夾巖水利樞紐工程墊層料快速摻配工藝研究

劉會建 林宏 李威威

摘要：夾巖水利樞紐工程混凝土面板堆石壩中墊層料填筑存在施工工期短、填筑強度大等難題。為了解決墊層料快速施工等問題，對墊層料摻配工藝、方法等進行了研究。通過墊層料摻配試驗，按照7：3的重量比，將0～80mm混合料與人工砂進行現場摻配。墊層料用運輸皮帶機進行摻配。采用上述技術歷時11.5個月，完成墊層填筑377層，填筑總方量達15.23萬m3，滿足該工程墊層料快速填筑要求。

關鍵詞：墊層料;摻配試驗;快速摻配;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV641文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.020

Abstract： The filling of cushion materials in concrete slab rock fill dam of Jiayan Hydro-complex Project is facing difficulties such as tight construction schedule and high filling intensity. The mixing technique and method of cushion materials were studied to realize the fast filling of cushion materials. On the basis of mixing experiment， the mixture of clay and sand with diameter from 0 mm to 80 mm was adopted to be mixed with manufactured sand in site in the ratio of 7∶3（by weight）. The cushion materials were mixed by belt conveyor. The mixing was completed in 11.5 months with 377 layers filled. The total filling amount were 152.3 thousand m3， which met the requirement of fast filling of cushion materials.

Key words： cushion materials; mixing experiment; fast mixing; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

根據以往混凝土面板堆石壩墊層料摻配施工經驗，墊層料摻配時，大多采用人工配合機械進行摻配施工，摻配方式為碎石→砂→碎石，依次分層交叉攤鋪，期間嚴格控制攤鋪料層厚[1]。這種摻配方式在墊層料摻配過程中受干擾因素多、機械投入大且摻配效率低下。

隨著混凝土面板堆石壩填筑逐步實現機械化，填筑施工強度不斷增加，傳統墊層料摻配工藝越來越難以滿足生產需求，同時也大大增加了施工成本。為此，通過對墊層料摻配工藝、方法等的研究，設計了帶式輸送機進行自動快速摻配，并在夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）大壩填筑中得到了實踐。該技術較好地克服了墊層料施工工期短、填筑強度大等難題，實現了墊層料的快速施工。

1 工程概況

夾巖工程位于貴州省畢節市及遵義市境內，由水源樞紐工程、畢大供水工程和灌區骨干輸水工程三大部分組成。大壩壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高154.0 m，壩頂長424.26 m，最大壩寬454.085 m?；炷撩姘宥咽瘔巫陨嫌沃料掠?，依次由混凝土面板、墊層區、過渡區、堆石區和拋石區等組成。大壩填筑總量為473.21萬m3，平均填筑強度約33.1萬m3/月，高峰填筑強度45萬m3/月。

作為面板混凝土直接支承體，墊層區向堆石體均勻傳遞水壓力，并起到輔助滲流控制作用[2]。該工程墊層區每層厚40 cm，水平寬3.0 m，上游迎水面坡比1∶1.4，總填筑工程量為17.85萬m3。

2 墊層料設計參數

根據設計單位提供的墊層料控制參數（見表1），墊層料采用0～80 mm混合料與人工砂進行摻配，墊層料最大粒徑為80 mm，級配曲線連續，小于5 mm粒徑含量為35%～55%，小于0.075 mm黏粒含量為4%～8%，設計干密度2.24g/cm3，孔隙率17%，加水量初定為0～10%[3]。

3 墊層料摻配試驗

3.1 原材料檢測情況

在墊層料進行摻配前，首先對半成品料倉的0～80 mm混合料和成品倉的人工砂進行取樣檢測，試驗結果見表2。

3.2 墊層料摻配比例初步選定

根據0～80 mm混合料和人工砂檢測結果及墊層料設計包絡線要求，根據不同比例進行了試驗室模擬摻配設計，其中，0～80 mm混合料與人工砂重量比分別按照8∶2，7∶3，6∶4進行摻配成成品料，顆粒級配滿足或基本滿足設計包絡線要求。

3.3 墊層料摻配比例選定

根據試驗室模擬摻配比例取得的試驗成果進行現場摻配試驗，試驗結果如下：①按照8∶2進行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量僅為3.7%，不能滿足設計包絡線要求;②按照7∶3進行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量為4.3%，滿足設計要求，且顆分曲線處于包絡線正中心;③按照6∶4進行摻配的成品料，≤0.075 mm顆粒含量為4.9%，滿足設計要求，但顆分曲線處于貼近上包絡線，在摻配施工時顆粒級配曲線易超出設計包絡線。經過對比分析，最終采用0～80 mm混合料與人工砂重量比按照7∶3比例進行現場摻配。

4 墊層料現場快速摻配工藝

4.1 墊層料摻配工藝流程

夾巖工程墊層料生產采用粗碎開路、中細碎與第一篩分系統構成閉路生產小于80 mm墊層料，并通過超細碎（制砂）車間補充部分粗骨料和成品砂的工藝設計流程。

墊層料摻拌采用帶式輸送機自動摻拌，0～80mm混合料從半成品料倉通過帶式輸送機進入混合帶式輸送機，人工砂從制砂車間出來后通過另一條帶式輸送機運輸至混合帶式輸送機，兩檔料在混合帶式輸送機進行自動摻拌，并通過混合帶式輸送機運輸至墊層料倉，在入倉過程中完成二次摻拌。墊層料成品料倉容積為6.1萬m3。

4.2 墊層料現場快速摻配論證

為實現帶式輸送機快速自動摻配，現場試驗論證表明：超細碎（制砂）帶式運輸機運輸能力為100 t/h、半成品料帶式輸送機運輸能力為300 t/h，因此必須采取人工砂和0～80 mm混合料，同時進行混合帶式輸送機生產一段時間后，再由超細碎（制砂）機繼續供料一段時間才能滿足摻配比例要求。

為便于現場施工質量控制，通過現場多次論證，最終決定采用待半成品經給料機與超細碎（制砂）機同步經帶式輸送機混合供料7 h后，由超細碎（制砂）機繼續供料2 h進入墊層料成品料倉，達到0～80 mm混合料與人工砂7∶3的摻配比例，實現墊層料快速摻配效果。經試驗室取樣檢測及跟蹤監測檢測，顆粒級配均能滿足設計包絡線要求。

5 墊層料碾壓試驗與分析

5.1 試驗目的

墊層料填筑料的設計技術參數見表3。

碾壓試驗設計要求應達到的目標如下：①優先擬定的墊層料鋪層厚度及相應的最優碾壓遍數;②測定壓實前后墊層料的顆粒級配，要求壓實后級配滿足設計要求;③找出起始測定遍數至最終遍數過程中，遍數與干容重之間的對應關系;④壓實后墊層料的透水性滿足設計要求;⑤推薦夾巖工程大壩壩體墊層料碾壓參數。

5.2 碾壓試驗過程

墊層料試驗場每個小場碾壓試驗有效面積為8 m×4 m（長×寬），每個小場內按1m×1 m方格網布置，布置32個沉降點，采用8 cm×8 cm鐵板作為觀測點，小場間為0.5 m過渡帶，鋪料厚度控制在40±4 cm，按5%，10%灑水量進行碾壓試驗，采用三一重工公司SSR260碾壓機，墊層料壓實厚度為40 cm。

5.3 碾壓試驗結果

該碾壓試驗分別采用不同的灑水量和碾壓遍數，共進行了6小場碾壓試驗，試驗檢測結果見表4。

5.4 碾壓參數適應性分析和最佳碾壓參數選定

檢測結果法分析表明：0～80 mm混合料與人工砂按照7∶3進行摻配的墊層料，灑水量為5%和10%，對墊層料碾壓試驗各個參數檢測結果影響不大;碾壓6遍時，墊層料干密度、孔隙率、滲透系數、顆粒級配等技術指標均滿足設計及規范技術要求，且增加碾壓遍數對干密度和孔隙率等指標影響不大。

從施工進度和生產成本方面進行比較，采取碾壓6遍、灑水量5%作為現場質量控制參數，不但能節約生產成本，有利于大壩墊層料快速施工，且能夠保證施工質量。

將此碾壓試驗結果與設計碾壓試驗技術參數和設計要求達到的試驗目的進行比較，其對比情況分析見表5。

通過對比分析，最終推薦墊層料現場碾壓參數施工控制指標為：鋪料厚度440 mm，采用26 t自行式振動碾，碾壓遍數為6遍（2遍低頻高振+3遍高頻低振+1遍低頻高振），加水量5%，控制振動碾行車速度為2 km/h，孔隙率≤16.6%，干密度≥2.27 g/cm3。

6 墊層料快速施工實施效果

為保證墊層料快速施工，除改進墊層料摻配方法、優化墊層料摻配比例、調整生產工藝、選擇最佳碾壓參數外，在夾巖工程墊層料填筑過程中采取以下改進措施。

（1）擠壓邊墻成型速度直接制約著墊層料施工速度，為保證墊層料快速施工，由原來擠壓邊墻施工完成后進行攤鋪施工，改為同步進行墊層料攤鋪施工。

（2）墊層料碾壓施工受天氣影響較大，含水量過大時，容易出現“彈簧土”現象，對墊層料攤鋪完成后未及時進行碾壓的部位，做好防雨措施處理。

（3）在墊層料岸坡設置層高、分區標識等，為墊層料攤鋪提供有力的參照物。

通過改進墊層料摻配方法、調整生產工藝及施工措施，2018年4月19日至11月4日，夾巖工程大壩墊層料由高程1 174.00 m填筑至1 266.00 m;2019年5月1日至8月28日，大壩墊層料由高程1 266.00 m填筑至1 324.61 m;歷時11.5個月，共完成墊層填筑377層，填筑總方量為15.23萬m3，最大單月填筑方量約2.5萬m3，壩體最大沉降308.21 mm，達到了墊層料快速填筑要求。

7 結 語

為改良夾巖工程墊層料摻配工藝，克服了傳統機械摻配耗時耗力及占用施工場地等缺點，通過工程實踐，采用帶式輸送機摻配墊層料，不僅實現了快速生產，滿足了填筑強度和現場施工工藝及設計要求，同時節省了大量資源，取得了良好的經濟效益。

參考文獻：

[1] 岑叢定，嚴大順. 溧陽抽水蓄能電站墊層料加工工藝[J]. 中國高新技術企業，2012（27）：87-90.

[2] SL 228-2013混凝土面板堆石壩設計規范[S].

[3] 鳳煒，高強，李曉慶. 混凝土面板堆石壩墊料的設計準則[J]. 水利規劃與設計，2013（2）：55-59.

（編輯：李 慧）