水電站面板堆石壩主堆石料碾壓試驗

雷海生

（云南招標股份有限公司，云南 昆明 650106）

1 工程概況

云南省泗南江水電站位于云南省普洱市墨江哈尼族自治縣壩溜鄉、泗南江鄉、那哈鄉境內。電站位于土堆峽谷入口、聯珠小河匯口下游，攔河大壩壩址位于泗南江上；發電廠廠址位于阿墨江與泗南江交匯口的下游、阿墨江左岸倮何大箐溝口的上游處。泗南江水電站以發電為主，采用跨流域、混合式開發，工程等別為Ⅱ等大（2）型工程，永久性主要建筑物等級為2級、永久性次要建筑物等級為3級、臨時性建筑物等級為4級；單機裝機容量為67 MW，共3臺，總裝機容量為201 MW。水庫正常蓄水位為900 m，總庫容2.46億m3。

泗南江水電站混凝土面板堆石壩底寬度為360 m、壩頂寬度為8 m，壩頂長度為369.94 m，最大壩高為115 m，壩頂高程為EL905 m，下游壩面坡比為1∶1.5(EL875 m以下)和1∶1.6(EL875 m以上)，下游壩面綜合坡比1∶1.535，上游壩面坡比為1∶1.4。大壩主堆石料共有172萬m3，壩體總填筑量為298萬m3。大壩剖面，如圖1所示。

圖1 大壩典型剖面

2 碾壓試驗

2.1 試驗目的

通過試驗，求證泗南江攔河大壩技術參數設計的合理性，并確定適用的施工碾壓措施和匹配的碾壓機械類型，研究工序質量控制的要求以及大壩填筑施工工藝。

2.2 試驗內容

試驗的主要工作是對壩體擬用填筑料進行試驗，包括主堆石料、次堆石料、過渡料、墊層料和特殊墊層料。試驗碾壓次數分別為6、8、10，鋪料厚度均為80 cm。碾壓參數、試驗所需設備及碾壓機械技術參數分別見表1—3。

表1 大壩主堆石料技術參數

表2 碾壓試驗設備

表3 平碾（振動）技術參數

2.3 試驗基本步驟

（1）每場碾壓試驗前，按照規劃先在平整碾壓好的場地有效面積內布置長方形網格。本處對主堆石料的試驗進行分析，主堆石料由料場爆破料經篩分后按要求選取。本次試驗將位于后壩區一塊60 m× 45 m（長×寬）=2 700 m2的區域設置為試驗場所，碾壓試驗前打樁劃線并將試驗場地整平后碾壓密實，試驗場地平面布置如圖2所示。

圖2 碾壓場地平面布置

（2）主堆石料從采料場裝料后通過自卸汽車運送到碾壓試驗場所并采用進占法卸料，人工篩選出超徑大石，控制鋪料厚度，使用推土機推平。根據場外控制測點在鋪料表面布設場內控制點并使其與基礎測點保持鉛直向重合，測量鋪料厚度達到設計要求后使用振動平碾碾壓。

（3）碾壓試驗前需對鋪攤完畢的石料進行灑水加濕，灑水量一般控制在10%～20%，并保持鋪料的厚度不變。碾壓采用全碾錯距碾壓，搭接寬度為30 mm并將碾速控制在2～3 km/h，碾壓機械采用德國寶馬格BW219-DH型振動平碾，碾壓遍數分別按照2、4、6、8、10、12設置，每隔2遍檢測1次沉降值。碾壓6、8、10、12遍時需進行挖坑取樣，采用灌水法來測定所取樣品的滲透系數和干密度并通過烘干法來測定樣品的含水率，每次試驗均收集碾壓料測定顆粒分析。

（4）根據施工組織設計，確定試驗過程中使用石料的開采方法、運輸卸料、鋪料碾壓方式與計劃施工的方法完全一致。觀察料場碾壓前后發生的變化及現象，記錄松渣厚度與壓實后的料層厚度。

3 試驗成果

3.1 填筑石料的設計技術指標

試驗應以相關標準、規范為依據，針對設計指標進行，填筑料設計技術指標見表4。

表4 壩體填筑料設計技術參數

3.2 試驗成果與分析

根據試驗所得數據進行匯總，以便于進行相關指標的比較和分析，主堆石料碾壓成果見表5，主堆石料碾壓試驗后顆粒分析的級配曲線如圖3所示。

表5 主堆石料碾壓成果匯總統計

圖3 壩體主堆石料顆粒分析級配曲線

通過對主堆石料碾壓前進行顆粒分析來判斷，試驗所采用的堆石料顆粒級配均在設計要求的主堆石料（3B1）顆粒級配包絡曲線范圍內。主堆石料在碾壓試驗后級配依然連續，在碾壓試驗進行8遍后孔隙率為17.3%，壓實平均干容重為2.19 g/cm3，2項指標均能滿足設計要求。碾壓試驗前后大于60 mm的礫石含量分別為76%、53%，說明主堆石料中礫石含量的破碎較為明顯，可分類為碎石混合土。通過沉降率與碾壓試驗的遍數關系曲線圖可以推斷出，碾壓6～8遍后沉降率和干容重的增幅變化較大，當碾壓變數達10遍后則趨于平穩。挖坑試驗發現中大小石料無架空現象，石料之間咬合充填非常緊密。

從試坑滲水情況看，碾壓后的壩體透水性能良好，完全滿足壩體主堆石料滲透性要求。主堆石料（3B1）在施工過程中達到設計壓實質量的技術指標為：鋪料厚80 cm、碾壓遍數不少于6～8遍。在保證壓實質量和最大工效的前提下，同時考慮施工平起填筑的需要，壩料在填筑施工前必須嚴格控制級配并按特性及用途分類填筑。

3.3 施工工藝及控制參數

根據試驗成果分析，主堆石料鋪層厚度按照80cm控制，鋪料時有意混合粒徑大小不一的石料，避免堆石塊體搭配不均勻。石料填筑前應集中灑水加濕，所加水量應控制在15%～20%。施工過程控制參數技術指標，見表6。

表6 施工過程控制參數

3.4 注意事項

（1）堆石區內的施工便道在填筑前必須清除。臨時施工便道的路基需進行壓實，并設置于填筑壓實合格的壩段。

（2）混凝土建筑物、岸坡與主堆石區之間的接觸帶應回填過渡料，寬度宜為1～2 m。

（3）壩體堆石區縱、橫2個方向的接坡施工宜采用臺階收坡法，臺階寬度一般不小于1 m。接坡部位分次填筑的高差應嚴格控制，不宜過大。作業空間有限時可以按穩定邊坡的情形進行收坡施工，回填接坡鋪料前應進行削坡處理，并嚴格控制碾壓質量。

（4）填筑料卸車后應及時攤鋪并使碾壓面平整，鋪料厚度的控制應貫穿施工過程，不能出現超厚或超薄的情況。

（5）大壩下游護坡宜采用機械設備進行整坡、堆碼或使用人工干砌，石塊之間應嵌合牢固。護坡石料以大尺寸為宜，一般與大壩主體填筑同時施工。

4 結語

通過試驗成果分析證明，設計相關指標是合理的，可以為下一步的筑壩施工提供科學的施工控制參數，完全能夠滿足施工要求。我國混凝土面板堆石壩的施工技術還在不斷的發展革新中，隨著日后科技的持續進步，更多的新設備、新材料、新工藝、新技術將會被逐漸用于水利水電工程建設中，從而促進國家基礎建設的發展。

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