胡家山水庫混凝土面板堆石壩填筑碾壓試驗分析

2015-12-16 08:42:18李興

水利建設與管理 2015年1期

李興

(鎮(zhèn)雄縣水利水電勘測設計隊，云南鎮(zhèn)雄 657200)

1 前言

混凝土面板堆石壩是堆石壩的一種形式，由混凝土防滲面板、防滲接地結構、堆石壩體三大部分組成，具有施工速度快、造價低、地形地質條件影響小的優(yōu)點。

堆石體填筑質量的控制與混凝土面板開裂有直接關系。施工前必須通過碾壓試驗確定合適的壓實機具、壓實方法、壓實參數及其他處理措施，將碾壓試驗所得的指標與設計指標相比較，核實設計填筑標準的合理性。

2 工程概況及壩體分區(qū)

胡家山水庫由混凝土面板堆石壩、輸水隧洞、溢洪道、導流隧洞組成，總庫容1542.3萬m3，是一項Ⅲ等中型水利工程。

根據面板壩工作性質及填筑材料強度、滲透性、壓縮性等將填筑體分成三個主要區(qū)域:1區(qū)分為1A區(qū)和1B區(qū);2區(qū)分為2A區(qū)、2AA區(qū)、2AB區(qū);3區(qū)分為3A、3B、3C、3D和3E區(qū)。詳見下頁圖1。

1區(qū):防滲補強區(qū)。當面板出現裂縫和板間縫、張開縫時，防滲土(1A區(qū))可以起輔助防滲作用，其上覆蓋的任意料(1B區(qū))，可避免防滲土料失穩(wěn)。

2區(qū):墊層區(qū)。緊接面板，既是混凝土面板的可靠基礎，又是壩體防滲的第二道防線。在周邊縫下側一定范圍設置墊層區(qū)2AA區(qū)和2AB區(qū)。

3區(qū):堆石區(qū)。是面板堆石壩的主體，也是承受水壓力荷載的主要支撐體。

過渡區(qū)(3A區(qū)):用于墊層區(qū)(2區(qū))和主堆石區(qū)(3B區(qū))之間的過渡。

主堆石區(qū)(3B區(qū)):位于過渡區(qū)下游，絕大部分水壓力荷載通過墊層由主堆石區(qū)傳入地基，對面板起支承作用。

下游次堆石區(qū)(3C區(qū)):位于壩體下游部分，其上游、頂部以上和底部以下均為3B區(qū)，僅起到穩(wěn)定下游壩體的作用。

壩下游護坡(3D區(qū)):為保證壩坡的穩(wěn)定及平整，下游壩坡采用大塊石護坡，由人工鋪砌。

下游排水棱體區(qū)(3E區(qū)):頂寬4m，內、外側邊坡均為 1∶1.4。

圖1 壩體分區(qū)橫剖面

3 設計填筑標準

3.1 墊層料區(qū)

墊層料為半透水墊層，屬級配良好的灰?guī)r料。最大粒徑為100mm，其中d≤5mm含量為35% ～50%，d＜0.075mm含量為4% ～8%。控制干密度為2.23g/cm3，填筑孔隙率不大于18%，滲透系數1×10－3～1×10－4cm/s，特殊墊層料ⅡAA為墊層料篩除大于40mm以上顆粒后使用，ⅡAA區(qū)料篩除大于20mm以上顆粒作為ⅡAB區(qū)使用，填筑孔隙率小于15%。墊層料鋪料厚度為400mm，特殊墊層料鋪料厚度為200mm。

3.2 過渡料區(qū)

過渡料采用石料場開挖加工后的灰?guī)r料、新鮮砂巖。過渡料的最大粒徑不大于300mm，其中d＜5mm的顆粒含量不超過20%，d＜0.075mm的顆粒含量不超過5%。控制干密度不小于2.149g/cm3，相應孔隙率21%，滲透系數1×10－1～1 ×10－2cm/s，過渡料鋪料厚度為400mm。

3.3 堆石料區(qū)

堆石料采用石料場開采獲取弱風化至新鮮砂巖、粉砂巖料，下游次堆石料為可利用石料場弱風化砂巖、粉砂巖料，大壩、溢洪洞及輸水隧洞開挖有用料。主堆石料最大粒徑600mm，其中d≤5mm的細料含量小于20%;d＜25mm的含量小于40%;相應孔隙率23%，控制干密度不小于2.118g/cm3，滲透系數不小于10－1cm/s。下游次堆石料最大粒徑為800mm，控制干密度不小于2.063g/cm3，相應孔隙率25%。

4 填筑料常規(guī)試驗

碾壓前對各料場原材料進行了一系列的常規(guī)試驗，包括堆石料、過渡料、墊層料的比重、顆粒分析試驗，其中堆石料完成 1組比重試驗，1組顆粒分析試驗，過渡料完成1組比重試驗，1組顆粒分析試驗，墊層料完成1組比重試驗，1組顆粒分析試驗。

5 機具選擇及碾壓參數

5.1 機具選擇

5.1.1 堆石料機具選擇

參照類似工程施工經驗，該工程擬采用CLG6126型振動平碾進行堆石料碾壓、SD22型推土機進行堆石料的攤鋪、整平及30t載重車進行運輸。做碾壓試驗時用1臺振動平碾、1臺推土機、1臺挖掘機、5輛載重車完成，模擬一個小型上壩作業(yè)組。

5.1.2 墊層料、過渡料機具選擇

參照類似工程施工經驗，采用SM20型自行式壓路機進行過渡料、墊層料碾壓，SD16型推土機進行過渡料、墊層料的攤鋪、整平和陜汽載重車進行運輸。做碾壓試驗時用1臺自行式壓路機、1臺推土機、1臺挖掘機、5輛載重車完成，模擬一個小型上壩作業(yè)組。

5.2 碾壓參數

5.2.1 堆石料碾壓參數

機械參數有振動平碾的激振力(28/33t)、碾砣重量(26t)、碾寬(2.1m)、載重車的運輸能力(25t)等;施工參數有鋪料厚度(60cm、80cm、100cm)、碾壓遍數(6、8、10遍)、行車速度(3km/h)、壩料的加水量(充分濕潤)、卸料方式(進占法)。

5.2.2 墊層料、過渡料碾壓參數

機械參數有壓路機的激振力(18t)、碾砣重量(20t)、碾寬(2.1m)、推土機(23t)、載重車的運輸能力(30t)等;施工參數有鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、碾壓遍數(6、8、10遍)、行車速度(3km/h)、壩料的加水量(10%)、卸料方式(后退法)。

6 試驗情況

6.1 試驗場地規(guī)劃

6.1.1 場地安排及處理

在棄渣場附近，選擇一塊平坦堅實的場地進行壓實，并達到設計要求。試驗區(qū)為25m×60m長方形場地，面積約為1500m2。鋪料時在試驗區(qū)兩側留出一個碾寬約3m，在順碾壓方向的兩端留出10m作為非試驗區(qū)。先進行堆石料的碾壓試驗，再進行墊層料、過渡料的碾壓試驗。

6.1.2 場地布置

每場堆石料(過渡料、墊層料碾)碾壓試驗有2種參數——鋪土厚度和碾壓遍數變動，場地布置見圖2，其中:h1——鋪料厚度 60cm(30cm)，h2——鋪料厚度80cm(40cm)，h3——鋪料厚度 100cm(50cm);N1——碾壓遍數為6遍，N2——碾壓遍數為8遍，N3——碾壓遍數為10遍。

圖2 碾壓試驗場地布置

6.2 試驗場次安排

6.2.1 堆石料

選用料場堆石料，加水量充分，按3種鋪料厚度(60cm、80cm、100cm)、3 個碾壓遍數(6、8、10 遍)，共進行3大場9個小場試驗。

6.2.2 過渡料

選用料場過渡料，加水量10%，按3種鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、3 個碾壓遍數(6、8、10 遍)，共進行3大場9個小場試驗。

6.2.3 墊層料

選用砂石料加工場墊層料，加水量為10%，按3種鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、3 個碾壓遍數(6、8、10遍)，共進行3大場9個小場試驗。

7 現場描述與檢測

7.1 現場描述

堆石料、過渡料(墊層料)每個小場均采用挖掘機裝料，自卸汽車運輸，進占法卸料(后退法卸料)，推土機攤鋪找平(挖機攤鋪找平)，振動平碾碾壓，行車速度3km/h，振動油門中檔，條帶法碾壓方式，表面石料壓碎少(表面石料有少許壓碎)，無架空現象;測量每個遍數碾壓沉降量，計算累計沉降量。

7.2 土工試驗

檢測每一個組合壓實后的干密度、含水率、孔隙率和現場滲透試驗。濕密度采用灌水法進行，含水率采用烘干法進行，經計算求得干密度，取樣數量為每一個組合2個，共54個，并整理干密度、含水率及孔隙率試驗報告。每一個碾壓組合檢測2個點，共完成現場滲透試驗數量為54個。列出碾壓土工試驗結果統(tǒng)計表。

8 試驗成果

8.1 堆石料

a.鋪料厚度分為60cm、80cm、100cm，從鋪料厚度上分析碾壓相同遍數時，80cm厚度時基本能滿足設計要求。

b.從碾壓土工試驗結果統(tǒng)計表看出，碾壓6、8、10遍，干密度呈規(guī)律性變化，但從現場滲透系數來看，隨著碾壓遍數的增加，滲透系數沒有規(guī)律變化，綜合考慮施工中碾壓遍數為8遍;碾壓8遍的平均干密度為2.307g/cm3，高于設計干密度(≥2.118g/cm3)，孔隙率23%，次堆石料設計干密度不小于2.063g/cm3，孔隙率25%。碾壓遍數與干密度關系曲線見圖3。

c.碾壓后測得的滲透系數滿足設計技術要求。

d.從顆粒分析試驗看，碾壓后粒徑變小。

圖3 主堆料碾壓遍數與干密度關系曲線

e.隨著碾壓遍數增加，其累計沉降量增加，但增加的趨勢變小，其碾壓遍數與累計沉降量關系曲線見圖4。

圖4 主堆料碾壓遍數與累計沉降量關系曲線

8.2 過渡料

a.鋪料厚度為30cm、40cm、50cm;各項檢測指標均能滿足設計要求。

b.從碾壓土工試驗結果統(tǒng)計表分析，碾壓6、8、10遍，干密度隨著碾壓遍數增加而減小，孔隙率略有變化，但從現場滲透系數分析，隨著碾壓遍數的增加滲透系數有變小的趨勢;40cm碾壓8遍的平均干密度為2.364g/cm3，高于設計干密度 2.149g/cm3，孔隙率21%。碾壓遍數與干密度關系曲線見下頁圖5。

c.碾壓后測得的滲透系數滿足設計技術要求。

d.從顆粒分析試驗看，碾壓后粒徑變小。

e.隨著碾壓遍數增加其累計沉降量增加，但增加的趨勢變小，其碾壓遍數與累計沉降量關系曲線見下頁圖6。的趨勢變小，其碾壓遍數與累計沉降量關系曲線見圖8。

圖5 過渡料碾壓遍數與干密度關系曲線

圖6 碾壓遍數與累計沉降量關系曲線

8.3 墊層料

a.鋪料厚度分為30cm、40cm、50cm，從鋪料厚度上看碾壓相同遍數時，隨著厚度增加干密度減小，40cm厚度時能滿足設計要求。

b.從碾壓土工試驗結果統(tǒng)計表分析，碾壓6、8、10遍，干密度隨著碾壓遍數增加而增大，孔隙率沒有規(guī)律變化，但從現場滲透系數分析，隨著碾壓遍數的增加滲透系數沒有規(guī)律變化;碾壓8遍的平均干密度為2.43g/cm3，高于設計干密度2.230g/cm3，孔隙率不大于18%。碾壓遍數與干密度關系曲線見圖7。