阿爾塔什大壩砂礫石冬季填筑施工技術(shù)研究

王建幫，王真平，張芳軍

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概述

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆阿爾塔什村，地處昆侖山板塊的新疆葉爾羌河流域，惠及新疆南部的克州、喀什地區(qū)和和田地區(qū)。葉爾羌河流域位于新疆塔里木盆地西部，地處歐亞大陸腹地，因遠(yuǎn)離海洋，周圍又有高山阻隔，加上大沙漠的影響，流域內(nèi)呈典型的大陸性氣候，其主要特點是氣溫年變化較大，日溫差大，空氣干燥，日照長，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水量稀少，冬季天氣干燥寒冷。

阿爾塔什大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩頂高程為1 825.8 m，最大壩高164.8 m，壩頂寬12 m，壩長795 m，大壩合同填筑工程量2 494萬m3，其中砂礫料1 227萬m3。大壩于2015年開工建設(shè)，前期由于右岸高邊坡處理施工難度大，導(dǎo)致大壩填筑工期調(diào)整。

調(diào)整工期的2個節(jié)點目標(biāo)為2017年5月31日前壩體臨時斷面填筑不低于1 715.0 m高程，2017年8月底壩體臨時斷面填筑不低于1 730.0 m高程。根據(jù)調(diào)整計劃2017年2月11日～2017年8月31日，壩體填筑總量約698.9萬m3，平均月強(qiáng)度約107.5萬m3，高峰期月強(qiáng)度約113.35萬m3，遠(yuǎn)高于投標(biāo)階段高峰期強(qiáng)度73.1萬m3。2016年施工過程中高峰期月強(qiáng)度約80.69萬m3，與2017年計劃平均月強(qiáng)度相差26.81萬m3。因此，阿爾塔什大壩需要在冬季施工才能削減2017年2月～2017年8月的月平均填筑強(qiáng)度，實現(xiàn)這2個節(jié)點目標(biāo)。

表1 薄層不加水試驗結(jié)果

2 薄層不加水試驗

根據(jù)復(fù)核試驗確定的施工參數(shù)，進(jìn)行砂礫料填筑冬季施工薄層碾壓試驗。試驗鋪料厚度為60 cm、不加水(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)、32 t 自行式振動碾激振碾壓12遍，行車速度控制在2.0 km/h，試驗結(jié)果如表1所示，由表1可知，薄層不加水試驗成果滿足設(shè)計相對密度≥0.90，符合指標(biāo)要求。

3 松鋪保溫試驗

松鋪保溫的方式是覆蓋不同厚度的飽和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂礫石料進(jìn)行保溫及受凍情況的研究，不同溫度下保溫層厚度與凍結(jié)深度見圖1。試驗研究表明，采取松鋪保溫的方式能夠有效保證已填筑砂礫石避免受凍，施工過程中考慮施工成本確定松鋪保溫層厚度為60 cm。

圖1 凍層厚度、松鋪保溫厚度與環(huán)境溫度關(guān)系

4 冬季施工技術(shù)措施

根據(jù)專項試驗研究成果，分料源控制、碾壓施工參數(shù)制定冬季施工技術(shù)措施。砂礫石料填筑的施工技術(shù)措施為采用32 t自行式振動平碾碾壓12遍，鋪料厚度為60 cm、不加水(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)，行車速度控制在2.0 km/h。根據(jù)需要分別在料場及壩面設(shè)置氣溫觀測站，對氣溫進(jìn)行不間斷的檢測，根據(jù)氣溫變化組織施工生產(chǎn)。

料場開采水上部分砂礫石料，砂礫石料處于飽和面干狀態(tài)(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)，未完全風(fēng)干，對碾壓還具有較好的效果，上壩后現(xiàn)場應(yīng)及時攤鋪碾壓，以免水分完全風(fēng)干而影響碾壓效果。

冬季料場開采時，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有凍層時及時剝離，禁止開采水下料。質(zhì)量控制開采料的級配符合要求，含泥量以及超徑石含量在規(guī)范允許范圍內(nèi)。做到不合格料決不允許上壩在料源控制壩料質(zhì)量。在裝料前及時測定含水率，開采天然含水率控制在0.5%～0.9%。

5 冬季砂礫石填筑施工

砂礫石料采用不加水(天然飽和面干含水率0.5%～0.9%)，當(dāng)最低氣溫低于-10 ℃時停止施工，根據(jù)氣溫適時調(diào)整當(dāng)環(huán)境溫度持續(xù)下降，經(jīng)取樣檢測合格的砂礫石料凍結(jié)層在5 cm以內(nèi)時采用刨毛處理，當(dāng)凍層在10 cm以上時采用挖出。

5.1 薄層攤鋪

由于冬季氣溫低，在裝料前發(fā)現(xiàn)有凍層及時剝離，遵守薄層干鋪(松鋪厚度為60 cm)的原則。若在壩料中摻入了很難碾壓的凍土塊，凍土塊就會像粗顆粒一樣起骨架作用，而試坑灌砂密度檢測法難以測出凍塊填筑部位的密實度，當(dāng)壩體內(nèi)溫度升高時，凍塊融成松散狀，從而有可能造成壩體的不均勻沉降，進(jìn)而造成混凝土面板開裂。在下雪天氣時，用推土機(jī)除雪后再進(jìn)行鋪料，攤鋪厚度控制為松鋪60 cm，推土機(jī)平料時，料物由高往低處滾落，使顆粒較大的石料落在填筑層下部，細(xì)顆粒料在填筑層的上面，這有利于工作面的推平整理，提高碾壓質(zhì)量；同時，細(xì)顆粒與大顆礫石料間的嵌填作用，有利于提高干密度。

5.2 不加水碾壓

根據(jù)不加水碾壓試驗進(jìn)行碾壓。① 振動碾行走方向為與壩軸線平行，靠近岸坡處，順岸行走；②振動碾行走速度≤2.0 km/h；③碾壓方法主要采用進(jìn)退錯距法(錯距=碾輪寬/碾壓遍數(shù))，碾壓遍數(shù)和錯距寬度通過碾壓試驗最終確定；④分段之間的碾跡重疊，在過渡層、堆石各分區(qū)的交接帶，重疊寬度≥0.5 m，在各區(qū)之內(nèi)，重疊寬度≥0.5 m；⑤碾壓過程中應(yīng)經(jīng)常檢查振動碾的各項特性，嚴(yán)禁無振碾壓，防止漏碾欠壓，對與臨時斷面預(yù)留 1.5 m 臺階，臺階搭接位置進(jìn)行騎縫碾壓處理。

表2 冬季施工期砂礫料檢測結(jié)果統(tǒng)計

表3 壩體沉降觀測統(tǒng)計

5.3 松鋪保溫

通過現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗發(fā)現(xiàn)正溫情況下天然河床砂礫石料的天然含水率在0.5%～0.9%；通過灌水試驗試坑觀察坑壁，發(fā)現(xiàn)坑壁碾壓密實；各試坑均未發(fā)現(xiàn)架空、凍塊現(xiàn)象。

當(dāng)環(huán)境溫度在0～-10 ℃時，砂礫石在攤鋪碾壓工序完成并經(jīng)過現(xiàn)場挖坑檢測其相對密度滿足設(shè)計指標(biāo)；當(dāng)環(huán)境溫度低于負(fù)溫時，應(yīng)按照填筑質(zhì)量要求及時松鋪保溫，在現(xiàn)場挖坑檢測其相對密度滿足設(shè)計指標(biāo)后即刻覆蓋60 cm厚飽和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂礫石料保溫，依次循環(huán)填筑施工。

5.4 數(shù)字化大壩碾壓實時監(jiān)控

規(guī)劃施工單元、倉面。壩面每個施工單元在碾壓前將碾壓區(qū)倉面按20 m一個范圍進(jìn)行劃分，用白灰或水泥漿標(biāo)示，便于碾壓機(jī)具有效的控制好方向和范圍。

數(shù)字化大壩碾壓實時監(jiān)控內(nèi)容包括碾壓軌跡、碾壓遍數(shù)、行駛速度、碾壓擊振頻率、壓實度。具體為①碾壓軌跡。在該倉開倉進(jìn)行碾壓后，可以實時監(jiān)控到碾壓機(jī)具行走軌跡以及錯距情況。②碾壓遍數(shù)。每臺碾壓機(jī)具完成所劃分的碾壓區(qū)域后可生成碾壓遍數(shù)報告，對存在漏壓部位進(jìn)行補(bǔ)碾。③行駛速度。碾壓行駛速度超過最大限速(2.0±0.2)km/h，10 s后系統(tǒng)將自動報警。④碾壓擊振頻率。在碾壓過程中可實時生成高振遍數(shù)圖形報告，監(jiān)控高振碾壓遍數(shù)及合格率。⑤壓實度。規(guī)劃倉面碾壓達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)以后，試驗室進(jìn)行現(xiàn)場試坑試驗確定該填筑層是否滿足設(shè)計要求。

5.5 碾壓質(zhì)量檢測

施工中，試坑灌砂法檢測所用時間較長，試驗點的代表性一般，因此填筑施工質(zhì)量控制可采用重點控制鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、振動碾行進(jìn)速度與激振力等施工參數(shù)的前提下，用試坑灌水法檢測結(jié)果評價填筑施工質(zhì)量，以保證填筑壓實質(zhì)量。

試坑直徑為壩料最大料徑的2～3倍，試坑直徑最大不超過2 m。試坑深度為碾壓層厚。每層檢測不小于10點的頻次檢測其干密度、相對密度、顆粒級配。

6 施工質(zhì)量檢測及其評價

6.1 填筑施工檢測成果

阿爾塔什大壩在冬季施工期的220組砂礫料檢測統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，由表2可知，冬季施工期砂礫料碾壓相對密度均符合設(shè)計要求，含水率滿足飽和面干的含水率在0.5%～0.9%的要求。

6.2 壩體沉降觀測

阿爾塔什大壩在冬季填筑期(2016年11月15日～2016年12月25日)的壩體沉降觀測結(jié)果如表3所示。由壩體沉降觀測結(jié)果可知，各測點的沉降量與壩體相應(yīng)部位的填筑進(jìn)度相關(guān)性較好，符合施工期土石壩內(nèi)部變形一般規(guī)律。從碾壓效果及沉降率統(tǒng)計可知，冬季施工技術(shù)保障了填筑質(zhì)量，有效的削減了2017年月平均填筑強(qiáng)度。

7 結(jié) 語

阿爾塔什大壩采用薄鋪干碾，松鋪保溫的施工技術(shù)，在2016年11月10日～2016年12月25日實現(xiàn)了冬季砂礫料總填筑方量85.1萬m3，填筑各項試驗檢測指標(biāo)及頻次均滿足設(shè)計及施工規(guī)范要求。通過壩料含水率控制及松鋪保溫減少壩料凍塊，確保了大壩冬季填筑施工質(zhì)量，有效削減了2017年月平均填筑強(qiáng)度，為2017年工程安全度汛目標(biāo)提供了有力保障，為高寒地區(qū)以砂礫料填筑為主的堆石壩冬季施工填筑提供了經(jīng)驗參考。

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