面板堆石壩壩料冬季低溫填筑參數的試驗研究

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、次堆石區、過渡區和墊層區材料進行了碾壓試驗，測定了顆粒級配、壓實厚度、滲透系數等參數，經過對試驗結果的整理和分析，最終選定各料區冬季低溫季節施工最佳參數為：各區壩料都不加水，振動碾壓8遍，虛鋪厚度主堆石區為90cm，過渡料區為50cm，墊層料區50cm，砂礫石區虛鋪厚度為90cm。

關鍵詞：混凝土面板堆石壩；冬季低溫；碾壓試驗；填筑參數

中圖分類號：TV641.4 文獻標志碼：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，冬季時間比較漫長，根據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境中的施工質量，根據《DL/T5128-2009混凝土面板堆石壩施工規范》要求，負溫下施工時，各種壩料內不應有凍塊存在，在負溫下填筑不能加水時，應減薄鋪料厚度，增加碾壓遍數，達到設計要求的碾壓標準。因此，本工程對各種壩料進行了不加水時的碾壓試驗，從而確定壩體在冬季低溫環境中的最優施工參數。

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，壩體上游側設水平寬度為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（3B）和次堆石區（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2617.0m高程以下設置上游鋪蓋，后壩坡采用干砌塊石護坡（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，共計121萬m3。

2 試驗方案

2.1 設計技術指標

本次試驗根據壩體分區技術指標和選用的機械，分別進行了壩體主堆石區、次堆石區、過渡區和墊層區的碾壓試驗，各個部位的填筑標準見表1，分別對不同區域的鋪料方式、鋪料厚度、振動碾型號及重量、碾壓遍數、行車速度、壓實厚度、碾壓前后顆粒級配分析、干密度、滲透系數提出試驗成果，最終確定最優碾壓參數。

2.2 試驗場地的選取與布置

大壩從上游至下游依次布置砂礫石區、墊層區、過渡區、堆石區，碾壓試驗區總面積約為30m×28m，按照不同的鋪層厚度和碾壓遍數來布置每個試驗單元，每個試驗單元為10m×6m。每一鋪層厚度布置、試驗三種碾壓遍數，每個試驗單元中布置2m×1.5m的方格網，用來測量壓實沉降量。

2.3 碾壓參數初步擬定

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

2.4 試驗檢測方法

在各試驗區振動碾壓6遍、8遍、10遍后分別取樣測定壓實干密度，滲透系數及顆粒級配，各試驗單元壓實密度均以2個試樣的平均值為試驗值。

現場干密度檢測，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。

現場滲透試樣參照《土工試驗規程》（SL237-1999）的原位滲透試驗方法進行。滲透環為套環法，套環內徑29.4cm，高30cm。試驗時將套環嵌入試體15～20cm，用濕粘土將環下口外側密封，防止水流向環外。加水后測記滲透速度，當滲透穩定后，在1小時內測記滲入量5～6次，計算平均滲透系數。

含水量檢測，采用烘干法稱取規定數量進行。

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的用細顆粒經四分法取樣進行室內篩分，最終計算全試樣級配組成。

碾壓完畢后，根據填筑前的基底標高測量、整平后的標高測量和壓實完畢后的標高測量，計算碾壓前、后各網格測點的相對高程，從而計算出每一次試驗單元的平均沉降值。

3 試驗檢測成果及分析

試驗壩殼堆石料的填筑，以控制壓實參數為主，并按規定取樣測定干密度和級配作為記錄。每層按規定參數壓實后，即可繼續鋪料填筑。對測定的干密度和壓實參數進行統計分析，確定壩體施工參數。

3.1 干密度、滲透系數測試成果及分析

經測試：主堆石區的鋪土厚度為虛鋪90cm、過渡區的鋪土厚度為虛鋪50cm、墊層料區的鋪土厚度為虛鋪50cm、砂礫石區的鋪土厚度為虛鋪90cm時各項測試指標全部合格。碾壓6遍后，干密度有少數達不到設計要求、滲透系數均能滿足設計要求，碾壓8遍后，干密度增加達到設計要求，滲透系數基本隨干密度的增加而減小，但相關關系不明顯。碾壓10遍后，可能由于振動碾強烈激振力的影響，填筑體出現過壓擾動，干密度普遍減小，個別甚至達不到指標要求，滲透系數均能滿足設計要求，繼續碾壓已無必要。endprint

3.2 鋪層厚度、碾壓遍數與干密度關系

依據干密度測試結果，得到各區填筑料不同鋪土厚度狀態下碾壓遍數與干密度關系曲線，其中主堆石區碾壓遍數與干密度關系曲線，如圖1所示。

從試驗結果曲線來看，碾壓6遍后，干密度隨著碾壓遍數的增多而增大，但碾壓遍數超過8遍后，填筑料的干密度沒有增加，反而呈現出減少趨勢，因此繼續碾壓已無必要。

3.3 顆粒級配分析

主堆石區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。

各區填筑料碾壓前后的顆粒篩分結果和相應顆粒級配曲線試驗結果顯示：填料在振動碾激振力作用下，不僅巖塊間產生相對位移，填筑體表層及內部也將產生不同程度的擠壓破碎，細粒含量普遍增加較多。砂礫石填料在經過碾壓后填料曲線沒有明顯變化。

3.4 碾壓遍數與沉降量的關系

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，因此本次試驗通過合理選擇碾壓遍數來控制堆石料的沉降量。根據填筑前的基底標高測量、整平后的標高測量和壓實完畢后的標高測量，分別繪制各區填筑料不同鋪土厚度狀態下碾壓遍數與沉降量的關系曲線。如主堆石區第一層虛鋪90cm，碾壓6遍、8遍、10遍碾壓遍數與沉降量關系。從試驗結果來看，碾壓遍數與沉降率具有良好的正相關關系，碾壓遍數增加，開挖料沉降率亦增大，同時，隨著碾壓遍數的增加，沉降率增加幅度逐漸減緩。碾壓遍數超過8遍后，沉降曲線明顯變緩，說明此時填料已比較密實，繼續碾壓作用不大。

4 結束語

依據上述試驗成果，各料區冬季低溫季節施工最佳參數為：主堆石區虛鋪厚度為90cm， 加水量為0%，振動碾壓8遍；過渡料區虛鋪厚度為50cm，加水量為0%，振動碾壓8遍；墊層料區虛鋪厚度為50cm，加水量為0%，振動碾壓8遍；砂礫石區虛鋪厚度為90cm，加水量為0%，振動碾壓8遍。本次試驗成果經工程實際應用檢測效果良好，符合大壩填筑工程質量要求，而且加快了施工進度，降低了施工成本，為類似工程施工參數的選擇提供了有益參考和借鑒。

參考文獻：

[1]張蘭華，賈蘊翔，黃偉奇.高寒地區混凝土面板堆石壩壩體填筑施工技術探討[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[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[J].科技創新與應用，2014（05）：171.endprint