面板堆石壩壩料冬季低溫填筑參數(shù)的試驗(yàn)研究

朱顯鴿+趙琦

摘 要：針對神樹蓄能水電站混凝土面板堆石壩冬季低溫施工問題，采用逐步收斂法分別對壩體主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、過渡區(qū)和墊層區(qū)材料進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)，測定了顆粒級配、壓實(shí)厚度、滲透系數(shù)等參數(shù)，經(jīng)過對試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析，最終選定各料區(qū)冬季低溫季節(jié)施工最佳參數(shù)為：各區(qū)壩料都不加水，振動(dòng)碾壓8遍，虛鋪厚度主堆石區(qū)為90cm，過渡料區(qū)為50cm，墊層料區(qū)50cm，砂礫石區(qū)虛鋪厚度為90cm。

關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩；冬季低溫；碾壓試驗(yàn)；填筑參數(shù)

中圖分類號：TV641.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0169-02

引言

神樹蓄能（原雜木寺二級）水電站面板堆石壩工程由于地處高寒地區(qū)，冬季時(shí)間比較漫長，根據(jù)工期要求冬季必須施工[1]，因此必須解決冬季施工問題，要確保面板堆石壩在冬季低溫環(huán)境中的施工質(zhì)量，根據(jù)《DL/T5128-2009混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》要求，負(fù)溫下施工時(shí)，各種壩料內(nèi)不應(yīng)有凍塊存在，在負(fù)溫下填筑不能加水時(shí)，應(yīng)減薄鋪料厚度，增加碾壓遍數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的碾壓標(biāo)準(zhǔn)。因此，本工程對各種壩料進(jìn)行了不加水時(shí)的碾壓試驗(yàn)，從而確定壩體在冬季低溫環(huán)境中的最優(yōu)施工參數(shù)。

1 工程概況

神樹蓄能（原雜木寺二級）水電站是雜木河干流毛藏寺～渠首河段的第一梯級。據(jù)武威地面氣象站資料，多年平均氣溫7.9℃，多年平均最高氣溫15.3℃，多年平均最低氣溫1.0℃，歷年極端最高氣溫 40.8℃，極端最低氣溫-32.0℃；最大積雪深度為9.0cm，最大凍土厚度141.0cm。

電站擋水大壩為混凝土面板堆石壩，大壩上游壩坡及下游壩坡坡度均為1：1.45，壩體上游側(cè)設(shè)水平寬度為3.0m的墊層料（2A）和水平寬度為3.0m過渡料（3A），其后為主堆石區(qū)（3B）和次堆石區(qū)（3D）。壩前砼面板采用C30砼（F），面板底部最大厚度為55cm，頂部最大厚度為30cm；在面板上游側(cè)2617.0m高程以下設(shè)置上游鋪蓋，后壩坡采用干砌塊石護(hù)坡（3D），壩體底部最大寬度為243.26m，壩體總填筑量包括上游覆蓋區(qū)，共計(jì)121萬m3。

2 試驗(yàn)方案

2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

本次試驗(yàn)根據(jù)壩體分區(qū)技術(shù)指標(biāo)和選用的機(jī)械，分別進(jìn)行了壩體主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、過渡區(qū)和墊層區(qū)的碾壓試驗(yàn)，各個(gè)部位的填筑標(biāo)準(zhǔn)見表1，分別對不同區(qū)域的鋪料方式、鋪料厚度、振動(dòng)碾型號及重量、碾壓遍數(shù)、行車速度、壓實(shí)厚度、碾壓前后顆粒級配分析、干密度、滲透系數(shù)提出試驗(yàn)成果，最終確定最優(yōu)碾壓參數(shù)。

2.2 試驗(yàn)場地的選取與布置

大壩從上游至下游依次布置砂礫石區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū)，碾壓試驗(yàn)區(qū)總面積約為30m×28m，按照不同的鋪層厚度和碾壓遍數(shù)來布置每個(gè)試驗(yàn)單元，每個(gè)試驗(yàn)單元為10m×6m。每一鋪層厚度布置、試驗(yàn)三種碾壓遍數(shù)，每個(gè)試驗(yàn)單元中布置2m×1.5m的方格網(wǎng)，用來測量壓實(shí)沉降量。

2.3 碾壓參數(shù)初步擬定

大壩碾壓試驗(yàn)參數(shù)初擬定為：（1）鋪層厚度：主堆石區(qū)取80cm、100cm；過渡區(qū)取40cm、50cm；墊層區(qū)取30cm、40cm。（2）碾壓遍數(shù)：取6、8、10遍。（3）振動(dòng)碾配置：主堆石、次堆石、砂礫石料采用26t自行式振動(dòng)碾；過渡料及墊層料區(qū)選擇22t自行式振動(dòng)碾。碾壓機(jī)械采用XS261型壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓，碾壓順序從邊側(cè)向中間進(jìn)退錯(cuò)距碾壓，先靜壓一遍壓下凸起塊石，后振碾進(jìn)行碾壓，橫向接頭輪跡重疊不小于40cm。做到無漏壓、無死角、壓實(shí)均勻。振動(dòng)壓路機(jī)運(yùn)行速度2km/h。（4）加水量：冬季加水量取0%，及不加水。

2.4 試驗(yàn)檢測方法

在各試驗(yàn)區(qū)振動(dòng)碾壓6遍、8遍、10遍后分別取樣測定壓實(shí)干密度，滲透系數(shù)及顆粒級配，各試驗(yàn)單元壓實(shí)密度均以2個(gè)試樣的平均值為試驗(yàn)值。

現(xiàn)場干密度檢測，采用挖坑灌水法。墊層料試坑直徑不小于最大粒徑的4倍，過渡料試坑直徑為最大粒徑的3～4倍，堆石料試坑直徑為壩料最大粒徑的2～3倍，最大不超過2.0m，試坑深度為碾壓層厚。

現(xiàn)場滲透試樣參照《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）的原位滲透試驗(yàn)方法進(jìn)行。滲透環(huán)為套環(huán)法，套環(huán)內(nèi)徑29.4cm，高30cm。試驗(yàn)時(shí)將套環(huán)嵌入試體15～20cm，用濕粘土將環(huán)下口外側(cè)密封，防止水流向環(huán)外。加水后測記滲透速度，當(dāng)滲透穩(wěn)定后，在1小時(shí)內(nèi)測記滲入量5～6次，計(jì)算平均滲透系數(shù)。

含水量檢測，采用烘干法稱取規(guī)定數(shù)量進(jìn)行。

顆粒級配從料源地和試坑中分別取出碾壓前后的試樣，60mm以上的顆粒用鋼尺量記其代表粒徑，小于60mm的用細(xì)顆粒經(jīng)四分法取樣進(jìn)行室內(nèi)篩分，最終計(jì)算全試樣級配組成。

碾壓完畢后，根據(jù)填筑前的基底標(biāo)高測量、整平后的標(biāo)高測量和壓實(shí)完畢后的標(biāo)高測量，計(jì)算碾壓前、后各網(wǎng)格測點(diǎn)的相對高程，從而計(jì)算出每一次試驗(yàn)單元的平均沉降值。

3 試驗(yàn)檢測成果及分析

試驗(yàn)壩殼堆石料的填筑，以控制壓實(shí)參數(shù)為主，并按規(guī)定取樣測定干密度和級配作為記錄。每層按規(guī)定參數(shù)壓實(shí)后，即可繼續(xù)鋪料填筑。對測定的干密度和壓實(shí)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定壩體施工參數(shù)。

3.1 干密度、滲透系數(shù)測試成果及分析

經(jīng)測試：主堆石區(qū)的鋪土厚度為虛鋪90cm、過渡區(qū)的鋪土厚度為虛鋪50cm、墊層料區(qū)的鋪土厚度為虛鋪50cm、砂礫石區(qū)的鋪土厚度為虛鋪90cm時(shí)各項(xiàng)測試指標(biāo)全部合格。碾壓6遍后，干密度有少數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)要求，碾壓8遍后，干密度增加達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滲透系數(shù)基本隨干密度的增加而減小，但相關(guān)關(guān)系不明顯。碾壓10遍后，可能由于振動(dòng)碾強(qiáng)烈激振力的影響，填筑體出現(xiàn)過壓擾動(dòng)，干密度普遍減小，個(gè)別甚至達(dá)不到指標(biāo)要求，滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)要求，繼續(xù)碾壓已無必要。endprint

3.2 鋪層厚度、碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系

依據(jù)干密度測試結(jié)果，得到各區(qū)填筑料不同鋪土厚度狀態(tài)下碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線，其中主堆石區(qū)碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線，如圖1所示。

從試驗(yàn)結(jié)果曲線來看，碾壓6遍后，干密度隨著碾壓遍數(shù)的增多而增大，但碾壓遍數(shù)超過8遍后，填筑料的干密度沒有增加，反而呈現(xiàn)出減少趨勢，因此繼續(xù)碾壓已無必要。

3.3 顆粒級配分析

主堆石區(qū)填筑料碾壓前與分別碾壓6遍、8遍、10遍后的顆粒級配曲線如圖2所示。

各區(qū)填筑料碾壓前后的顆粒篩分結(jié)果和相應(yīng)顆粒級配曲線試驗(yàn)結(jié)果顯示：填料在振動(dòng)碾激振力作用下，不僅巖塊間產(chǎn)生相對位移，填筑體表層及內(nèi)部也將產(chǎn)生不同程度的擠壓破碎，細(xì)粒含量普遍增加較多。砂礫石填料在經(jīng)過碾壓后填料曲線沒有明顯變化。

3.4 碾壓遍數(shù)與沉降量的關(guān)系

由于面板堆石壩的受力主體是堆石料，其沉降變形直接決定壩體的變形，因此本次試驗(yàn)通過合理選擇碾壓遍數(shù)來控制堆石料的沉降量。根據(jù)填筑前的基底標(biāo)高測量、整平后的標(biāo)高測量和壓實(shí)完畢后的標(biāo)高測量，分別繪制各區(qū)填筑料不同鋪土厚度狀態(tài)下碾壓遍數(shù)與沉降量的關(guān)系曲線。如主堆石區(qū)第一層虛鋪90cm，碾壓6遍、8遍、10遍碾壓遍數(shù)與沉降量關(guān)系。從試驗(yàn)結(jié)果來看，碾壓遍數(shù)與沉降率具有良好的正相關(guān)關(guān)系，碾壓遍數(shù)增加，開挖料沉降率亦增大，同時(shí)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，沉降率增加幅度逐漸減緩。碾壓遍數(shù)超過8遍后，沉降曲線明顯變緩，說明此時(shí)填料已比較密實(shí)，繼續(xù)碾壓作用不大。

4 結(jié)束語

依據(jù)上述試驗(yàn)成果，各料區(qū)冬季低溫季節(jié)施工最佳參數(shù)為：主堆石區(qū)虛鋪厚度為90cm， 加水量為0%，振動(dòng)碾壓8遍；過渡料區(qū)虛鋪厚度為50cm，加水量為0%，振動(dòng)碾壓8遍；墊層料區(qū)虛鋪厚度為50cm，加水量為0%，振動(dòng)碾壓8遍；砂礫石區(qū)虛鋪厚度為90cm，加水量為0%，振動(dòng)碾壓8遍。本次試驗(yàn)成果經(jīng)工程實(shí)際應(yīng)用檢測效果良好，符合大壩填筑工程質(zhì)量要求，而且加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本，為類似工程施工參數(shù)的選擇提供了有益參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?zhí)m華，賈蘊(yùn)翔，黃偉奇.高寒地區(qū)混凝土面板堆石壩壩體填筑施工技術(shù)探討[J].混凝土，2010（9）：133-134.

[2]沈克金.某水庫面板堆石壩壩體填筑碾壓試驗(yàn)[J].西部探礦工程，2012（4）：14-16.

[3]劉久才.淺析混凝土面板堆石壩壩體填筑施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（05）：171.endprint