吉勒布拉克面板堆石壩碾壓試驗

□豆云霞 □徐 超（中國水利水電第十一工程局有限公司）

吉勒布拉克面板堆石壩碾壓試驗

□豆云霞 □徐 超（中國水利水電第十一工程局有限公司）

碾壓是混凝土面板堆石壩控制施工質(zhì)量的關鍵工序,在進行大壩大規(guī)模填筑前必須進行碾壓試驗。吉勒布拉克面板堆石壩地處我國北方高寒地區(qū)，壩高140.60 m，為了研究大壩填筑料在不同加水量下的碾壓效果，確定經(jīng)濟合理的施工壓實參數(shù)；驗證并核實填筑料的碾壓施工參數(shù)、設計填筑質(zhì)量控制標準；檢驗所選用的碾壓機械的適應性和可靠性等，在壩體填筑前對幾種筑壩材料進行了現(xiàn)場碾壓試驗。

吉勒布拉克；面板堆石壩；填筑料；碾壓試驗

1 工程概況

吉勒布拉克水電站工程位于新疆阿勒泰地區(qū)哈巴河縣境內(nèi)的哈巴河上，該工程由大壩、泄洪、引水建筑物及地面廠房等主要建筑物組成。大壩為混凝土面板堆石壩。壩頂高程756.30 m，防浪墻頂高程757.50 m，壩頂寬度為8.00 m，壩長473.50 m，最大壩高146.30 m，上游壩坡1:1.50，下游馬道間邊坡1:1.30，壩體填筑料分區(qū)填筑。混凝土面板堆石壩壩體各區(qū)壓實質(zhì)量的好壞是控制沉降變形、壩體穩(wěn)定和防止面板裂縫的關鍵。因此，在壩體填筑前，模擬現(xiàn)場實際施工情況，對幾種筑壩材料進行了現(xiàn)場碾壓試驗。

2 大壩各分區(qū)設計要求及堆石料室內(nèi)試驗

大壩主堆石料采用該工程P4料場爆破石料，巖性為斜長花崗巖；墊層料和特殊墊層料選自C4-1料場，巖性為第三系風化石英砂礫料；過渡料采用C2料場沖積砂卵礫石；次堆石料為爆破料及開挖石渣料。

3 碾壓試驗目的

研究各種壩料不同加水量的碾壓效果，確定經(jīng)濟合理的施工壓實參數(shù)，包括不同填筑材料的鋪料方式、鋪料厚度、碾壓機具（振動碾型號、重量）、碾壓遍數(shù)、行走速度、加水方式和加水量等;驗證與核實設計填筑料的碾壓施工參數(shù)、設計填筑質(zhì)量控制標準；研究和完善填筑施工工藝和措施，制定填筑施工實施細則。

4 試驗過程及方法

4.1 試驗料源

對大壩墊層料、墊層小區(qū)料、過渡料、主堆石料和次堆石料進行現(xiàn)場填筑碾壓試驗。壩料均從指定料場經(jīng)級配試驗檢測，滿足設計級配要求后采取。

4.2 試驗場地布置

根據(jù)吉勒布拉克工地現(xiàn)場情況，碾壓試驗場地統(tǒng)一安排在2#利用料場，場地先用推土機進行整平，局部人工精平，振動碾碾壓8～12遍，按沉降觀測方格網(wǎng)(2 m×2 m)進行高程測量，整體高程起伏差≤10 cm，且基底沉降已穩(wěn)定。墊層料、過渡料每個試驗單元尺寸為6 m×8 m，試驗場地尺寸均為30 m×30 m；主堆石料和次堆石料每個試驗單元尺寸為10 m×15 m，試驗場地尺寸為35 m×48 m。

4.3 試驗設備的選型

吉勒布拉克面板堆石壩墊層料和過渡料采用YZ18JC型18t自行式振動碾；主堆石料和次堆石料采用YZ26C型26t自行式振動碾；墊層小區(qū)料采用C80型液壓平板振動夯（配挖掘機用）。

4.4 碾壓試驗技術要求

吉勒布拉克面板堆石壩現(xiàn)場碾壓試驗的技術要求見表1。

表1 碾壓試驗技術要求表

4.5 碾壓試驗過程

4.5.1 碾壓試驗程序

碾壓試驗程序為：基底準備→試料裝運→鋪料平料→碾前級配試驗→虛鋪層厚測量→振碾、沉降測量→干密度、級配試驗。

4.5.2 試驗過程

試料裝運、攤鋪：采用1.60 m3反鏟裝15t自卸汽車運輸，進占法鋪料，鋪填層厚由測量人員進行監(jiān)控。

4.5.2.1 層厚與沉降量測量

場地內(nèi)灑灰線布置2 m×2 m的方格，每個交點為沉降觀測點，并保證每次測量點位置不變。虛鋪層厚測量在試料攤鋪完成后進行，沉降量測量在每重振碾壓2遍后測量1次。

4.5.2.2 加水

按攤鋪過程中加水70%，攤鋪完成后進行剩余30%的加水，采用灑水車配合水管加水，根據(jù)碾壓試驗技術要求按試料層體積確定加水量。

4.5.2.3 碾壓

振動碾在碾壓試驗區(qū)范圍外起振，在專人指揮下進行碾壓，碾壓條帶之間采用搭接法碾壓，搭接寬度10～20 cm。振動碾行駛平直、穩(wěn)定，采用高振幅，行車速度控制在2～3 km/h之間。

4.5.2.4 密度檢測、級配分析和滲透試驗

試驗均按《土工試驗規(guī)程》SL237-1999和《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》DL/T5128-2009進行。除墊層小區(qū)料采用灌砂法試驗外，其它壩料均采用挖坑灌水法檢測，每個試驗單元布置2個試坑，以2個試坑的平均值為該試驗單元的干密度值。級配分析采用篩析法，分別檢測碾壓前后的顆粒級配。滲透試驗根據(jù)設計要求，在每個試驗單元采用雙環(huán)試坑注水法進行。

5 碾壓試驗成果分析

吉勒布拉克面板堆石壩碾壓試驗填筑料料源、壓實機械以及施工作業(yè)各環(huán)節(jié)，均模擬現(xiàn)場實際施工情況進行，共進行了5種壩料7場（42個試驗單元）碾壓試驗，試驗成果及分析如下：

5.1 干密度、碾壓遍數(shù)與加水量之間的關系

5.1.1 主堆石料

由試驗數(shù)據(jù)表明：加水后的干密度比不加水的干密度有所增加，不加水碾壓6遍干密度值未達到控制干密度值，加水10%碾壓6遍干密度值基本滿足控制干密度的要求，但平行取樣的其中一組數(shù)據(jù)低于控制干密度2.16 g/cm3；碾壓8遍的干密度完全能夠滿足控制干密度的要求，碾壓10遍比碾壓8遍的干密度值略有增加。

5.1.2 墊層料

由試驗數(shù)據(jù)可以看出：碾壓遍數(shù)相同時，干密度隨加水量的增加而略有增加；加水量相同時，干密度隨碾壓遍數(shù)的增加呈遞增趨勢。能夠滿足設計要求的試驗單元有：碾壓8遍，加水5%；碾壓8遍，加水10%；壓6遍，加水10%。

5.1.3 過渡料

由試驗數(shù)據(jù)可以看出，加水量相同時，干密度隨碾壓遍數(shù)的增加呈遞增趨勢，碾壓8遍后的干密度已滿足設計指標，且碾壓10遍后增加量已經(jīng)很小；碾壓遍數(shù)相同時，加水10%的干密度比不加水的干密度有所提高。

5.1.4 墊層小區(qū)料

由試驗數(shù)據(jù)可以看出，加水5%采用液壓夯板壓實10s的干密度滿足設計指標。

5.1.5 次堆石料

由試驗數(shù)據(jù)表明：碾壓遍數(shù)相同時，干密度隨層厚的增加呈遞減趨勢。層厚為80 cm時，碾壓6遍的干密度值未達到控制干密度值；碾壓8遍的干密度完全能夠滿足控制干密度的要求，碾壓10遍比碾壓8遍的干密度值略有增加。層厚為100cm時，碾壓6遍和碾壓8遍的干密度值均未達到控制干密度值；不加水碾壓10遍的干密度未達到控制干密度的要求，加水10%的平行取樣中均有一組數(shù)據(jù)低于控制干密度2.17 g/cm3；層厚為120 cm時，碾壓6、8、10遍的干密度值均未達到控制干密度值。

5.2 沉降測量結果

通過沉降測量結果表明：碾壓遍數(shù)與沉降量的關系是正相關的，加水量相同時，沉降量隨碾壓遍數(shù)的增加呈遞增趨勢，同時各種筑壩材料隨著碾壓遍數(shù)的增加，而沉降量的增加幅度逐漸減緩。各壩料碾壓8～10遍之后，沉降已基本穩(wěn)定。

5.3 顆粒級配分析試驗結果

墊層料、過渡料和墊層小區(qū)料采用天然骨料，碾壓前后顆粒級配變化不大，且均滿足設計級配要求。主堆石料在不加水情況下碾壓前后顆粒級配變化不大，但加水碾壓后顆粒級配稍有變化，主要表現(xiàn)為100 mm以上的顆粒有所減少，100 mm以下的顆粒有一定增加。

5.4 滲透系數(shù)試驗結果

滲透系數(shù)試驗采用雙環(huán)試坑注水法進行，碾壓后的墊層料滲透系數(shù)在10-3～10-4cm/s之間，主堆石料碾壓后的滲透系數(shù)＞10-2cm/s，達到設計孔隙率或相對密度后，經(jīng)檢測滲透系數(shù)均滿足設計要求。

6 結語

根據(jù)填筑碾壓試驗確定的大壩填筑壓實參數(shù)見表2。

表2 大壩填筑料壓實參數(shù)表

施工過程中，應嚴格控制各種壩料的級配，試驗料的級配曲線在設計包絡線內(nèi)連續(xù),屬良好級配,故碾壓效果較好。鋪料厚度相同時，干密度隨壓實遍數(shù)的增加而增大，碾壓8～10遍后的干密度變化已不大。填筑料總沉降量也隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，各種筑壩材料均具有隨著碾壓遍數(shù)的增加而沉降量的增加幅度逐漸減緩的特點。堆石料加水可使巖塊表面潤滑、軟化,從而減少顆粒間相對位移時的摩阻力和增加咬合力而利于壓實，同時在振動的作用下適量加水,對提高大壩堆石體壓實密度、減少壩體運行期沉降量是有利的。根據(jù)試驗結果，不加水情況下碾壓8遍也可以滿足設計要求的孔隙率，且沉降已基本趨于穩(wěn)定，考慮到工程所在地為嚴寒地區(qū)，因此在冬季施工時堆石料采用不加水填筑施工。

（責任編輯：劉 青）

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2016-08-08