新疆阿爾塔什水利樞紐面板堆石壩砂礫石料填筑施工工藝研究

陳立博 譚峰屹 胡哲猛 張正勇 包永俠 劉英標 張芳軍

摘要：阿爾塔什水利樞紐擋水壩壩體填筑體的填筑料為砂礫料，通過現(xiàn)場砂礫料碾壓試驗，驗證了設(shè)計參數(shù)，并提出了相應(yīng)的阿爾塔什水利樞紐大壩砂礫料填筑施工工藝和施工參數(shù)。研究表明：①從C3料場水下、水上兩部分開采出來的砂礫料，充分攪拌后，其顆粒級配滿足設(shè)計要求，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為80cm，不灑水，采用后退法和進占法相結(jié)合的方式進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料的相對密度即可滿足不小于0.90的要求。②從C3料場采出來的砂礫料，當灑水量（體積法控制加水量）為10%～15%之間時，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為90cm，采用進占法進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料的相對密度即可滿足不小于0.90的要求。

關(guān)鍵詞：面板堆石壩;填筑料;砂礫石;施工工藝;阿爾塔什水利樞紐工程;新疆

中圖法分類號：TV641.4

文獻標志碼：A

1工程概述

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)南疆喀什地區(qū)莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)交界處，是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程。該水利樞紐是葉爾羌河干流梯級規(guī)劃中“兩庫14級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態(tài)供水和灌溉用水的前提下，滿足防洪、發(fā)電等綜合利用功能，為大（一）型I等工程。

阿爾塔什水利樞紐擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩。壩長795m，最大壩高18m，填筑方量約180萬m3，庫容21.29億m3?；炷撩姘迳暗[石堆石壩壩頂寬度12m，壩長795m，壩底寬度572m，壩高164.8m，壩頂采用混凝土路面，面層厚度0.2m。防浪墻頂高程1827m，填筑高程1825.8m。上游壩坡坡度比為1：1.7。下游壩坡坡度比為1：1.6，在下游坡設(shè)15m寬、縱坡為8%的“之”字形上壩公路，最大斷面處下游平均壩坡坡度比為1：1.89。大壩面板壩體填筑體的填筑料為砂礫料，主要來自Cl和C3料場，相對密度0.9，取用料場全料。

研究表明，不同的填筑料必須要經(jīng)過現(xiàn)場碾壓試驗以獲取相應(yīng)的施工工藝和施工參數(shù)。將砂礫料作為填筑料，盡管已經(jīng)有過相應(yīng)的施工工藝研究，但不同地域的砂礫料有其獨特的工程地質(zhì)特性。因此，有必要通過現(xiàn)場的碾壓試驗研究并結(jié)合室內(nèi)試驗綜合分析，驗證設(shè)計參數(shù)，并提出相應(yīng)的阿爾塔什水利樞紐大壩砂礫料填筑施工工藝和施工參數(shù)。

2料場概述

由于工程填筑量較大，而C1、C3兩個砂礫料場的水上、水下有用層合計總儲量為2640萬m3，用作壩殼填筑料，各項指標均滿足技術(shù)要求，取用料場全料。Cl料場位于上壩址上游左岸，距上壩址3～4km，為葉爾羌河流河漫灘和1級階地，呈長條狀分布。C3料場位于壩址阿爾塔什水電站河床、河漫灘及1級階地，距壩址1.5～7.8km。巖性作為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，料場北側(cè)上部為洪積含土碎石覆蓋。

3材料性能及碾壓機械

碾壓試驗的砂礫料主要來源于砂礫石C3料場開采料，其顆粒級配如表1所示。

根據(jù)設(shè)計上、下包線及平均線采用剔除法進行計算后的顆粒級配進行分析，設(shè)計上包線與下包線小于5mm含量相差2.8%，變化量較小，故該砂礫石料碾壓試驗采用碾壓場每個區(qū)的3組顆粒級配平均值進行了最大干密度、最小干密度試驗。其中，最大干密度最大值為2.33 g/cm3，最小值為2.26g/cm3，平均值為2.29g/cm3;最小干密度最大值為2.00g/cm3，最小值為1.94g/cm3，平均值為1.98g/cm3。

碾壓機械為32t的Y232Y2型振動碾壓機，碾寬2.2m，振動頻率在0～28Hz之間，名義振幅為1.83mm，激振力為590kN，屬于無級可調(diào)。

4試驗方案

根據(jù)設(shè)計目標，即砂礫料的相對密度滿足大于0.9的要求，大壩砂礫料振動平碾碾壓試驗采用32t的振動平碾碾壓，取3種鋪料厚度，分別為80，90cm和100cm。其中，鋪料厚度為80cm和100cm時，采用水上部分和水下部分（比例為1：1）結(jié)合開采方式，不灑水直接進行試驗，此時，80cm和100cm鋪料含水率分別為5.0%和10.O%（體積比）;鋪料厚度為90cm時，通過前期的室內(nèi)不同加水量下的最大干密度試驗及結(jié)合現(xiàn)場不同灑水量碾壓試驗參數(shù)，確定采用5%、10%和15%這3種灑水量進行試驗，采用現(xiàn)場的加水系統(tǒng)進行灑水。通過加水系統(tǒng)的不同加水時間檢測含水率以保證灑水的均勻性。通過上述碾壓試驗，研究大壩填筑料砂礫料的最優(yōu)鋪料厚度和最優(yōu)碾壓遍數(shù)。碾壓試驗的試驗內(nèi)容如表2所示。

不灑水直接鋪料，采用后退法和進占法相結(jié)合的方式;灑水后再鋪料，則采用進占法。推土機平整后，靜壓一遍測量鋪料厚度，其誤差范圍以小于10%為限。

試驗用料均來自砂礫石C3料場，其中，鋪料厚度為80cm和100cm的試驗用料，為水上、水下兩部分開采出來的砂礫料，將兩種料進行充分攪拌后不灑水直接攤鋪;鋪料厚度為90cm的試驗用料，為水上部分開采出來的砂礫料，按照5.0%、l0.0%和15.0%的灑水量（體積法控制加水量）灑水，充分攪拌后再攤鋪。

攤鋪完畢后，進行碾壓。碾壓速度為2.8 km/h，條帶之間搭接10～20cm，按“進退法”碾壓，碾壓遍數(shù)按一進一退2遍計算。

5試驗成果分析

首先通過粗顆粒土相對密度試驗法獲得砂礫料的最大、最小干密度，然后當現(xiàn)場碾壓6，8，10遍時，通過挖坑灌水法和篩分法獲得砂礫料的現(xiàn)場密度和顆粒級配，并進行含水率試驗獲得填筑料碾壓前后的含水率。

5.1平均壓實沉降量

在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料平均壓實沉降量與碾壓遍數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

（1）鋪料厚度為80cm、碾壓6～8遍時的沉降速率為0.90cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為4.7cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.15cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5cm。

（2）鋪料厚度為100cm、碾壓6～8遍時的沉降速率為0.45cm/遍;碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5.2cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.20cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5.6cm。

（3）碾壓至第8遍時，80cm鋪料厚度的平均壓實沉降量占全部平均壓實沉降量的94%;碾壓至第10遍時，平均壓實沉降量逐漸趨于穩(wěn)定。碾壓至第8遍時，100cm鋪料厚度的平均壓實沉降量占全部平均壓實沉降量的93%;碾壓至第10遍時，平均壓實沉降量仍未趨于穩(wěn)定。

因此，在32t振動平碾、不同鋪料厚度、不灑水的條件下，砂礫料的平均壓實沉降量隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加，沉降速率隨著碾壓遍數(shù)的增加而減小。相同條件下，80cm鋪料厚度的壓實效果優(yōu)于100cm鋪料厚度的壓實效果。

在32t振動平碾、90cm鋪料厚度以及不同含水率條件下，砂礫料平均壓實沉降量與碾壓遍數(shù)的關(guān)系如圖2所示。

（1）當鋪料厚度為90cm.灑水量5%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.7cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.9cm。由于沉降速率并未減小，因此碾壓至第10遍時，砂礫料的平均壓實沉降量仍未穩(wěn)定。

（2）當鋪料厚度為90cm、灑水量10%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料沉降速率為0.20cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.8cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.9cm。

（3）當鋪料厚度為90cm、灑水量15%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料的沉降速率為0.5cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為3.2cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.00cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為3.2cm，說明碾壓至第8遍的時候，砂礫料已經(jīng)達到最大平均壓實沉降量，且已經(jīng)穩(wěn)定。

（4）在90cm鋪料厚度的條件下，碾壓至第8遍時，灑水量5.0%、10.0010和15.0%的砂礫料的平均壓實沉降量分別占全部沉降量的97.O%、97.0%和100.0%;碾壓至第8遍的時候，15.0%灑水量的砂礫料平均壓實沉降量已經(jīng)穩(wěn)定。

因此，在32t振動平碾、90.0cm鋪料厚度、不同灑水量的條件下，砂礫料的平均壓實沉降量隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加;10.O%和15.O%灑水量的砂礫料的沉降速率隨著碾壓遍數(shù)的增加而減小;5.0%灑水量的砂礫料沉降速率并未減小。從沉降速率的收斂趨勢判斷，15.0%灑水量的收斂效果最好，其次10%灑水量，而5%灑水量未收斂，有繼續(xù)沉降的趨勢。

5.2相對密度

在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料相對密度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知，在該條件下，砂礫料的相對密度均隨著碾壓遍數(shù)的增加而增大，當碾壓至第10遍時，80cm鋪料厚度和100cm鋪料厚度的砂礫料相對密度分別為0.92、0.83。

在32t振動平碾、90cm鋪料厚度、不同灑水率條件下，砂礫料相對密度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系如圖4所示。由圖4可知，在該條件下，砂礫料的相對密度均隨著碾壓遍數(shù)的增加而增大。當碾壓至第8遍時，5.0%、10.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度分別為0.83、0.86和0.89;當碾壓至第10遍時，5.0%、l0.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度分別為0.89、0.92和0.94。因此，碾壓至第10遍的時候，10.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度均能達到0.90以上。

5.3含水率

由圖5可知：①在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料含水率與碾壓遍數(shù)的關(guān)系不明顯。②在32t振動平碾、90cm鋪料厚度、不同灑水量條件下，砂礫料相對密度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系也明顯。經(jīng)初步分析，在碾壓過程中，砂礫料含水率數(shù)值很小，且變化不大，可能是由于砂礫料中細料含量較少造成。

5.4顆粒級配

在32t振動平碾碾壓，80cm、100cm鋪料厚度的砂礫石顆粒級配曲線如圖6所示。90cm鋪料厚度條件下，5.0%、10.0%和15.0%灑水量的砂礫石顆粒級配曲線如圖7所示。砂礫石的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別如表3和表4所示。

圖6和圖7表明，從顆粒級配來看，碾壓后粒徑分別小于5.000mm和0.075mm的砂礫石各粒徑含量隨碾壓遍數(shù)增加而無明顯變化。

表3和表4表明，碾壓后砂礫石各粒徑含量，尤其是分別小于5.000mm和0.075mm的含量隨碾壓遍數(shù)增加而無明顯變化。因此，碾壓后砂礫石顆粒級配的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)變化規(guī)律并不明顯。

6結(jié)論

（1）從C3料場水下、水上兩部分開采出來的砂礫料，將其充分攪拌后，其顆粒級配滿足設(shè)計要求，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為80cm，采用后退法和進占法相結(jié)合的方式進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料即可滿足相對密度大于0.90的要求。

（2）從C3料場采出來的砂礫料，當灑水量（體積法控制加水量）為lO%～15%之間時，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為90cm，采用進占法進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料即可滿足相對密度大于0.90的要求。

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