開茂水庫面板堆石壩壩料碾壓試驗及成果分析

向?qū)W忠， 李旺盛， 趙啟強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

開茂水庫面板堆石壩壩料碾壓試驗及成果分析

向?qū)W忠， 李旺盛， 趙啟強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

結(jié)合面板堆石壩的施工特點，選取不同特性的筑壩材料進行現(xiàn)場碾壓試驗。通過試驗成果，分析了該類筑壩材料的顆粒級配、滲透系數(shù)以及干密度等技術(shù)參數(shù)是否能夠滿足設(shè)計要求并選取合理、經(jīng)濟的碾壓參數(shù)進行面板堆石壩填筑施工。

北川開茂水庫；面板堆石壩；現(xiàn)場碾壓試驗；碾壓參數(shù)；成果分析

1 工程概述

開茂水庫位于四川省綿陽市北川羌族自治縣安昌鎮(zhèn)及永寧鎮(zhèn)境內(nèi)，庫區(qū)樞紐主壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程612 m，最大壩高56 m，壩頂長357．35 m。大壩分區(qū)自上游至下游依次為壩體蓋重區(qū)、上游粘土鋪蓋區(qū)、面板、ⅡB特殊墊層區(qū)、ⅡA墊層區(qū)、ⅢA過渡區(qū)、ⅢB主堆石區(qū)、ⅢC2次堆石區(qū)、ⅢC1下游堆石區(qū)等幾部分。堆石區(qū)填筑料從楊家灣石料場爆破開采，ⅡA墊層料從安昌河下河街料場開采，ⅢA過渡料原計劃也從安昌河下河街料場開采，但由于該料場儲量不足，在工程建設(shè)過程中調(diào)整為采用北川老縣城唐家山堰塞湖下游河道沖淤料。圖1為開茂水庫面板堆石壩典型斷面圖。

圖1 開茂水庫面板堆石壩典型斷面圖

2 料源情況

楊家灣堆石料場長約350～600 m，寬約420 m，料場所處地層為侏羅系蓮花口組第⑦層中下部，地層產(chǎn)狀為N75°～80°E/NW∠9°～12°。巖相變化較大，巖性主要為灰白色礫巖與紫紅色泥巖互層，其中灰白色礫巖為有用層，紫紅色泥巖為無用層，需剔除。下河街砂礫石料場分布于安昌河河道上，枯水期部分產(chǎn)地高出河水面0．5～1．2m漫灘，絕大部分產(chǎn)地位于水下，有用儲量主要位于水下。老縣城河道料場的物料來源于兩岸岸坡崩塌巖體碎塊經(jīng)洪水搬運堆積，塊碎石級配在水平分布及豎向分布上均表現(xiàn)為不均勻性和級配的不連續(xù)性，塊石巖性強度較高，碎礫石巖性強度較低。

3 現(xiàn)場碾壓試驗及結(jié)果分析

3．1 碾壓設(shè)備選型

面板堆石壩筑壩時，堆石料、過渡料及部分墊層料采用20 t自行式振動碾進行碾壓，靠近上游擠壓邊墻1m范圍內(nèi)墊層料采用2 t小型振動碾進行碾壓。試驗時，選用的大型碾壓設(shè)備為中國龍工集團生產(chǎn)的龍工LG520B；選用的小型碾壓設(shè)備為濟寧德瑞得機械有限公司生產(chǎn)的FYL－600型壓路機。

3．2 試驗采取的取樣方法

墊層料、過渡料、堆石料現(xiàn)場密度檢測采用挖坑灌水法。墊層料的挖坑直徑為40 cm，過渡料、堆石料的挖坑直徑為150～200 cm，挖坑深度分別為各區(qū)的填筑層厚。

墊層料含水量檢測采用烘干法；過渡料、堆石料含水量檢測采用烘干和風(fēng)干聯(lián)合法。

3．3 墊層料現(xiàn)場碾壓試驗及成果分析

墊層料填筑厚度與擠壓邊墻高度一致，按壓實厚度40 cm控制。靠近擠壓邊墻1 m寬范圍內(nèi)分2次填筑，單次鋪填厚度按20 cm控制，采用2 t小型振動碾碾壓。碾壓試驗前，先對篩分加工后的半成品墊層料進行顆粒篩分試驗以驗證各級顆粒含量是否滿足設(shè)計要求。半成品墊層料顆粒篩分試驗成果見圖2。

圖2 半成品墊層料顆粒篩分試驗成果圖

從圖2中可以看出，粒徑＜5 mm的顆粒含量為18．7%，設(shè)計要求為35%～55%，不滿足設(shè)計要求，需要摻加細(xì)粒徑料；粒徑＜0．075 mm的顆粒含量為5．7%，設(shè)計要求為4%～8%，滿足設(shè)計要求。

根據(jù)半成品墊層料的顆粒篩分結(jié)果，采用層鋪法在半成品墊層料中摻配滿足設(shè)計要求的人工砂，在料場選擇碾壓場地，分4個區(qū)進行現(xiàn)場碾壓試驗。鋪填厚度為20 cm時，采用2 t小型振動碾碾壓，分不加水和加水5%兩種，碾壓遍數(shù)為6和8遍；鋪填厚度為40 cm時，采用20 t自行式振動碾碾壓，分不加水、加水5%和加水10%三種，碾壓遍數(shù)為6和8遍。碾壓試驗成果見表1、2。

表1 鋪填厚度為20 cm時墊層料碾壓試驗成果表

表2 鋪填厚度為40 cm時墊層料碾壓試驗成果表

從表1和表2中可以看出，在墊層料鋪料厚度不變、碾壓遍數(shù)不變的情況下，隨著加水量的增加其壓實度相應(yīng)升高，孔隙率相應(yīng)減小，說明碾壓時加水對壓實度有積極影響；在墊層料鋪料厚度相同、加水量相同的情況下，振碾8遍比振碾6遍的干密度高、孔隙率低，說明碾壓遍數(shù)越多、壓實效果越好。

從碾壓試驗中干密度數(shù)據(jù)可以看出，鋪料厚度為20 cm、加水5%、振碾6遍時其干密度能夠達到設(shè)計要求；加水5%、振碾8遍時其干密度較高，孔隙率較低，同樣滿足設(shè)計要求；振碾6遍且不加水時其干密度達不到設(shè)計要求。因此，結(jié)合工程實際情況，從經(jīng)濟性等各方面考慮，鋪填厚度為20 cm時，采用2 t小型振動碾碾壓，碾壓參數(shù):振碾8遍，不加水，激振力15 kN，行駛速度1．2 km/h。鋪料厚度為40 cm時，不加水和加水5%、振碾6遍時其干密度小于設(shè)計要求的2．17 g/ cm3；加水5%、振碾8遍和加水10%碾壓時，均能達到設(shè)計要求；但加水10%、振碾6遍時其孔隙率偏高，滲透系數(shù)均在10－3～10－4之間，因此，鋪填厚度為40 cm時，采用20 t自行式振動碾碾壓，碾壓參數(shù):振碾8遍，加水5%，激振力350 kN，行駛速度為2．1 km/h。

3．4 過渡料現(xiàn)場碾壓試驗及成果分析

過渡料鋪料厚度與墊層料鋪料厚度一致，為40 cm。試驗前，對開采的石料經(jīng)過條篩篩分剔除粒徑300 mm以上的顆粒后，在開采料源附近選擇一塊試驗場地進行現(xiàn)場碾壓試驗。根據(jù)已有工程經(jīng)驗，碾壓遍數(shù)從振碾8遍和振碾10遍中選擇，加水量在加水5%和加水10%中選擇，試驗成果見表3。

表3 過渡料碾壓試驗成果表

從表3中可以看出，在鋪料厚度、碾壓遍數(shù)相同的情況下，其干密度并沒有隨加水量的增加而提高，說明加水加到一定量后對壓實度沒有“積極”作用；在鋪料厚度、加水量一定的情況下，碾壓遍數(shù)的增加對干密度有較大程度的提高，說明壓實度隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加，同時，粒徑＜5 mm顆粒含量和粒徑＜0．075 mm顆粒含量亦隨著碾壓遍數(shù)的增加而增多，其滲透系數(shù)也隨之減小，說明該料場料源中軟巖顆粒摻加其中，在強振碾壓下軟巖顆粒被碾壓破碎成細(xì)顆粒反而對過渡料滲透性不利。因此，過渡料鋪填厚度為40 cm，采用20 t自行式振動碾碾壓時選擇的碾壓參數(shù)為:振碾8遍，加水5%，激振力350 kN，行駛速度為2．1 km/h。

3．5 堆石料現(xiàn)場碾壓試驗及成果分析

楊家灣料場爆破后軟巖料無法剔除，經(jīng)設(shè)計研究要求分別進行含軟巖30%和50%的混合料進行碾壓試驗，碾壓試驗場地在采石場附近選定。試驗時分鋪填厚度60 cm，振碾6遍、8遍和鋪填厚度80 cm，振碾6遍、8遍控制。碾壓時，由于混合料中泥巖含量較多未進行灑水。圖3為含軟巖料50%混合料的碾壓后顆粒級配表，圖4為含軟巖料30%混合料的碾壓后顆粒篩分級配圖。表4為含軟巖料30%和50%混合料碾壓試驗成果表。

從圖3、4中可以看出，碾壓后，無論含30%軟巖的混合料還是50%軟巖的混合料中粒徑＜0．075 mm顆粒含量均遠大于設(shè)計要求，其中含50%軟巖混合料中粒徑＜0．075 mm顆粒含量為28%，含30%軟巖混合料中粒徑＜0．075 mm顆粒含量為19．2%；根據(jù)計算，含30%軟巖混合料的不均勻系數(shù)Cu為1．9，含50%軟巖混合料的不均勻系數(shù)Cu為1．95，均與設(shè)計要求的不均勻系數(shù)大于16的要求相差甚遠。

從表4中可以看出，混合料不論是振碾6遍，還是振碾8遍，其干密度雖然有小幅度的提高，但始終達不到設(shè)計要求，滲透系數(shù)均在10－4左右，其滿足不了面板堆石壩堆石料的滲透要求。圖4 含軟巖料30%混合料的碾壓后顆粒篩分級配圖

圖3 含軟巖料50%混合料的碾壓后顆粒篩分級配圖

圖4 含軟巖料30%混合料的碾壓后顆粒篩分級配圖

表4 含軟巖30%和50%混合料碾壓試驗成果表

4 結(jié)語

(1)從試驗結(jié)果可以看出，在其他可變量固定時，碾壓遍數(shù)的增加對筑壩材料的壓實度有較大程度的提高，灑水量的增加對壓實度也有一定的積極作用。同時，有關(guān)數(shù)據(jù)表明:碾壓遍數(shù)過多會使壩料中細(xì)顆粒含量增加，進而影響壩料的滲透性；灑水量在達到一定量時，對壓實度的影響較小，進而推測當(dāng)灑水量達到某值時，壓實度將趨于一個穩(wěn)定值或呈現(xiàn)下降趨勢，不再隨灑水量的增加而增大。因此，在進行面板堆石壩筑壩時，應(yīng)根據(jù)實際筑壩材料因地制宜，選擇合理、經(jīng)濟的碾壓參數(shù)。

(2)堆石料試驗結(jié)果表明，泥巖、礫巖混合料筑壩時，由于泥巖強度很低、礫巖強度相對較高，施工過程中受振動碾碾壓后泥巖全部轉(zhuǎn)化為土顆粒填充在礫巖骨架之間，使壩料滲透系數(shù)大大降低，無法滿足筑壩要求，需重新選定新的料場進行筑壩或結(jié)合面板堆石壩的特點改變壩型進行筑壩。

(責(zé)任編輯:李燕輝)

TV7;TV52;TV523;TV522

B

1001-2184(2015)05-0016-04

向?qū)W忠(1970-)，男，重慶豐都人，基礎(chǔ)工程分局分局長，高級工程師，從事水利水電、房屋建筑工程施工、技術(shù)管理及市場開發(fā)等工作；

李旺盛(1987-)，男，青海民和人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

趙啟強(1975-)，男，四川巴中人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作．

2015-08-25