阿爾塔什大壩天然砂礫石料填筑施工參數(shù)的選擇

包永俠，唐德勝

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流梯級(jí)規(guī)劃中“兩庫(kù)十四級(jí)”的第11個(gè)梯級(jí)，擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，水庫(kù)總庫(kù)容22.49億m3，正常蓄水位1 820 m，電站裝機(jī)容量755 MW。

阿爾塔大壩最大壩高164.8 m，壩頂寬12 m，壩長(zhǎng)795 m。壩體填筑分區(qū)從上游至下游分別為上游蓋重區(qū)1B、上游鋪蓋區(qū)1A、墊層料區(qū)2A、特殊墊層區(qū)2B、過(guò)渡料區(qū)3A、砂礫料區(qū)3B、爆破料區(qū)3C、水平排水料區(qū)3D。大壩填筑總量約2 494萬(wàn)m3，其中，砂礫料約1227.8萬(wàn)m3，過(guò)渡料約59萬(wàn)m3，墊層料約36.6萬(wàn)m3。

砂礫石取自河床上游C1及下游C3料場(chǎng)。C1料場(chǎng)位于壩址上游左岸，距壩址3～4 km，為葉爾羌河流河漫灘和Ⅰ級(jí)階地，料場(chǎng)無(wú)用層厚0～1.0 m，平枯水期水上有用層厚3～4 m；C3料場(chǎng)位于壩址至阿爾塔什水電站河床、河漫灘及Ⅰ級(jí)階地，距壩址1.5～7.8 km。水上、水下有用層合計(jì)總儲(chǔ)量為2 520萬(wàn)m3。開(kāi)采料直接用于壩殼填筑，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

由于工程具有河床砂礫石料分布廣，料源質(zhì)量差異大及位于新疆干旱寒冷地區(qū)等條件，為保證工程施工質(zhì)量，在碾壓試驗(yàn)中重點(diǎn)針對(duì)不同碾壓設(shè)備、鋪料厚度、加水量進(jìn)行綜合研究，以確定合理的施工工藝參數(shù)。

2 碾壓設(shè)備選擇

砂礫石料施工過(guò)程中，碾壓設(shè)備對(duì)施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性影響很大。在設(shè)計(jì)指標(biāo)確定的情況下，設(shè)備選擇不合理可能造成試驗(yàn)無(wú)法成功；采用不同設(shè)備要達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)可能鋪土厚度也不同。

2.1 26 t振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)

對(duì)砂礫石料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，分別采用灑水量5%、10%，鋪料厚度60、80 cm 4種參數(shù)組合，26 t振動(dòng)碾在不同碾壓遍數(shù)下的壓實(shí)效果見(jiàn)表1。

表1 26 t振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，砂礫石料相對(duì)密度總體趨勢(shì)伴隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，但隨著碾壓密實(shí)度的增加，壓實(shí)效率逐漸降低。碾壓6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍、12遍至14遍、14遍至16遍時(shí)，相對(duì)密度分別平均增大0.06、0.04、0.03、0.03、0.02。

按照設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)，砂礫石料相對(duì)密度>0.9，26 t振動(dòng)碾可選擇參數(shù)為：鋪料厚度80 cm，灑水量5%，碾壓12遍；鋪料厚度60 cm，灑水量5%，碾壓10遍。通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，最后確定施工參數(shù)為鋪料厚度80 cm，灑水量5%，碾壓12遍。

通過(guò)分析可知，灑水量大小對(duì)砂礫石料的壓實(shí)效果有明顯影響，同樣碾壓設(shè)備、鋪料厚度和碾壓遍數(shù)，灑水量5%和10%的壓實(shí)效果(相對(duì)密度)會(huì)有0.02～0.04的差距。因此，碾壓時(shí)選擇灑水量10%更為經(jīng)濟(jì)合理。

2.2 32 t振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)

根據(jù)26t振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)成果，32 t振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓試驗(yàn)時(shí)采用灑水量10%、鋪料厚度80 cm、行走速度2.0 km/h和3.0 km/h 2種不同參數(shù)組合，在不同碾壓遍數(shù)下的壓實(shí)效果見(jiàn)表2。

表2 32 t振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，砂礫石料相對(duì)密度總體趨勢(shì)伴隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，但隨著碾壓密實(shí)度的增加，壓實(shí)效率逐漸降低。碾壓6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍時(shí)，相對(duì)密度分別平均增大0.06、0.04、0.02。

按照設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)，砂礫石料相對(duì)密度>0.9，32 t振動(dòng)碾可選擇參數(shù)為鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓8遍，行走速度為2.0 km/h；鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行走速度為3.0 km/h。通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，最后確定32 t振動(dòng)碾施工參數(shù)確定為鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行走速度為3.0 km/h。

2.3 平行對(duì)比試驗(yàn)

采用32、26 t 2種不同碾壓機(jī)具按照鋪料厚度80 cm、灑水量10%、行走速度3.0 km/h進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

表3 不同碾壓設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，采用不同噸位振動(dòng)碾進(jìn)行砂礫石料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，在相同碾壓遍數(shù)下，振動(dòng)壓實(shí)得到的砂礫石料相對(duì)密度的趨勢(shì)是32 t振動(dòng)碾>26 t振動(dòng)碾，其偏差在0.04～0.07之間，相對(duì)密度比值在91.9%～95.9%之間。26 t振動(dòng)碾需碾壓12遍后，每碾壓2遍間的相對(duì)密度才小于0.03；而32 t振動(dòng)碾碾壓10遍后，每碾壓2遍間的相對(duì)密度就小于0.03。同樣鋪料厚度、碾壓遍數(shù)下，26 t與32 t振動(dòng)碾相對(duì)密度差最小為0.04。

綜上，說(shuō)明不同噸位的振動(dòng)碾對(duì)砂礫石壓實(shí)效果明顯，砂礫石碾壓過(guò)程需認(rèn)真選擇碾壓設(shè)備。

3 鋪料厚度研究

采用不灑水、32 t振動(dòng)碾、行走速度3.0 km/h、鋪料厚度分別為60、80、100 cm的3種參數(shù)組合進(jìn)行砂礫石料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，在碾壓6遍后對(duì)壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同鋪料厚度碾壓試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，在相同碾壓遍數(shù)下，采用60 cm鋪料厚度比采用80 cm鋪料厚度相對(duì)密度大0.01～0.05；采用60 cm鋪料厚度比采用100 cm鋪料厚度相對(duì)密度大0.06～0.15；采用80 cm鋪料厚度比采用100 cm鋪料厚度相對(duì)密度大0.01～0.05。

在分析不同鋪料厚度的砂礫石料壓實(shí)質(zhì)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用不灑水碾壓，鋪料厚度60 cm與80 cm每碾壓2遍偏差、80 cm與100 cm每碾壓2遍偏差相加等于60 cm與100 cm碾壓2遍偏差。本工程爆破料的現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)相同規(guī)律。

綜上可知，在不灑水的情況下32 t振動(dòng)碾需要在鋪料厚度60 cm、碾壓12遍后才可以滿足設(shè)計(jì)要求，相比灑水10%、鋪料厚度80 cm、碾壓10遍滿足設(shè)計(jì)要求，不灑水施工效率將降低約40%。

4 灑水量研究

采用32 t振動(dòng)碾、行走速度3.0 km/h、鋪料厚度80 cm分別進(jìn)行不灑水、灑水5%、10%3種參數(shù)組合進(jìn)行砂礫石料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同灑水量碾壓試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，灑水量對(duì)砂礫石料壓實(shí)度影響較大，尤其是不加水與5%、10%對(duì)比，每碾壓2遍相對(duì)密度相差在0.08～0.10之間。對(duì)比灑水量5%和10%的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碾壓遍數(shù)每增加2遍相對(duì)密度相差僅在0～0.02之間，偏差較小，說(shuō)明采用灑水量5%和10%對(duì)砂礫石料碾壓密實(shí)度影響較小。因?yàn)樯暗[石料含水率變化主要為P5以下含量含水率的變化，當(dāng)P5以下粒徑組達(dá)到飽和含水后，多余水隨砂礫石料間隙滲走。從現(xiàn)場(chǎng)施工控制角度考慮，在碾壓8遍以上時(shí)，灑水量5%可以滿足施工質(zhì)量控制要求，增加灑水對(duì)石料壓實(shí)度提高影響不大。

5 結(jié) 論

綜上所述，碾壓設(shè)備、鋪料厚度、灑水量是砂礫石料施工過(guò)程中的3項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，其中，灑水量對(duì)砂礫石料的壓實(shí)過(guò)程影響作用效果較大，砂礫石填筑施工必須灑水作業(yè)。在較低的碾壓遍數(shù)情況下，灑水量對(duì)砂礫石料壓實(shí)效果影響很大，當(dāng)碾壓遍數(shù)在6遍以上時(shí)，灑水量為5%、10%影響不很顯著，說(shuō)明當(dāng)碾壓遍數(shù)高時(shí)，合理控制灑水量即可滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果，阿爾塔什大壩砂礫石料碾壓遍數(shù)在6遍以上時(shí)，進(jìn)行灑水可按照砂礫石料飽和含水控制，增加碾壓遍數(shù)，當(dāng)碾壓遍數(shù)在6～10遍時(shí)，可以快速有效提高砂礫石的壓實(shí)效果，當(dāng)碾壓10遍以上，若無(wú)法滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，則需要變更碾壓設(shè)備類型，提高壓實(shí)效果。

通過(guò)對(duì)阿爾塔什大壩砂礫石料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，最終確定砂礫石料填筑的施工參數(shù)為：32 t自行式振動(dòng)平碾，鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行車速度控制在3 km/h。

截至2017年底，阿爾塔什大壩已完成85 m高壩體填筑，填筑砂礫石料總體積800萬(wàn)m3，施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)砂礫石填筑料的干密度平均值為2.38 g/cm3，施工期間累計(jì)最大沉降量為170 mm，沉降率為0.2%，與類似高度的面板堆石壩同建設(shè)階段相比，阿爾塔什面板堆石壩的沉降量較小。工程檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，在阿爾塔什大壩填筑施工過(guò)程中，砂礫石料碾壓施工參數(shù)合理，通過(guò)施工過(guò)程的嚴(yán)格管控，大壩填筑質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

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