阿爾塔什大壩砂礫石冬季填筑施工技術研究

王建幫，王真平，張芳軍

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概述

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆阿爾塔什村，地處昆侖山板塊的新疆葉爾羌河流域，惠及新疆南部的克州、喀什地區和和田地區。葉爾羌河流域位于新疆塔里木盆地西部，地處歐亞大陸腹地，因遠離海洋，周圍又有高山阻隔，加上大沙漠的影響，流域內呈典型的大陸性氣候，其主要特點是氣溫年變化較大，日溫差大，空氣干燥，日照長，蒸發強烈，降水量稀少，冬季天氣干燥寒冷。

阿爾塔什大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩頂高程為1 825.8 m，最大壩高164.8 m，壩頂寬12 m，壩長795 m，大壩合同填筑工程量2 494萬m3，其中砂礫料1 227萬m3。大壩于2015年開工建設，前期由于右岸高邊坡處理施工難度大，導致大壩填筑工期調整。

調整工期的2個節點目標為2017年5月31日前壩體臨時斷面填筑不低于1 715.0 m高程，2017年8月底壩體臨時斷面填筑不低于1 730.0 m高程。根據調整計劃2017年2月11日～2017年8月31日，壩體填筑總量約698.9萬m3，平均月強度約107.5萬m3，高峰期月強度約113.35萬m3，遠高于投標階段高峰期強度73.1萬m3。2016年施工過程中高峰期月強度約80.69萬m3，與2017年計劃平均月強度相差26.81萬m3。因此，阿爾塔什大壩需要在冬季施工才能削減2017年2月～2017年8月的月平均填筑強度，實現這2個節點目標。

表1 薄層不加水試驗結果

2 薄層不加水試驗

根據復核試驗確定的施工參數，進行砂礫料填筑冬季施工薄層碾壓試驗。試驗鋪料厚度為60 cm、不加水(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)、32 t 自行式振動碾激振碾壓12遍，行車速度控制在2.0 km/h，試驗結果如表1所示，由表1可知，薄層不加水試驗成果滿足設計相對密度≥0.90，符合指標要求。

3 松鋪保溫試驗

松鋪保溫的方式是覆蓋不同厚度的飽和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂礫石料進行保溫及受凍情況的研究，不同溫度下保溫層厚度與凍結深度見圖1。試驗研究表明，采取松鋪保溫的方式能夠有效保證已填筑砂礫石避免受凍，施工過程中考慮施工成本確定松鋪保溫層厚度為60 cm。

圖1 凍層厚度、松鋪保溫厚度與環境溫度關系

4 冬季施工技術措施

根據專項試驗研究成果，分料源控制、碾壓施工參數制定冬季施工技術措施。砂礫石料填筑的施工技術措施為采用32 t自行式振動平碾碾壓12遍，鋪料厚度為60 cm、不加水(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)，行車速度控制在2.0 km/h。根據需要分別在料場及壩面設置氣溫觀測站，對氣溫進行不間斷的檢測，根據氣溫變化組織施工生產。

料場開采水上部分砂礫石料，砂礫石料處于飽和面干狀態(砂礫石料天然含水率在0.5%～0.9%)，未完全風干，對碾壓還具有較好的效果，上壩后現場應及時攤鋪碾壓，以免水分完全風干而影響碾壓效果。

冬季料場開采時，一經發現有凍層時及時剝離，禁止開采水下料。質量控制開采料的級配符合要求，含泥量以及超徑石含量在規范允許范圍內。做到不合格料決不允許上壩在料源控制壩料質量。在裝料前及時測定含水率，開采天然含水率控制在0.5%～0.9%。

5 冬季砂礫石填筑施工

砂礫石料采用不加水(天然飽和面干含水率0.5%～0.9%)，當最低氣溫低于-10 ℃時停止施工，根據氣溫適時調整當環境溫度持續下降，經取樣檢測合格的砂礫石料凍結層在5 cm以內時采用刨毛處理，當凍層在10 cm以上時采用挖出。

5.1 薄層攤鋪

由于冬季氣溫低，在裝料前發現有凍層及時剝離，遵守薄層干鋪(松鋪厚度為60 cm)的原則。若在壩料中摻入了很難碾壓的凍土塊，凍土塊就會像粗顆粒一樣起骨架作用，而試坑灌砂密度檢測法難以測出凍塊填筑部位的密實度，當壩體內溫度升高時，凍塊融成松散狀，從而有可能造成壩體的不均勻沉降，進而造成混凝土面板開裂。在下雪天氣時，用推土機除雪后再進行鋪料，攤鋪厚度控制為松鋪60 cm，推土機平料時，料物由高往低處滾落，使顆粒較大的石料落在填筑層下部，細顆粒料在填筑層的上面，這有利于工作面的推平整理，提高碾壓質量；同時，細顆粒與大顆礫石料間的嵌填作用，有利于提高干密度。

5.2 不加水碾壓

根據不加水碾壓試驗進行碾壓。① 振動碾行走方向為與壩軸線平行，靠近岸坡處，順岸行走；②振動碾行走速度≤2.0 km/h；③碾壓方法主要采用進退錯距法(錯距=碾輪寬/碾壓遍數)，碾壓遍數和錯距寬度通過碾壓試驗最終確定；④分段之間的碾跡重疊，在過渡層、堆石各分區的交接帶，重疊寬度≥0.5 m，在各區之內，重疊寬度≥0.5 m；⑤碾壓過程中應經常檢查振動碾的各項特性，嚴禁無振碾壓，防止漏碾欠壓，對與臨時斷面預留 1.5 m 臺階，臺階搭接位置進行騎縫碾壓處理。

表2 冬季施工期砂礫料檢測結果統計

表3 壩體沉降觀測統計

5.3 松鋪保溫

通過現場生產性試驗發現正溫情況下天然河床砂礫石料的天然含水率在0.5%～0.9%；通過灌水試驗試坑觀察坑壁，發現坑壁碾壓密實；各試坑均未發現架空、凍塊現象。

當環境溫度在0～-10 ℃時，砂礫石在攤鋪碾壓工序完成并經過現場挖坑檢測其相對密度滿足設計指標；當環境溫度低于負溫時，應按照填筑質量要求及時松鋪保溫，在現場挖坑檢測其相對密度滿足設計指標后即刻覆蓋60 cm厚飽和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂礫石料保溫，依次循環填筑施工。

5.4 數字化大壩碾壓實時監控

規劃施工單元、倉面。壩面每個施工單元在碾壓前將碾壓區倉面按20 m一個范圍進行劃分，用白灰或水泥漿標示，便于碾壓機具有效的控制好方向和范圍。

數字化大壩碾壓實時監控內容包括碾壓軌跡、碾壓遍數、行駛速度、碾壓擊振頻率、壓實度。具體為①碾壓軌跡。在該倉開倉進行碾壓后，可以實時監控到碾壓機具行走軌跡以及錯距情況。②碾壓遍數。每臺碾壓機具完成所劃分的碾壓區域后可生成碾壓遍數報告，對存在漏壓部位進行補碾。③行駛速度。碾壓行駛速度超過最大限速(2.0±0.2)km/h，10 s后系統將自動報警。④碾壓擊振頻率。在碾壓過程中可實時生成高振遍數圖形報告，監控高振碾壓遍數及合格率。⑤壓實度。規劃倉面碾壓達到合格標準以后，試驗室進行現場試坑試驗確定該填筑層是否滿足設計要求。

5.5 碾壓質量檢測

施工中，試坑灌砂法檢測所用時間較長，試驗點的代表性一般，因此填筑施工質量控制可采用重點控制鋪料厚度、碾壓遍數、振動碾行進速度與激振力等施工參數的前提下，用試坑灌水法檢測結果評價填筑施工質量，以保證填筑壓實質量。

試坑直徑為壩料最大料徑的2～3倍，試坑直徑最大不超過2 m。試坑深度為碾壓層厚。每層檢測不小于10點的頻次檢測其干密度、相對密度、顆粒級配。

6 施工質量檢測及其評價

6.1 填筑施工檢測成果

阿爾塔什大壩在冬季施工期的220組砂礫料檢測統計結果如表2所示，由表2可知，冬季施工期砂礫料碾壓相對密度均符合設計要求，含水率滿足飽和面干的含水率在0.5%～0.9%的要求。

6.2 壩體沉降觀測

阿爾塔什大壩在冬季填筑期(2016年11月15日～2016年12月25日)的壩體沉降觀測結果如表3所示。由壩體沉降觀測結果可知，各測點的沉降量與壩體相應部位的填筑進度相關性較好，符合施工期土石壩內部變形一般規律。從碾壓效果及沉降率統計可知，冬季施工技術保障了填筑質量，有效的削減了2017年月平均填筑強度。

7 結 語

阿爾塔什大壩采用薄鋪干碾，松鋪保溫的施工技術，在2016年11月10日～2016年12月25日實現了冬季砂礫料總填筑方量85.1萬m3，填筑各項試驗檢測指標及頻次均滿足設計及施工規范要求。通過壩料含水率控制及松鋪保溫減少壩料凍塊，確保了大壩冬季填筑施工質量，有效削減了2017年月平均填筑強度，為2017年工程安全度汛目標提供了有力保障，為高寒地區以砂礫料填筑為主的堆石壩冬季施工填筑提供了經驗參考。

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