壩體填筑碾壓試驗在水利工程施工中的應用

李松

(貴州水利實業有限公司，貴陽550002)

1 實例工程概況

遵義中橋水庫工程位于貴州省遵義市中心城區東北面，地處湘江左岸支流仁江下游新田灣河段內，壩址距仁江河口13.6 km，距遵義市城區中心21.0 km，距中橋集鎮2.4 km，現有簡易公路通到水庫壩址下游540 m處。中橋水庫是以城市供水、農田灌溉兼集鎮及農村人畜飲水的水利工程。中橋水庫正常蓄水位812.00 m，最大壩高56 m，壩頂寬6.5 m，相應庫容5 570萬m3，興利庫容5 230萬m3，總庫容7 380萬m3;設計城市供水量30.00萬m3/d;農田灌溉面積2 008 hm2，多年平均灌溉供水量923萬m3/a;集鎮及農村飲水供水量1.34萬m3/d;總供水量12 480萬m3/a，開發利用率54.8%。中橋水庫為中型水庫，工程等別為Ⅲ等。其主要樞紐建筑物由鋼筋混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸放水隧洞和右岸放空兼沖沙隧洞等組成。

在水庫大壩的建設過程中，需要選擇合適的、滿足工程要求的填筑質量，需要對大壩的壩體填筑碾壓機械的適當性和可靠性進行檢測，因而在實際施工中，會運用到壩體填筑碾壓試驗。大壩壩體填筑分別分為6個主要填筑區，從上游至下游分別為上游蓋重區(1B)、鋪蓋區(1A)、特殊墊層區(2B)、墊層區(2A)、過度區(3A)、主堆石區(3B)、下游堆石料區(3C)。

2 壩體填筑設計技術要求

2.1 墊層料(2A)和特殊墊層料(2B)

2.1.1 材料要求

2A區為滿足級配要求的墊層填筑材料，從料場開采清潔的、堅固的新鮮硬巖料加工，2A區墊層填筑材料的級配范圍:最大粒徑80 mm，＜5 mm粒徑的含量 30% ～40%，＜0.075 mm粒徑的含量為0%～8%的連續級配，碾壓后干容重達到2.25 t/m3以上，孔隙率≤18%。

2B區為非塑性的、滿足級配要求的新鮮硬巖人工制備，要求顆粒堅硬、耐久、無黏土和有機物等雜質，從料場開采清潔的、堅固的新鮮灰巖料加工。2B區特殊墊層料填筑材料的級配范圍:最大粒徑＜40 mm，碾壓后干容重達到2.3 t/m3以上，孔隙率≤17%。

2.1.2 鋪料要求

2A區的墊層料連續攤鋪在規定的料區內，填筑層厚度為0.4 m;2B區特殊墊層料采用人工配合機械薄層攤鋪，每層厚度≤0.2 m。

2.2 過渡層料(3A)

2.2.1 材料要求

過渡料為非塑性的、碾壓后級配良好的細堆石料，從料場開采的清潔的、新鮮的硬巖。顆粒堅硬和耐久，不含黏土和有機物。3A過渡層填筑材料的級配范圍:最大粒徑300 mm，＜5 mm粒徑的含量為20%～30%，，碾壓后干容重達到2.15 t/m3以上，孔隙率≤20%。

2.2.2 鋪料要求

填筑層厚度0.4 m。

2.3 主堆石料(3B)及下游堆石區(3C)

2.3.1 材料要求

3B區為滿足級配要求的主堆石填筑材料，為材質堅硬的硬巖。3B區主堆石填筑材料主要為料場開挖石料。3B料最大粒徑600 mm，＜5 mm粒徑的含量為20%以內，碾壓后干容重達到2.1 t/m3以上，孔隙率≤22%。3C料最大粒徑800 mm，碾壓后干容重達到2.05 t/m3以上，孔隙率≤25%。

2.3.2 鋪料要求:填筑層厚分別為0.8 m。

3 壩體碾壓試驗準備

3.1 壩料制備試驗

壩料的開采爆破試驗在料場選取有代表性的部位進行，通過爆破試驗確定符合大壩堆石料要求的爆破作業參數。

3.1.1 石料場爆破試驗

按規范要求，用于壩體填筑的過渡料、墊層料和堆石料等各種上壩石料，必須滿足相應的級配曲線。因而，在石料場開始規模開采前，根據規范要求及監理人指示，在料場進行與實際施工條件相仿的現場生產性爆破試驗。

3.1.2 爆破試驗的目的和內容

3.1.2.1 爆破試驗目的

為堆石料開采提供能滿足級配要求的深孔微差擠壓鉆孔爆破參數;為過渡料開采提供能滿足級配要求的深孔微差擠壓鉆孔爆破參數。

3.1.2.2 爆破試驗內容

各種鉆爆參數試驗、開采爆破起爆網絡試驗、爆破振動影響、石料粒徑、級配曲線及成品率等。

3.1.3 爆破試驗地點和規模

1)爆破試驗在料場上的開采區域進行。

2)爆破試驗的規模為:每個試驗巖塊長40～50 m，寬20～25 m，具體為:光面爆破孔20～30個，爆破孔4～5排(其中緩沖孔1排)，約30～40個孔。本次爆破試驗的次數共8次，分別對過渡料和堆石料級配曲線、鉆爆參數試驗各進行2次。

為確保開采出優質的配料，由有爆破資質證書的爆破工程師擔任主設計，采用目前較為先進的爆破技術，在大規模石料鉆爆開采前，結合生產進行級配料開采及其它試驗，為本工程級配料開采提供科學的依據。

4 壩體填筑碾壓試驗

大壩填筑前，選定有代表性的填筑石料，模擬正常填筑施工狀況，對壩體各區料進行碾壓試驗，以確定合理的碾壓參數、鋪料方式、鋪料厚度、超徑石處理、振動碾的類型及重量、碾壓行進線路、碾壓遍數、鋪料過程中的加水量，并對壓實層的孔隙率、干密度、沉降量、壓實后級配等進行試驗，墊層料、過渡料、主堆石料還需進行滲透性試驗。

4.1 大壩填筑料碾壓試驗目的

試驗的目的是驗證與核實設計填筑碾壓施工參數、設計填筑質量控制標準;選擇合適的振動碾壓機械，檢驗所選填筑碾壓機械的適當性和性能可靠性;確定經濟合理的填筑碾壓參數;為設計單位最終核定施工控制填筑質量標準提供依據，確保大壩填筑施工質量。

4.2 填筑碾壓試驗的內容

現場填筑碾壓試驗采用將來大壩填筑擬選用的施工機械、施工方式和施工工藝，對各種筑壩材料進行不同填筑碾壓參數的比選與研究。填筑碾壓施工參數主要包括:碾壓機具、行車速度、鋪料方式、鋪層厚度、碾壓遍數、灑水量、壓實前后的級配、孔隙率、干容重、滲透系數等。填筑碾壓試驗就是對同一種巖性的筑壩材料，按各種施工參數的不同取值組合進行試驗，現場試驗主要依據設計提供的填筑碾壓參數，先對填筑碾壓參數進行取值范圍的擬定，采用逐步淘汰法，確定碾壓參數最優值。

4.3 填筑碾壓試驗場地規劃

碾壓試驗場地，先進行找平層填筑，碾壓密實，并經監理工程師驗收合格后才能正式進行碾壓試驗。

4.4 填筑碾壓試驗方法

1)填筑碾壓試驗程序，見圖1。

2)填筑碾壓試驗方法

為確保填筑碾壓試驗成果真實、可靠，試驗中每一個工序環節均嚴格按以下要求進行:

試料裝運:裝運時嚴格控制超徑料的裝入，要求混合裝運，嚴禁粗料或細料集中裝放，裝料時派有專人指揮和質量控制，保證試料按設計要求進行裝料。

主堆石料采用進占法鋪料，便于推土機跟進平整和運料車輛行駛;過渡料與墊層料采用后退法鋪料，有利于減少試驗料分離現象的發生。

平料:采用大功率推土機推平，再輔以人工找平，保證填筑層厚度和頂面平整度滿足試驗要求。

層厚與沉降量測量:采用水準儀測量，測量點間距2 m，層厚測量在堆石料靜碾2遍后進行，沉降量測量每碾壓2遍均進行一次。

灑水:采用人工灑水法，每場試驗根據計算好的加水量(體積比)安排2～4名專人灑水，灑水量要求均勻，以使堆石料有較長的濕潤時間。

碾壓:振動碾在碾壓試驗區范圍線2 m以外起振，按劃好的行車線進行碾壓，采用前進、后退全振動的方法，碾跡重疊控制在10～15 cm，行車速度＜2 km/h。

密度測定:采用挖坑灌水法，試環為直徑200 cm、高20 cm的特定鋼環，試坑直徑為1～1.6 m，深度為單層碾壓層厚度。

級配分析:采用方格網篩人工篩分法，將從試坑挖出的試樣全部篩分。

含水率測定:采用炒干法。

滲透試驗:對墊層料、過渡料采用雙環法，進行現場滲透試驗。成果整理及分析報審。

圖1 填筑碾壓試驗程序圖

將上述各種料源的填筑碾壓試驗資料進行系統整理，繪制相關圖，并根據試驗資料進行分析，結合工程條件確定填筑碾壓參數及壓實方法，并編寫填筑碾壓試驗報告，報監理工程師審批。

5 結語

伴隨著經濟的不斷發展，水利工程行業的發展也十分迅速，壩體填筑碾壓試驗的應用也越來越廣泛。作為一種較為實用的工程試驗，壩體填筑碾壓試驗對于壩體質量、性能的檢測有著很大的作用，能夠較為準確的確定壩體的填筑碾壓數值，對于提高工程的施工效率，保證大壩的質量有著十分積極的意義。在實際的水利工程中，要按實驗要求進行實驗，保證實驗的完整性，確保實驗數據的真實可靠，為工程施工帶來便利。

［1］謝鶴.龍馬水電站面板堆石壩壩體填筑施工工藝［J］.電力學報，2011(4):22.

［2］李玉霖.某水庫混凝土面板堆石壩地基處理［J］.貴陽學院學報(自然科學版)，2011(2):44－45.