德澤水庫(kù)面板堆石壩次堆石區(qū)碾壓試驗(yàn)與參數(shù)選擇

(沈陽工學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

1 基本情況

1.1 工程概況

德澤水庫(kù)大壩是云南省滇池補(bǔ)水工程重要組成部分，大壩為面板堆石壩，壩頂高程1796.30m，大壩最大壩高142m，壩頂長(zhǎng)386.90m、寬12m。大壩上游壩坡坡比1∶1.4，下游壩坡采用上緩下陡布置，1796.30～1761.50m高程壩坡為1∶1.6，1761.50～1726.50m高程壩坡為1∶1.5，1726.50m高程以下壩坡均為1.1.45，并在1761.50m、1726.50m、1691.50m高程處分別設(shè)2m寬?cǎi)R道，最大庫(kù)容為4.48億m3。德澤水庫(kù)為大(2)型水庫(kù)，其主要任務(wù)為：2020年重點(diǎn)向滇池補(bǔ)充生態(tài)水量，防止水環(huán)境惡化，改善滇池水環(huán)境，并作為昆明城市生活用水以及工業(yè)用水應(yīng)急水源。

根據(jù)料源及對(duì)壩料強(qiáng)度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)濟(jì)合理等要求，將大壩壩體從上游到下游分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)，并在面板上游設(shè)壩前覆蓋區(qū)。在周邊縫下游側(cè)設(shè)置特殊墊層區(qū)。壩體下游坡采用干砌石護(hù)砌。上游覆蓋區(qū)位于面板上游，頂高程1690.00m，水平寬度5m，壩料主要為黏土和保護(hù)黏土穩(wěn)定的渣料。2A墊層區(qū)頂高程1793.00m，水平寬3m，壩料由料場(chǎng)弱風(fēng)化以下灰?guī)r軋制而成。次堆石區(qū)頂部高程1776.30m，寬12m，次堆石區(qū)上游坡比為1∶0.5，下游坡比為1∶1.35，底面高程1679.50m，其下為主堆石區(qū)。次堆石區(qū)選用溢洪道、導(dǎo)流泄洪隧洞及發(fā)電放空隧洞開挖渣料、料場(chǎng)剝離料填筑。

1.2 氣候條件

工程流域氣候特點(diǎn)是：年溫差小、日溫差大，干濕季節(jié)氣候表現(xiàn)分明。因?yàn)榈匦胃叩推鸱?，氣候的垂直變化明顯，河谷地區(qū)氣溫很高、降雨量很少，高山、半山區(qū)氣溫較低、雨量多。壩址多年月平均氣溫統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 壩址多年月平均氣溫統(tǒng)計(jì) 單位：℃

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，得出該工程的施工有效天數(shù)見表2。

表2 施工有效天數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的目的與內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

a.通過大壩碾壓試驗(yàn)，提供準(zhǔn)確合理的碾壓參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)密度和孔隙率的目的。

b.通過碾壓試驗(yàn)選擇適合的填筑與壓實(shí)機(jī)械。

c.通過碾壓試驗(yàn)，研究不同鋪料厚度的碾壓效果，最終選出最合適的鋪料厚度，測(cè)試不同碾壓遍數(shù)的碾壓效果，最終確定滿足要求的碾壓遍數(shù)。

d.通過碾壓試驗(yàn)，測(cè)試不同加水量的碾壓效果，選擇最優(yōu)的含水量。

e.核實(shí)碾壓試驗(yàn)后滲透系數(shù)是不是滿足設(shè)計(jì)的要求。

2.2 試驗(yàn)依據(jù)

大壩碾壓試驗(yàn)施工過程嚴(yán)格遵照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)、《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 228—2013)、《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T 5129—2013)、《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》(DL/T 5128—2009)、《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)程》(SL 176—2007)以及《德澤水庫(kù)大壩壩體填筑施工技術(shù)要求》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.3 試驗(yàn)內(nèi)容

分別對(duì)不同區(qū)域的鋪料方式、鋪料厚度、振動(dòng)碾型號(hào)及重量、碾壓遍數(shù)、行車速度、壓實(shí)厚度、鋪料過程中的加水量、碾壓前后級(jí)配分析、滲透系數(shù)、壓實(shí)后的孔隙率、干密度等提出試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)束后，將所測(cè)得的各個(gè)數(shù)據(jù)匯總成報(bào)告，提供可行性施工參數(shù)，供施工人員參考施工。

2.4 時(shí)間安排

2009年11月1日—15日。

3 碾壓試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

試驗(yàn)前檢測(cè)振動(dòng)碾的工作特性參數(shù)，包括振動(dòng)頻率、振幅、減振氣胎壓力等。碾壓場(chǎng)地要進(jìn)行壓實(shí)，使基礎(chǔ)沉降每碾壓一遍不超過1mm；試驗(yàn)場(chǎng)地經(jīng)平整處理，并經(jīng)振動(dòng)碾振動(dòng)壓實(shí)，表面不平整度不超過10cm。4種鋪土厚度為40cm、60cm、80cm、100cm，對(duì)應(yīng)碾壓遍數(shù)為6遍、8遍、10遍、12遍，對(duì)其進(jìn)行14種情況組合，分為14個(gè)碾壓?jiǎn)卧?，每個(gè)碾壓?jiǎn)卧娣e為15m×50m?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)施工機(jī)械設(shè)備及數(shù)量配備見表3，壩體填筑次堆石區(qū)填筑參數(shù)見表4。

表3 碾壓試驗(yàn)主要施工機(jī)械配置

表4 壩料填筑參數(shù)

4 試驗(yàn)方法

4.1 碾壓試驗(yàn)過程

采用進(jìn)占法鋪料，鋪料厚度為壓實(shí)后厚度加上壓縮量，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，壓縮量為虛鋪厚度的5%～10%，此次試驗(yàn)取10%；在鋪料過程中，取試驗(yàn)料樣做碾壓試驗(yàn)前的材料顆粒級(jí)配檢測(cè)。

試驗(yàn)采用推土機(jī)平料，使其滿足試驗(yàn)要求的厚度和平整度，壩料全部攤鋪完后，用水準(zhǔn)儀檢測(cè)鋪層厚度，保證鋪料厚度達(dá)到試驗(yàn)要求。

振動(dòng)碾在場(chǎng)外起振到正常工況后，在專人指揮下進(jìn)場(chǎng)，振動(dòng)碾采用前進(jìn)后退全振方法碾壓作業(yè)，按標(biāo)示出的碾壓設(shè)備行走路線行走，進(jìn)出場(chǎng)一個(gè)循環(huán)按振動(dòng)碾壓2遍計(jì)，軌跡重疊不小于20cm，32t振動(dòng)碾四種鋪料厚度(40cm、60cm、80cm、100cm)碾壓6遍、8遍、10遍、12遍，按每區(qū)3個(gè)隨機(jī)樣點(diǎn)采用灌水法取樣檢測(cè)，測(cè)量碾壓后的填筑層的高程，并計(jì)算各碾壓遍數(shù)的沉降量和沉降率。

4.2 堆石料的填筑

4.2.1 材料要求

堆石料料源主要為后山梁子石料場(chǎng)灰?guī)r料、溢洪道及發(fā)電放空洞等建筑物開挖料；堆石料碾壓后應(yīng)有良好的級(jí)配，級(jí)配范圍應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,經(jīng)碾壓后，能自由排水；石料最大粒徑800mm。小于5mm的顆粒含量不超過25%，小于0.075mm的顆粒含量不超過8%；堆石料填筑壓實(shí)后孔隙率不大于20%、干密度不低于2.16g/cm3，滲透系數(shù)均大于1×10-2cm/s。石料的顆粒級(jí)配見表5。

表5 次堆石區(qū)石料顆粒級(jí)配

4.2.2 碾壓

每層堆石料均應(yīng)使用滿足下列要求的振動(dòng)碾碾壓：在運(yùn)行條件下通過滾筒傳到地面的振動(dòng)碾靜荷載不小于110kN；振動(dòng)碾為振動(dòng)平碾，運(yùn)行頻率每分鐘在1100～1500次之間，在每分鐘1500次振動(dòng)時(shí)，激振力應(yīng)不小于320kN。

5 成果整理

將碾壓試驗(yàn)成果進(jìn)行歸納整理，并繪制圖表。次堆料區(qū)碾壓試驗(yàn)成果見表6，碾壓遍數(shù)與沉降量關(guān)系見表7、表8和圖1、圖2。

表6 次堆料碾壓試驗(yàn)成果

表7 次堆區(qū)堆料碾壓遍數(shù)與沉降量

表8 次料區(qū)堆料碾壓遍數(shù)與沉降量

圖1 次料區(qū)堆料碾壓遍數(shù)與沉降量曲線

圖2 次堆區(qū)堆料碾壓遍數(shù)與沉降量曲線

6 成果分析

6.1 鋪土層厚度的選擇

從碾壓試驗(yàn)結(jié)果看，由于碾壓試驗(yàn)機(jī)械功率較高，碾壓10個(gè)單遍后，各項(xiàng)檢查指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。四場(chǎng)壓實(shí)層厚在74.30～78.70cm之間，四場(chǎng)的最大沉降量在8.10～10.20mm之間。因此次堆料可選定不大于90cm的松鋪厚度。

6.2 灑水量的選擇

當(dāng)灑水10%后，所鋪料就已經(jīng)充分濕潤(rùn)，經(jīng)碾壓10個(gè)單遍后，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均能滿足試驗(yàn)要求；灑水15%后，已有部分水自料底部流出，從各坑點(diǎn)所測(cè)的含水率與加水量的關(guān)系不明顯，因此次堆料的灑水量選定為10%。

6.3 碾壓遍數(shù)的選擇

從碾壓試驗(yàn)結(jié)果來看，在碾壓8遍時(shí)均有部分試坑的干密度不能滿足設(shè)計(jì)要求，且有兩場(chǎng)增加兩遍的沉降量還有1cm，碾壓10個(gè)單遍后，所檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，且沉降值也明顯減小，因此次堆料的碾壓遍數(shù)最終選定為10個(gè)單遍。

6.4 滲透系數(shù)

在選定的鋪土厚度和碾壓遍數(shù)條帶上現(xiàn)場(chǎng)用試坑注水法測(cè)得的滲透系數(shù)滿足次堆料滲透系數(shù)不小于1×10-2cm/s的要求，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況來看，雖然在碾壓過程中表層石渣料破碎成細(xì)料，但不影響屬于透水料的性質(zhì)，因此，實(shí)測(cè)滲透系數(shù)仍可以滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié) 語

根據(jù)此次現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)得出如下結(jié)論：次堆料填筑采用后山梁子石料場(chǎng)的弱—微風(fēng)化白云巖，鋪土層厚度為90cm，按鋪料體積的10%灑水，強(qiáng)振10個(gè)單遍，碾壓10個(gè)單遍的干密度范圍為2.19～2.41g/cm3，平均值2.36g/cm3，按不大于20%的孔隙率控制，現(xiàn)場(chǎng)填筑干密度不小于2.16g/cm3。

施工時(shí)應(yīng)注意壩料拌和均勻后裝車上壩，有利于質(zhì)量控制，上壩料應(yīng)注意其顆粒級(jí)配及超徑顆粒含量，料場(chǎng)爆破石渣料超徑部分應(yīng)采取二次破碎措施，防止大塊徑料過于集中，出現(xiàn)架空現(xiàn)象。注意灑水，以保證石渣料充分濕潤(rùn)，嚴(yán)格控制鋪土層厚及壩面的平整度。

[1] 云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.德澤水庫(kù)大壩壩體填筑施工技術(shù)要求[R].2009，8:6-8.

[2] SL 274—2001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002：35.

[3] DL/T 5129—2013 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014：55.

[4] SL 228—2013 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2013：57-62.

[5] DL/T 5128—2009混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2009：47.

[6] SL 176—2007水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)程[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007：11.

[7] SL 345—2007水電工程注水實(shí)驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008：27-29.