容重小于設(shè)計(jì)要求，碾壓8遍后，平均干容重為2.22 g/cm3，該指標(biāo)大于設(shè)計(jì)所要求的2.18 g/cm3，孔隙率為17.0% ～17.9%，該指標(biāo)小于設(shè)計(jì)所要求的18.0%，兩項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，從碾壓遍數(shù)與沉降率關(guān)系曲線可看出，碾壓8遍至10遍后沉降率已趨于穩(wěn)定，試坑中大小石料咬合充填均很緊密，無架空現(xiàn)象，壓后級(jí)配良好略偏離設(shè)計(jì)級(jí)配包絡(luò)線。從試坑的透水性情況看，滲透系數(shù)最大值 4.7 × 10－1cm/s，最小值 1.2 × 10－2cm/s，透水性能良好，能滿足過渡料對(duì)滲透的要求。

表2 堆石料碾壓試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.2 The compaction test resuits of rockfill material

表3 過渡料碾壓試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Transition material rolling test detection results

表4 墊層料碾壓試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Cushion material rolling test results

⑷通過墊層料碾壓前、后顆粒分析試驗(yàn)看，滿足墊層料設(shè)計(jì)顆粒級(jí)配范圍的要求，級(jí)配連續(xù)且良好。不同加水量的墊層料在碾壓6遍后干密度為2.22 g/cm3～2.24 g/cm3，均大于設(shè)計(jì)要求的干密度 2.20 g/cm3，孔隙率 16.7% ～17.8%，滿足設(shè)計(jì)要求18.0%，沉降率碾壓8遍趨于穩(wěn)定。從試坑的透水性情況看，滲透系數(shù)最大值9.5×10－4cm/s，最小值1.2 ×10－4cm/s，因是半透水結(jié)構(gòu)，含水量隨試驗(yàn)時(shí)間的推移有所變化，但均能滿足滲透系數(shù)和孔隙率的要求[5－6]。

4 結(jié)論

對(duì)于主堆石料鋪料80 cm、次堆石料鋪料80 cm和過渡料鋪料厚度40 cm，碾壓8遍及以上即可達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)要求;墊層料鋪料厚度40 cm，碾壓6遍能達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)要求。因此，本次試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，更重要的是該工程填筑碾壓合理參數(shù)為工程的順利實(shí)施提供可靠的技術(shù)依據(jù)，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)今后同類工程建設(shè)的借鑒也有十分重要的作用。

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[3]DL/T 5128－2009，混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].

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