印尼Jatigede大壩碎石土心墻料拌制設(shè)備的改進(jìn)及工藝創(chuàng)新

付 偉， 丁 顯 庚， 任 明 海

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

Jatigede大壩工程位于印尼West Java省Sumedang縣Jatigede區(qū)的Cimanuk河上游，水庫上游流域面積為1 414 km2，水庫表面積為35.93 km2，總庫容為10.628億m3，其主要功能為灌溉、供水和防洪，兼顧旅游、發(fā)電等綜合利用功能。Jatigede大壩區(qū)域每年5～10月為旱季，11月至次年4月為雨季，平均降雨量為2 407 mm，月平均最大降雨量在1月，達(dá)到371.2 mm，而7月和8月份的降雨量最小。

該大壩料分6個(gè)區(qū)域填筑，依次為碎石土心墻區(qū)、反濾料區(qū)、過渡料區(qū)、堆石料區(qū)、壩殼料填筑區(qū)、上下游拋石護(hù)坡料區(qū)。大壩總填筑量為635.4萬m3，其中碎石土心墻填筑量為103.2萬m3。

依據(jù)工程師批準(zhǔn)的原材料質(zhì)量控制及填筑質(zhì)量參數(shù)要求，項(xiàng)目部結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)結(jié)果確定了具體的質(zhì)量控制參數(shù)。Jatigede大壩工程碎石土心墻填筑質(zhì)量控制參數(shù)見表1。

表1 Jatigede大壩工程碎石土心墻填筑質(zhì)量控制參數(shù)表

心墻碎石土料的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量的+3% ～ -2%范圍內(nèi)；最小干密度的合格率不小于90%且不合格的最小干密度值不得小于最小設(shè)計(jì)干密度值的98%(1.392 g/cm3)[1，2]。

該碎石土心墻防滲料為黏土和碎石混合料，黏土與碎石的摻合重量比為7∶3；土料中的天然礫石最大粒徑不大于150 mm，人工摻礫石的粒徑為5～60 mm。

2 制備工藝

碎石土料的制備在土拌站進(jìn)行，土拌站配置了2臺(tái)WBS-300C型穩(wěn)定土拌合機(jī)，通過調(diào)配運(yùn)輸皮帶的速率控制黏土與碎石的摻入重量比。

2.1 料源

黏土料直接從天然含水率滿足要求的土料場(chǎng)開采，碎石料從采石場(chǎng)爆破開采運(yùn)至人工破碎加工系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)[3]。

(1)黏土料。根據(jù)施工規(guī)劃就近選用土料場(chǎng)。土料采用分層取樣方式，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行天然含水量、密度試驗(yàn)，其它試驗(yàn)項(xiàng)目取土樣后送試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，從土料場(chǎng)開采運(yùn)輸合格的土料到土拌站直接卸入料倉或就近堆存，由3 m3裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)入倉。

(2)碎石料。碎石毛料從距大壩約8.2 km的JULANG山采石場(chǎng)爆破開采、挖運(yùn)至人工破碎篩分系統(tǒng)，經(jīng)破碎、篩分、沖洗加工后生產(chǎn)成粒徑為5～60 mm的碎石料，再運(yùn)到土拌站。

2.2 土拌站的工作原理

WBS-300 C型穩(wěn)定土拌和站供給系統(tǒng)主要有兩個(gè)立式料倉，配有螺旋給料機(jī)和電子秤。將黏土料和碎石料分別卸入土、石兩個(gè)料倉，經(jīng)螺旋閥門、給料機(jī)、電子秤連續(xù)稱量后再用皮帶輸送到堆料區(qū)分層堆存合格的摻合料?？刂葡到y(tǒng)通過螺旋秤的信號(hào)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整螺旋給料機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以傳輸設(shè)定要求的給料量，保證兩種摻合料的實(shí)際摻入量滿足重量比要求[4]。

2.3 生產(chǎn)制備

剛開始拌制碎石土心墻料時(shí)，發(fā)現(xiàn)因設(shè)備缺陷和拌制工藝不當(dāng)而造成拌制土料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題。對(duì)此，項(xiàng)目部施工管理人員及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、經(jīng)反復(fù)多次改進(jìn)土拌設(shè)備的關(guān)鍵部件并優(yōu)化拌制工藝，獲得了理想的效果。

2.3.1 調(diào)配控制

土料與碎石料的摻量比一般為7∶3。但在實(shí)際配料時(shí)常因配料控制儀表顯示的稱量值與實(shí)際配料的稱量值存在較大的誤差，導(dǎo)致配料精度超出了允許范圍。分析其原因主要包括：快、慢速配料的設(shè)定不合適；進(jìn)料流量波動(dòng)大，導(dǎo)致過沖量變化大；材料的干、濕度變化大；允許偏差范圍設(shè)定值太大；超差檢查延遲時(shí)間設(shè)置太短；儀表參數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償與超差檢查設(shè)定不合理；數(shù)字濾波及配料的時(shí)間參數(shù)值設(shè)置不合理等。

為解決上述問題，項(xiàng)目部按以下措施進(jìn)行了調(diào)整：初設(shè)過沖量盡可能與實(shí)際值接近；適當(dāng)降低配料流量；保證材料的干、濕度均衡；將允許偏差值設(shè)為不超過配料精度范圍；將超差檢查延遲時(shí)間設(shè)置成大于2.5 s，將儀表參數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償與超差檢查設(shè)定為“1”；在配料時(shí)設(shè)置合適的參數(shù)等。

2.3.2 設(shè)備改造

在使用WBS-300型穩(wěn)定土拌合設(shè)備實(shí)際拌制過程中，當(dāng)土料和碎石經(jīng)料倉進(jìn)入攪拌缸攪拌時(shí)，常發(fā)生堵塞或悶缸，須停機(jī)由多人用專用工具捅敲處理，費(fèi)時(shí)較長而嚴(yán)重影響施工效率，且因土料中含有部分天然礫石，當(dāng)該礫石過大或過硬時(shí)導(dǎo)致攪拌臂彎曲或折斷、卡死、卡斷攪拌軸及卡死出料弧門，導(dǎo)致出料困難或停機(jī)的情況發(fā)生。

為徹底解決這些問題，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)真研究和反復(fù)多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從料倉和攪拌缸著手，采取了以下一系列改進(jìn)措施，在保障拌合成品料質(zhì)量的前提下，有效確保了土拌站的生產(chǎn)效率，提高了拌合料的生產(chǎn)量。

(1)料倉改造。原設(shè)備土料倉上未設(shè)置篩網(wǎng)，導(dǎo)致超徑礫石可以全部進(jìn)入攪拌缸，是造成攪拌缸損壞和料倉弧門卡死的主要原因。改進(jìn)措施：首先在土料倉頂部增設(shè)了水平過濾條篩、以篩除粒徑大于80 mm的土料和礫石。

由于保水需求采用挖掘機(jī)立式開挖且原狀土料的含水率均較高、黏性較強(qiáng)，導(dǎo)致其逐漸粘結(jié)在條篩上，減小了條篩的有效空隙，不僅降低了合格成品料的生產(chǎn)效率，也降低了土料的利用率；而部分土粒結(jié)塊嚴(yán)重，粒徑超過80 mm及粒徑大于80 mm的天然礫石不能順利清除到廢料堆，嚴(yán)重堵塞條篩而大大降低了生產(chǎn)效率。

針對(duì)這一情況，采用將條篩的內(nèi)側(cè)墊高約50 cm的方式以形成斜面，增設(shè)彈簧和6對(duì)振動(dòng)器使超徑土石料盡快滾出條篩、不再堵塞料倉入口，進(jìn)而保障了條篩的工作效率；對(duì)于個(gè)別不能及時(shí)滾出條篩的土塊和礫石則由人工剔除，以確保土料生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

(2)攪拌缸的改進(jìn)。雖然碎石土料能夠順利進(jìn)入料倉攪拌缸，但其仍然會(huì)經(jīng)常發(fā)生堵塞而從攪拌缸溢出(即“悶缸”)的現(xiàn)象。經(jīng)認(rèn)真研究分析發(fā)現(xiàn)：“悶缸”問題的出現(xiàn)主要是由含水量偏高的黏土形成。偏濕的黏土在通過攪拌缸時(shí)很容易粘貼在攪拌葉片上，而且越粘越多，越粘越緊，越粘越厚，最終堵塞了出料通道，導(dǎo)致“悶缸”的出現(xiàn)。

土料和碎石料在輸送皮帶上已經(jīng)完成初步的混合，混合料在皮帶機(jī)機(jī)頭卸入料堆時(shí)已進(jìn)行了第二次混合，經(jīng)裝載機(jī)裝車運(yùn)至填筑現(xiàn)場(chǎng)卸料和薄層攤鋪后又進(jìn)行了第三次和第四次拌合；經(jīng)多次混合后能夠充分保證混合料的均勻性，因此不再需要攪拌缸拌合。在經(jīng)分析研究后果斷地拆除了攪拌缸，將配料輸送帶出來的混合料直接輸送至成品料堆。

無攪拌缸的土拌站運(yùn)行非常順暢，使土料的生產(chǎn)能力大幅度提高。現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓試驗(yàn)中的取樣試驗(yàn)結(jié)果充分證明：采用該工藝流程生產(chǎn)的土石摻合成品料均勻性非常好，完全能夠滿足碎石土料的技術(shù)要求，取得了非常滿意的效果。

3 成果檢驗(yàn)

改造后的拌合設(shè)備使碎石土料的生產(chǎn)能力和質(zhì)量均有很大程度的提高，完全滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

3.1 生產(chǎn)能力

土拌站按連續(xù)生產(chǎn)方式運(yùn)行，可以充分利用大壩填筑間歇加緊生產(chǎn)并堆存于附近的成品料堆。為避免水分散失，料堆用篷布遮陽覆蓋。拌合設(shè)備改造前，每臺(tái)穩(wěn)定土拌合站的實(shí)際生產(chǎn)能力約為100 t/h，改造后可提高到150 t/h左右。

土拌站的生產(chǎn)能力分別以旱/雨季按每月25/20 d、每d 20/8 h計(jì)算有效生產(chǎn)時(shí)間。以施工高峰年(2012年度)為例進(jìn)行對(duì)比。Jatigede大壩工程2012年度每月拌合料生產(chǎn)與大壩填筑方量對(duì)比情況見表2。

表2 Jatigede大壩工程2012年度每月拌合料生產(chǎn)與大壩填筑方量對(duì)比表

由表2可知，碎石土拌和站有8個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)量大于當(dāng)月大壩填筑量，另外4個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)量小于當(dāng)月的大壩填筑量，但可以用以前數(shù)月的余料補(bǔ)充。當(dāng)年碎石土拌和站全年的生產(chǎn)能力為61.7萬m3，遠(yuǎn)大于當(dāng)年碎石土心墻總填筑量55.1萬m3，能夠滿足大壩填筑的需要。

3.2 成品質(zhì)量

該大壩填筑自2011年6月7日起至2014年7月6日結(jié)束，經(jīng)土拌站拌制的碎石土混合料運(yùn)到填筑現(xiàn)場(chǎng)后，均按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求卸料、平整攤鋪、碾壓等工序施工。在每層每段碾壓完成后，由試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，待其滿足設(shè)計(jì)要求后方能進(jìn)行下層的填筑[5]。

3.2.1 拌合土料密度試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的試驗(yàn)項(xiàng)目和取樣頻率，共取密實(shí)度試塊2 481組進(jìn)行試驗(yàn)，其干密度值最大為1.59 g/cm3，最小為1.42g/cm3，平均值為1.451.42 g/cm3，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，合格率為100%；嚴(yán)格控制土樣的實(shí)際含水量在最優(yōu)含水率+3%～-2%之間，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，合格率為100%。人工碎石心墻拌合土料現(xiàn)場(chǎng)密度統(tǒng)計(jì)情況見表3。

表3 人工碎石心墻拌合土料現(xiàn)場(chǎng)密度統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 篩分試驗(yàn)

拌合土料篩分試驗(yàn)共進(jìn)行了500組，其中篩分孔徑設(shè)置為60 mm，通過率為100%，碎石含量為30%～34.9%,平均值為31.2%，黏土含量為65.1%～70%，平均值為68.8%，碎石含量最小值為30%，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求(最少碎石含量≥30%,合格率為100%)。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)

拌合土料現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)共進(jìn)行了40組，所得到的最大滲透系數(shù)為4.35 ×10-6(cm/s)，小于1×10-5(cm/s) ，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，合格率為100%。人工碎石拌合土料現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表4 人工碎石拌合土料現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

3.2.4 液、塑限試驗(yàn)

拌合土料液、塑限試驗(yàn)共進(jìn)行了64組，液限為79.9%～59.4%，平均值為71.62%，塑性指數(shù)為37.7%～24.6%，平均值為32.54%。塑性指數(shù)最小值為24，6%，液限指數(shù)最大值為79.9%，滿足相關(guān)規(guī)范塑性指數(shù)≥20%，液限<90%的要求，合格率為100%。

4 結(jié) 語

碎石土心墻堆石壩填筑工藝復(fù)雜，受降雨的不利影響極大，而碎石土心墻料中黏土與礫石的摻拌比例又最難準(zhǔn)確控制。因此，在心墻料制備的整個(gè)過程中，必須提前制定規(guī)范合理的操作程序，以實(shí)際土料的不同特性需要選用合理高效的拌合設(shè)備，或?qū)υ性O(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，選用最適用的摻拌工藝，即可確保拌合成品料的產(chǎn)量和質(zhì)量。印尼Jatigede大壩碎石土心墻料拌制設(shè)備的改進(jìn)及工藝創(chuàng)新取得了成功，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒。