三峽庫區中咀坡大壩筑壩材料碾壓試驗

韓晨偉，程祖鋒，楊 柳

(1.河北工程大學 資源學院，河北邯鄲056038;2.河北工程大學土木工程學院，河北邯鄲056038)

近幾十來年，新型土石方機械的大量投入及填筑施工工藝水平不斷提高，同時筑壩材料試驗研究的不斷深入，極大地拓寬了堆石壩的用料范圍和用料模式，為堆石壩更廣泛地應用提供了有利條件，彌補了堆石壩長期存在的建設工期長、填筑強度低的不足。隨著填筑施工工藝水平不斷提高且筑壩材料關系到壩體本身的質量、安全度汛、工程總進度和投資效益，為此本工程采用現場試驗，對壩體各種材料的級配、密度、滲透等施工參數進行碾壓試驗[1]。

1 工程概況

該水電站工程位于三峽庫區長江北岸一級支流大寧河的巫山縣境內。該混凝土面板堆石壩壩頂高程 549.0 m，最大壩高 112.0 m，壩頂長度219.0 m，壩頂寬度 8.0m，大壩面板厚度為0.3m～0.6m。壩體分為特殊墊層區、過渡區、主堆石區、下游堆石區、灰巖出露區反濾層等填筑區。本次試驗涉及到的主堆石區、過渡區、墊層區等主要填筑區初步設計參數見表1。

表1 主要填筑區的初步設計參數Tab.1 Main filling region of the preliminary design parameters

2 碾壓試驗

2.1 碾壓試驗的目的

⑴復核各填筑料設計參數的合理性;⑵確定最佳施工碾壓實驗參數及工藝，包括壩體不同區域鋪料方式、鋪料厚度、碾壓遍數、碾壓速度、加水量等。

2.2 碾壓試驗材料來源與用量

碾壓試驗材料源:母料均來自阮村料場灰巖，實測表觀密度2.69 g/cm3、和吸水率0.186%、孔隙率0.50%、飽和抗壓強度平均值72.6 MPa(大于 40 MPa)、軟化系數0.75 ～0.90，均滿足質量技術要求。因此，該料場采樣均滿足本工程用料試驗指標要求。主、次堆石和過渡料采用阮村料場爆破后經過顆粒級配試驗并滿足級配設計要求的開挖料;墊層料由砂石料系統生產。

材料用量:堆石料3 000 m3，鋪料厚度80 cm;過渡料1 500 m3，鋪料厚度40 cm;墊層料1 000 m3，鋪料厚度40 cm。

2.3 碾壓試驗程序及工藝

試驗程序:場地平整壓實→檢查碾壓機具工況→填筑鋪料→初步檢查鋪料厚度→灑水→布置方格網測點→測量鋪料厚度→振動碾壓→測量壓實沉降值→挖試坑取樣檢查(干密度)。

鋪料:⑴主次堆石料采用進占法鋪料，推土機平料，人工配合找平，灑水車按堆石體積比例加水。⑵過渡料采用后退法鋪料，推土機平料，人工控制鋪料厚度，鋪料過程中注意剔除超徑大石。⑶墊層料鋪料方法采用后退法鋪料，推土機平料，人工輔助平料。⑷主、次堆石料壓實厚度為80 cm，過渡料壓實厚度為40 cm，墊層料壓實厚度為40 cm，鋪料完畢后，根據場外控制測點，測量鋪料厚度。

加水量:⑴主次堆石料一場分為2個實驗單元，場地范圍為36 m×50 m，有效鋪料面積為28 m×40 m，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑵過渡料一場分為2個實驗單元，有效鋪料面積為560 m2，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑶墊層料一場分為1個試驗單元，有效鋪料面積為560 m2，按 3%、6%、9%加水量控制[2－4]。

3 實驗結果

3.1 堆石料試驗結果

⑴堆石料碾壓試驗結果匯總見表2;⑵堆石料碾壓試驗前后顆粒級配曲線見圖1。

3.2 過渡料試驗結果

⑴過渡料碾壓試驗結果匯總見表3;⑵過渡料碾壓試驗前后顆粒級配曲線見圖2。

3.3 墊層料碾壓試驗結果

⑴墊層料碾壓試驗結果匯總表4;⑵墊層料碾壓試驗前后顆粒級配曲線見圖3。

3.4 試驗結果分析

⑴通過上述堆石料碾壓前顆粒分析試驗看，采用的爆破石料顆粒級配均在設計所要求的堆石料顆粒級配包絡線范圍內;從過渡料碾壓前顆粒分析試驗看，采用的爆破石料剔除大于30mm以上塊石后，顆粒級配在包絡線范圍內;從墊層料碾壓前顆粒分析試驗看，砂石料系統加工生產的墊層料在包絡線范圍內，因此該次采用的碾壓試驗爆破料、加工料均滿足設計要求。

⑵從現場堆石料碾壓試驗成果看，堆石料干密度和沉降率分析堆石料碾壓6遍后干密度2.1 g/cm3～2.11 g/cm3，接近設計值，碾壓 8 遍后干密度 2.19 g/cm3～2.2 g/cm3，孔隙率 18.4% ～18.5%，干密度大于設計值2.15 g/cm3，孔隙率小于設計值20%，干密度與孔隙率完全能滿足設計要求，碾壓10遍后干密度和沉降率與碾壓8遍相比較都趨于穩定。試坑中粗顆粒咬合好細顆粒充填均較緊密，無架空現象。從試坑的透水性情況看，滲透系數最大值 5.7 cm/s，最小值 0.23 cm/s，總體試坑透水性能良好，能滿足堆石料對滲透的要求。

⑶從過渡料碾壓試驗成果看，碾壓6遍后，平均干容重小于設計要求，碾壓8遍后，平均干容重為2.22 g/cm3，該指標大于設計所要求的2.18 g/cm3，孔隙率為17.0% ～17.9%，該指標小于設計所要求的18.0%，兩項指標均滿足設計要求，從碾壓遍數與沉降率關系曲線可看出，碾壓8遍至10遍后沉降率已趨于穩定，試坑中大小石料咬合充填均很緊密，無架空現象，壓后級配良好略偏離設計級配包絡線。從試坑的透水性情況看，滲透系數最大值 4.7 × 10－1cm/s，最小值 1.2 × 10－2cm/s，透水性能良好，能滿足過渡料對滲透的要求。

表2 堆石料碾壓試驗檢測結果Tab.2 The compaction test resuits of rockfill material

表3 過渡料碾壓試驗檢測結果Tab.3 Transition material rolling test detection results

表4 墊層料碾壓試驗檢測結果Tab.4 Cushion material rolling test results

⑷通過墊層料碾壓前、后顆粒分析試驗看，滿足墊層料設計顆粒級配范圍的要求，級配連續且良好。不同加水量的墊層料在碾壓6遍后干密度為2.22 g/cm3～2.24 g/cm3，均大于設計要求的干密度 2.20 g/cm3，孔隙率 16.7% ～17.8%，滿足設計要求18.0%，沉降率碾壓8遍趨于穩定。從試坑的透水性情況看，滲透系數最大值9.5×10－4cm/s，最小值1.2 ×10－4cm/s，因是半透水結構，含水量隨試驗時間的推移有所變化，但均能滿足滲透系數和孔隙率的要求[5－6]。

4 結論

對于主堆石料鋪料80 cm、次堆石料鋪料80 cm和過渡料鋪料厚度40 cm，碾壓8遍及以上即可達到設計壓實要求;墊層料鋪料厚度40 cm，碾壓6遍能達到設計壓實要求。因此，本次試驗達到了預期的目標，更重要的是該工程填筑碾壓合理參數為工程的順利實施提供可靠的技術依據，同時試驗結果對今后同類工程建設的借鑒也有十分重要的作用。

[1]陸佑楣.我國水電開發與可持續發展[J].水利水電，2005，31(2):1－4.

[2]吳磊，田北平.對無粘結預應力框架結構的施工力學分析[J].四川理工學院學報:自然科學版，2009，22(4):122－125.

[3]DL/T 5128－2009，混凝土面板堆石壩施工規范[S].

[4]DL/T 5129－2001，碾壓式土石壩施工規范[S].

[5]MLTII·TJ02－2006，壩體填筑施工技術要求[S].

[6]SL237－1999，土工試驗規程[S].

[7]王慶樂，周 彬.基于強度折減法對水電站壩頭邊坡穩定性分析[J].河北工程大學學報:自然科學版，2010，27(1):33－37.

[8]李利飛，謝方媛，許道軍，等.動荷載作用下路基沉降規律試驗研究[J].河北工程大學學報:自然科學版，2012，29(2):7－10.