大壩心墻礫石土料“平鋪立采法”摻配工藝試驗(yàn)

熊　亮，　魏 陳 冰 凌，　張 維 春

(中國(guó)水利水電第五工程局 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定　626001)

大壩心墻礫石土料“平鋪立采法”摻配工藝試驗(yàn)

熊亮，魏 陳 冰 凌，張 維 春

(中國(guó)水利水電第五工程局 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定626001)

摘要：長(zhǎng)河壩大壩土料有用料儲(chǔ)量較少，料場(chǎng)土料級(jí)配情況分布復(fù)雜，為了增加料場(chǎng)有用料的利用率，得到滿足設(shè)計(jì)要求的心墻土料，需將粗、細(xì)料摻配合格后上壩。介紹了級(jí)配不均勻土料“平鋪立采法”動(dòng)態(tài)控制的摻配工藝試驗(yàn)，可供同類工程參考。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)河壩水電站；礫石土料；摻配工藝試驗(yàn)

1概述

1.1工程概況

長(zhǎng)河壩水電站為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第10級(jí)電站，壩址位于甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，壩型為礫石土心墻堆石壩，電站裝機(jī)容量為2 600 MW，正常蓄水位高程1 690 m，相應(yīng)庫(kù)容10.44億m3，壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m。大渡河為不通航河道，樞紐無漂木任務(wù)。

長(zhǎng)河壩水電站壩體填筑料分為心墻防滲土料、反濾料、過渡料、堆石料、壩坡護(hù)坡干砌石料及壓重石渣料。其中土料填筑量為428萬m3，由湯壩及新蓮料場(chǎng)提供。

1.2設(shè)計(jì)技術(shù)要求

用于心墻防滲料的礫石土其粒徑、顆粒級(jí)配應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1) 填筑料最大粒徑不大于150 mm或鋪土厚度的2/3。

(2) 粒徑大于5 mm的顆粒含量不超過50%且不低于30%；粒徑小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)大于15%；粒徑小于0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于8%。

(3)顆粒級(jí)配應(yīng)連續(xù)并防止出現(xiàn)粗料集中架空現(xiàn)象。

2土料場(chǎng)特征

湯壩土料場(chǎng)位于壩區(qū)上游金湯河左岸與湯壩溝之間的邊坡上，距壩址約22 km。該料場(chǎng)土料主要屬冰積堆含碎礫石土，據(jù)鉆孔和井探揭露的情況，該料場(chǎng)在深度上自上而下以及順金湯河自上游向下游顆粒有逐漸變粗的趨勢(shì)，但變化不大，土料成份單一，為含碎礫石土層。碎礫石成份以灰?guī)r、大理巖、片巖以及石英為主，多呈棱角狀～次棱角狀。復(fù)勘及施工開采規(guī)劃表明：料場(chǎng)地下水位埋深一般大于6 m。表面耕植土(剝離層)厚0.3～3 m,平均厚1.2 m。夾層只在局部地方存在。有用層厚度為1.1～18.78 m,平均厚10.82 m。土料的級(jí)配(特別是P5含量)不均勻，料場(chǎng)分布復(fù)雜，存在合格區(qū)(30%≤P5≤50%)、粗料區(qū)(P5>50%)、細(xì)料區(qū)(P5<30%)、廢料區(qū)，平均超徑(粒徑大于150 mm)含量為5%左右，合格區(qū)僅占1/3。

3土料摻配的必要性

前期湯壩土料場(chǎng)復(fù)勘結(jié)果表明：料場(chǎng)料源質(zhì)量分布不均勻，存在合格料(50%≤P5≤30%)、偏粗(P5≥50%)及偏細(xì)(P5≤30%)料，剔除超徑石(粒徑大于150 mm)后可開采量分別為156萬m3、97萬m3、46萬m3。為了提高土料的利用率，保證料源質(zhì)量，需對(duì)湯壩土料場(chǎng)的偏粗、偏細(xì)料進(jìn)行摻配。結(jié)合前期復(fù)勘資料中粗、細(xì)料顆粒級(jí)配情況，預(yù)計(jì)摻配后可提高合格料儲(chǔ)量75～80萬m3。土料摻配方案為粗、細(xì)料互層平鋪，機(jī)械立采摻拌。

4土料摻配方案及工藝試驗(yàn)

4.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

動(dòng)態(tài)制備工藝試驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證土料摻配工藝流程的可行性，確定土料摻配工藝流程和摻配工藝參數(shù)(由于原料級(jí)配變化較大，摻配比例須動(dòng)態(tài)調(diào)整，摻配工藝試驗(yàn)成果不用于確定摻配比)，具體包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(1)驗(yàn)證平鋪立采摻配工藝的可行性。

(2)驗(yàn)證摻配比例動(dòng)態(tài)確定方法的可操作性。

(3)優(yōu)選摻配機(jī)械設(shè)備以及鋪土分層及一次鋪料的總厚度，確定合理的工藝流程。

(4)確定最佳摻拌次數(shù)。

4.2摻配方案的擬定

料場(chǎng)內(nèi)粗、細(xì)料各項(xiàng)指標(biāo)變化幅度較大，若固定粗、細(xì)料鋪料厚度不能有效控制摻拌后土料的質(zhì)量，需采用動(dòng)態(tài)控制摻配比例的方法進(jìn)行土料摻配。摻配試驗(yàn)為固定粗料的鋪料厚度，細(xì)料鋪料的厚度則根據(jù)粗、細(xì)料干密度及P5含量指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整當(dāng)層細(xì)料鋪料的厚度。試驗(yàn)分為兩個(gè)區(qū)(固定粗料鋪料厚度0.5 m和固定粗料鋪料厚度1 m)進(jìn)行不同鋪料厚度、摻拌設(shè)備、摻拌遍數(shù)組合試驗(yàn)。土料摻拌工藝流程見圖1 。

圖1　土料摻配工藝流程圖

(1)過篩剔超徑。 設(shè)計(jì)要求礫石土料的最大粒徑為150 mm。但料場(chǎng)內(nèi)超徑石含量較多(平均超徑含量為5.2%)，故摻配料需進(jìn)行過篩處理以剔除超徑石(>150 mm)后裝車運(yùn)至摻配場(chǎng)。

(2) 鋪粗料。

摻配料過篩處理后，按照擬定的厚度進(jìn)行第一層粗料的鋪筑。

(3)計(jì)算當(dāng)前層細(xì)料鋪筑厚度。

土料過篩處理后，試驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)摻配料顆粒級(jí)配及干密度進(jìn)行了檢測(cè)，確定第一層細(xì)料的鋪料厚度。每鋪一層料均按照坡比為1∶1.3向四周放坡，在摻配有效區(qū)鋪料厚度滿足設(shè)計(jì)鋪料厚度要求的情況下，同時(shí)將四周的土料按照相應(yīng)的比例進(jìn)行鋪筑。鋪料過程中，測(cè)量人員對(duì)鋪料厚度及鋪料范圍進(jìn)行跟蹤控制。現(xiàn)場(chǎng)每鋪完一層摻配料均采用試坑法對(duì)摻配料進(jìn)行顆粒級(jí)配及干密度檢測(cè)，以此對(duì)比摻拌前后土料級(jí)配的變化情況，同時(shí)復(fù)核其鋪料厚度并計(jì)算下一層細(xì)料的鋪料厚度，其計(jì)算公式如下；

H細(xì)=(H粗×P粗×ρ粗-H粗×ρ粗×P5)/(P5×ρ細(xì)-P細(xì)×ρ細(xì))

式中 H粗為摻配料粗料鋪料厚度，兩個(gè)摻配區(qū)分別按0.5 m和1 m進(jìn)行鋪料；H細(xì)為摻配料細(xì)料鋪料厚度，按照上述公式進(jìn)行計(jì)算；P粗為摻配料粗料P5含量加權(quán)平均值；P細(xì)為摻配料細(xì)料P5含量加權(quán)平均值；ρ粗為摻配料粗料干密度加權(quán)平均值；ρ細(xì)為摻配料細(xì)料干密度加權(quán)平均值；P5為摻配料摻配后P5含量加權(quán)平均值，由于土料摻配后P5含量有一定波動(dòng)，為滿足土料摻配后P5含量滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算時(shí)按照P5的中間值40%進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算原則以摻配前后粒徑大于5mm礫石含量質(zhì)量相同進(jìn)行計(jì)算。

鋪料過程中，按照先粗后細(xì)的原則進(jìn)行循環(huán)鋪筑。其中固定粗料層厚0.5m摻配區(qū)粗、細(xì)料共鋪料12層，鋪料高度為5.42m。固定粗料層厚1m摻配區(qū)粗、細(xì)料共鋪料6層，鋪料高度為6.52m。

(4)摻拌。

鋪料完成后，將每個(gè)鋪料區(qū)分為三個(gè)小區(qū)，分別采用正鏟、反鏟和裝載機(jī)進(jìn)行摻拌。摻拌次數(shù)為2～6次時(shí)試驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)摻拌料進(jìn)行取樣檢測(cè)。摻拌過程中，記錄不同摻拌設(shè)備的摻拌效率。

4.3摻拌前的土料顆粒級(jí)配

4.3.1摻拌粗料的顆粒級(jí)配

粗料鋪料過程中，試驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)每層粗料進(jìn)行取樣檢測(cè)，了解摻拌前后土料級(jí)配的變化情況。各試驗(yàn)區(qū)取樣檢測(cè)結(jié)果平均值見表1。

表1　摻拌前粗料顆粒分析檢測(cè)結(jié)果表

由表1可以看出：兩個(gè)摻配區(qū)均無超徑石，固定粗料層厚0.5m和固定粗料層厚1m兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)中的P5含量分別為54.9%和57.3%，粒徑小于0.075mm的 顆 粒 含 量 分 別 為 25.9% 和

24.5%，粒徑小于0.005mm的顆粒含量分別為9.4%和8.9%。兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的檢測(cè)結(jié)果表明：P5含量均偏大，粒徑小于0.075mm及小于0.005mm的顆粒含量均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3.2摻拌細(xì)料的顆粒級(jí)配

細(xì)料鋪料過程中，試驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)每層細(xì)料進(jìn)行取樣檢測(cè)，了解摻拌前后土料級(jí)配的變化情況。各試驗(yàn)區(qū)取樣檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2　摻拌前細(xì)料顆粒分析檢測(cè)結(jié)果表

由表2可以看出：兩個(gè)摻配區(qū)均無超徑石，固定粗料層厚0.5m和固定粗料層厚1m兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的P5含量分別為16.2%和18.6%，粒徑小于0.075mm的顆粒含量分別為74.6%和70.6%，粒徑小于0.005mm的 顆 粒 含 量 為 23.1%和21.3%。兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的檢測(cè)結(jié)果表明：P5含量均偏小，粒徑小于0.075mm及小于0.005mm的顆粒含量均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4現(xiàn)場(chǎng)摻拌

現(xiàn)場(chǎng)完成鋪筑和各層各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)后，分別用正鏟、反鏟及裝載機(jī)對(duì)三個(gè)摻配小區(qū)進(jìn)行摻配，分析檢測(cè)結(jié)果，得出每種機(jī)械最優(yōu)摻拌次數(shù)并論證不同設(shè)備的摻拌效率。

4.5摻拌后的土料級(jí)配

兩個(gè)摻拌區(qū)在摻拌過程中，試驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)摻拌2～6遍時(shí)進(jìn)行了取樣檢測(cè)，并分析出兩個(gè)摻拌區(qū)在不同摻拌設(shè)備和摻拌遍數(shù)情況下顆粒級(jí)配的變化情況。摻拌后土料平均顆粒級(jí)配見圖2。

兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)摻拌過程中不同設(shè)備在各摻拌遍數(shù)下P5含量的變化情況見圖3。

圖2　摻配后土料平均顆粒級(jí)配圖

圖3　不同設(shè)備在各摻拌遍數(shù)過程中P5含量分布曲線圖

摻拌后的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明：土料摻拌過程中符合級(jí)配變化規(guī)律。采用動(dòng)態(tài)控制細(xì)料鋪料厚度方法，摻拌后的各指標(biāo)與理論指標(biāo)差別不大。在同一設(shè)備、相同摻拌遍數(shù)情況下，固定粗料的鋪料厚度為0.5m時(shí)較固定粗料鋪料厚度為1m的級(jí)配指標(biāo)更均勻。固定粗料鋪料厚度為0.5m、摻拌遍數(shù)為5～6遍時(shí)，各級(jí)配指標(biāo)趨于穩(wěn)定。固定粗料鋪料厚度為1m、摻拌遍數(shù)為5～6遍時(shí)，各級(jí)配指標(biāo)變化幅度略偏大，但均滿足設(shè)計(jì)要求。正鏟和反鏟在摻拌過程中能將各層土料一次摻 拌。由于裝載機(jī)最大工作高度為4m，不能將上部土料進(jìn)行摻拌，故其不能滿足工藝要求。

5試驗(yàn)成果及建議

(1)摻拌工藝的選擇。

通過進(jìn)行摻配工藝試驗(yàn)，摻拌后的土料檢測(cè)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求且P5含量分布較均勻，因此，平鋪立采的摻拌工藝完全可行，可用于正式生產(chǎn)。

實(shí)踐證明：分層取樣復(fù)核確定動(dòng)態(tài)摻配比的方法可行，能將摻配料的P5含量完全控制在設(shè)計(jì)規(guī)定值范圍以內(nèi)。

(2)鋪料厚度的選擇。

通過對(duì)兩區(qū)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后可以看出，摻配比變化幅度較大(1∶0.52～1∶1.96),從摻拌均勻程度看，在相同摻拌遍數(shù)時(shí)，0.5m層厚粗料試驗(yàn)區(qū)明顯優(yōu)于1m層厚粗料試驗(yàn)區(qū)，但均能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求(4遍以上)。同樣，對(duì)于5～7m的鋪料高度，0.5m粗料區(qū)是1m粗料區(qū)鋪料層數(shù)的兩倍，工效明顯降低(0.5m粗料區(qū)鋪料效率是1m粗料區(qū)的42%)。為了既能保證摻配料均勻，又能適當(dāng)提高功效，建議將粗料的固定厚度定為0.5～0.7m。當(dāng)摻配比低于1∶1時(shí)，取0.7m；當(dāng)摻配比為1∶1～1∶1.5時(shí)，取0.6m;當(dāng)摻配比超過1∶1.5時(shí)，取0.5m。

(3)摻拌設(shè)備的選擇

摻拌試驗(yàn)結(jié)果表明：正鏟和反鏟對(duì)摻拌土料的均勻性均能滿足設(shè)計(jì)要求且均勻程度基本一致,摻拌產(chǎn)能接近，因此，正鏟及反鏟均可用于土料摻配。

(4)摻拌遍數(shù)的選擇。

在不同摻拌遍數(shù)的情況下，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明：在摻拌遍數(shù)達(dá)到5遍時(shí)，采用正鏟及反鏟摻拌的土料滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)并能使土料摻拌趨于均勻?？紤]到土料摻拌后還有裝車轉(zhuǎn)運(yùn)及上壩鋪料等后續(xù)工序，建議摻拌場(chǎng)就地?fù)桨璞閿?shù)取4遍。

6結(jié)語

通過對(duì)湯壩土料場(chǎng)礫石土料的動(dòng)態(tài)摻配工藝進(jìn)行試驗(yàn)，摻配后得到了滿足設(shè)計(jì)要求的礫石土料，同時(shí)確定了土料動(dòng)態(tài)摻配比的控制方法、摻拌設(shè)備、摻拌遍數(shù)及固定粗料鋪料厚度的選擇方法。該工藝正式投入運(yùn)行后大大提高了湯壩土料場(chǎng)礫石土料的利用率，減少了開挖過程中粗、細(xì)料的廢棄，動(dòng)態(tài)處理后可提高75～80萬m3土料利用量。以土料平均開挖深度為10m計(jì)算，可減少7.5～8萬m2移民征地費(fèi)用，同時(shí)能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境。筆者在文中介紹的土料動(dòng)態(tài)控制摻配工藝試驗(yàn)可供同類工程參考。

熊亮(1990-)，男，四川廣安人，技術(shù)員，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

魏陳冰凌(1990-)，女，四川廣元人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張維春(1983-)，男，甘肅隴南人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-05-05

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0007-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV541;TV52;TV522

作者簡(jiǎn)介: