阿爾塔什大壩天然砂礫石料填筑施工參數的選擇

包永俠，唐德勝

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流梯級規劃中“兩庫十四級”的第11個梯級，擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1 820 m，電站裝機容量755 MW。

阿爾塔大壩最大壩高164.8 m，壩頂寬12 m，壩長795 m。壩體填筑分區從上游至下游分別為上游蓋重區1B、上游鋪蓋區1A、墊層料區2A、特殊墊層區2B、過渡料區3A、砂礫料區3B、爆破料區3C、水平排水料區3D。大壩填筑總量約2 494萬m3，其中，砂礫料約1227.8萬m3，過渡料約59萬m3，墊層料約36.6萬m3。

砂礫石取自河床上游C1及下游C3料場。C1料場位于壩址上游左岸，距壩址3～4 km，為葉爾羌河流河漫灘和Ⅰ級階地，料場無用層厚0～1.0 m，平枯水期水上有用層厚3～4 m；C3料場位于壩址至阿爾塔什水電站河床、河漫灘及Ⅰ級階地，距壩址1.5～7.8 km。水上、水下有用層合計總儲量為2 520萬m3。開采料直接用于壩殼填筑，各項指標均滿足設計技術要求。

由于工程具有河床砂礫石料分布廣，料源質量差異大及位于新疆干旱寒冷地區等條件，為保證工程施工質量，在碾壓試驗中重點針對不同碾壓設備、鋪料厚度、加水量進行綜合研究，以確定合理的施工工藝參數。

2 碾壓設備選擇

砂礫石料施工過程中，碾壓設備對施工質量和經濟性影響很大。在設計指標確定的情況下，設備選擇不合理可能造成試驗無法成功；采用不同設備要達到設計指標可能鋪土厚度也不同。

2.1 26 t振動碾碾壓試驗

對砂礫石料進行現場碾壓試驗，分別采用灑水量5%、10%，鋪料厚度60、80 cm 4種參數組合，26 t振動碾在不同碾壓遍數下的壓實效果見表1。

表1 26 t振動碾碾壓試驗結果

試驗結果表明，砂礫石料相對密度總體趨勢伴隨碾壓遍數的增加而增大，但隨著碾壓密實度的增加，壓實效率逐漸降低。碾壓6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍、12遍至14遍、14遍至16遍時，相對密度分別平均增大0.06、0.04、0.03、0.03、0.02。

按照設計要求標準，砂礫石料相對密度>0.9，26 t振動碾可選擇參數為：鋪料厚度80 cm，灑水量5%，碾壓12遍；鋪料厚度60 cm，灑水量5%，碾壓10遍。通過經濟分析，最后確定施工參數為鋪料厚度80 cm，灑水量5%，碾壓12遍。

通過分析可知，灑水量大小對砂礫石料的壓實效果有明顯影響，同樣碾壓設備、鋪料厚度和碾壓遍數，灑水量5%和10%的壓實效果(相對密度)會有0.02～0.04的差距。因此，碾壓時選擇灑水量10%更為經濟合理。

2.2 32 t振動碾碾壓試驗

根據26t振動碾碾壓試驗成果，32 t振動碾進行碾壓試驗時采用灑水量10%、鋪料厚度80 cm、行走速度2.0 km/h和3.0 km/h 2種不同參數組合，在不同碾壓遍數下的壓實效果見表2。

表2 32 t振動碾碾壓試驗結果

試驗結果表明，砂礫石料相對密度總體趨勢伴隨碾壓遍數的增加而增大，但隨著碾壓密實度的增加，壓實效率逐漸降低。碾壓6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍時，相對密度分別平均增大0.06、0.04、0.02。

按照設計要求標準，砂礫石料相對密度>0.9，32 t振動碾可選擇參數為鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓8遍，行走速度為2.0 km/h；鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行走速度為3.0 km/h。通過經濟分析，最后確定32 t振動碾施工參數確定為鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行走速度為3.0 km/h。

2.3 平行對比試驗

采用32、26 t 2種不同碾壓機具按照鋪料厚度80 cm、灑水量10%、行走速度3.0 km/h進行現場碾壓試驗，試驗成果見表3。

表3 不同碾壓設備的現場碾壓試驗結果

由表3可知，采用不同噸位振動碾進行砂礫石料現場碾壓試驗，在相同碾壓遍數下，振動壓實得到的砂礫石料相對密度的趨勢是32 t振動碾>26 t振動碾，其偏差在0.04～0.07之間，相對密度比值在91.9%～95.9%之間。26 t振動碾需碾壓12遍后，每碾壓2遍間的相對密度才小于0.03；而32 t振動碾碾壓10遍后，每碾壓2遍間的相對密度就小于0.03。同樣鋪料厚度、碾壓遍數下，26 t與32 t振動碾相對密度差最小為0.04。

綜上，說明不同噸位的振動碾對砂礫石壓實效果明顯，砂礫石碾壓過程需認真選擇碾壓設備。

3 鋪料厚度研究

采用不灑水、32 t振動碾、行走速度3.0 km/h、鋪料厚度分別為60、80、100 cm的3種參數組合進行砂礫石料現場碾壓試驗，在碾壓6遍后對壓實質量進行檢測，結果見表4。

表4 不同鋪料厚度碾壓試驗結果

由表4可知，在相同碾壓遍數下，采用60 cm鋪料厚度比采用80 cm鋪料厚度相對密度大0.01～0.05；采用60 cm鋪料厚度比采用100 cm鋪料厚度相對密度大0.06～0.15；采用80 cm鋪料厚度比采用100 cm鋪料厚度相對密度大0.01～0.05。

在分析不同鋪料厚度的砂礫石料壓實質量時發現，采用不灑水碾壓，鋪料厚度60 cm與80 cm每碾壓2遍偏差、80 cm與100 cm每碾壓2遍偏差相加等于60 cm與100 cm碾壓2遍偏差。本工程爆破料的現場碾壓試驗也發現相同規律。

綜上可知，在不灑水的情況下32 t振動碾需要在鋪料厚度60 cm、碾壓12遍后才可以滿足設計要求，相比灑水10%、鋪料厚度80 cm、碾壓10遍滿足設計要求，不灑水施工效率將降低約40%。

4 灑水量研究

采用32 t振動碾、行走速度3.0 km/h、鋪料厚度80 cm分別進行不灑水、灑水5%、10%3種參數組合進行砂礫石料現場碾壓試驗，試驗結果見表5。

表5 不同灑水量碾壓試驗結果

由表5可知，灑水量對砂礫石料壓實度影響較大，尤其是不加水與5%、10%對比，每碾壓2遍相對密度相差在0.08～0.10之間。對比灑水量5%和10%的試驗結果發現，碾壓遍數每增加2遍相對密度相差僅在0～0.02之間，偏差較小，說明采用灑水量5%和10%對砂礫石料碾壓密實度影響較小。因為砂礫石料含水率變化主要為P5以下含量含水率的變化，當P5以下粒徑組達到飽和含水后，多余水隨砂礫石料間隙滲走。從現場施工控制角度考慮，在碾壓8遍以上時，灑水量5%可以滿足施工質量控制要求，增加灑水對石料壓實度提高影響不大。

5 結 論

綜上所述，碾壓設備、鋪料厚度、灑水量是砂礫石料施工過程中的3項關鍵參數，其中，灑水量對砂礫石料的壓實過程影響作用效果較大，砂礫石填筑施工必須灑水作業。在較低的碾壓遍數情況下，灑水量對砂礫石料壓實效果影響很大，當碾壓遍數在6遍以上時，灑水量為5%、10%影響不很顯著，說明當碾壓遍數高時，合理控制灑水量即可滿足設計要求。根據現場碾壓試驗結果，阿爾塔什大壩砂礫石料碾壓遍數在6遍以上時，進行灑水可按照砂礫石料飽和含水控制，增加碾壓遍數，當碾壓遍數在6～10遍時，可以快速有效提高砂礫石的壓實效果，當碾壓10遍以上，若無法滿足設計指標要求，則需要變更碾壓設備類型，提高壓實效果。

通過對阿爾塔什大壩砂礫石料進行現場碾壓試驗，最終確定砂礫石料填筑的施工參數為：32 t自行式振動平碾，鋪料厚度80 cm，灑水量10%，碾壓10遍，行車速度控制在3 km/h。

截至2017年底，阿爾塔什大壩已完成85 m高壩體填筑，填筑砂礫石料總體積800萬m3，施工現場檢測砂礫石填筑料的干密度平均值為2.38 g/cm3，施工期間累計最大沉降量為170 mm，沉降率為0.2%，與類似高度的面板堆石壩同建設階段相比，阿爾塔什面板堆石壩的沉降量較小。工程檢測數據表明，在阿爾塔什大壩填筑施工過程中，砂礫石料碾壓施工參數合理，通過施工過程的嚴格管控，大壩填筑質量滿足設計要求。

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