淺談老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

姚朝洪

（中國水利水電第十工程局有限公司 四川成都 610072）

淺談老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

姚朝洪

（中國水利水電第十工程局有限公司 四川成都 610072）

對水電站壩體壩料實施碾壓試驗的目的，在于了解分析壩料的壓實特性，從而采取滿足填筑標準的壓實方法，以達到工程的預期效果。本文則主要結合老撾南湃水電站的壩體填筑碾壓試驗進行了分析，以供同類工程借鑒。

水電站；混凝土面板堆石壩；壩料；碾壓試驗

1 引言

在水電站的大壩建設過程中，為了滿足面板堆石壩大壩填筑的設計要求，確保工程的施工質量，需要在施工前按照相關規范對填筑壩料分類進行現場生產性碾壓試驗，以確保壩體壩料質量滿足工程要求，從而保障工程整體性能。

2 混凝土面板堆石壩概述

混凝土面板堆石壩形式，通常是由三大部分組成，即混凝土防滲面板、防滲接地結構和堆石壩體，其具備的優點在于施工速度快、造價低且地形地質條件影響小。

堆石壩壩體的填筑質量控制，與混凝土面板質量之間有直接關系。在實際施工之前，應當通過碾壓試驗的方式，確定相適應的壓實機具、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。合理的碾壓參數則是壓實質量的根本保證，對于壩料類別多、性質差異大的面板堆石壩而言，通過現場碾壓試驗能夠為施工提出經濟、適宜的碾壓參數，完善填筑的施工工藝和措施，保證壩體填筑的質量。

3 混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗

老撾南湃水電站位于老撾萬象省北部Phoun區，距萬象249.5km。壩址位于湄公河的1級支流南俄河支流南湃河上游峽谷中，電站廠房位于南樂克河右岸山腳。整個樞紐由面板堆石壩、開敞式溢洪洞、電站進水口、引水隧洞、壓力鋼管、電站廠房等組成，總庫容2.059億m3。混凝土面板堆石壩壩頂長度為230.5m，壩頂高程1145.00m，最大壩高97m，壩體填筑總量約131萬m3。

壩體分為上游鋪蓋區（1A）、蓋重區（1B）、墊層區（2A）、特殊墊層區（2B）、過渡區（3A）、主堆石區（3B）、次堆石區（3C）、下游塊石護坡（3D）及混凝土面板（F），詳見圖1。

圖1 大壩標準剖面示意圖

3.1 壩料碾壓試驗的目的

實施填筑碾壓試驗的主要目的，在于為施工選擇更加經濟合理、科學可靠的施工碾壓相關參數，從而確定壩料填筑的壓實質量控制指標，驗證工程設計階段所確定的壓實標準等，確保碾壓試驗能夠遵循逐漸收斂法的原則。

3.2 試驗工藝流程

場地平整→測量放線→埋設鋼板（高程測量）→壩料開采（料場選擇）→壩料的裝運攤鋪（厚度測量控制）→壓前的級配篩分→碾壓（遍數振幅頻率速度）→壓后的級配篩分（測量壓實厚度）→試坑描述、挖坑取樣篩分、灌水→基礎鋼板測量→資料整理→下一工序。

3.3 碾壓試驗主要環節

對于鋪料厚度的控制，以及沉降量的測量，都可以運用全站儀來配合三等水準進行測量控制，以確保其精度能夠滿足試驗的要求。挖掘機采用立面開采方式，20t自卸汽車運輸，墊層料（2A）、過渡料（3A）則采用后退法上料，主堆石區（3B）、次堆石區（3C）均采用的是進占法上料，320HP推土機平料。

使用的各種壩料碾壓設備都為≥18t自行式振動碾，采用整輪錯位進退法，在兩碾輪之間搭接10cm。各種壩料密度的測定則采用的是灌水法，而壩料加水量則按照加水時問控制；加水量少時，采用水表控制。

3.4 試驗內容

碾壓試驗應遵照《碾壓式土石壩施工規范》（DL/T5129-2013）附錄B的要求進行，碾壓試驗涉及的填筑料包括墊層料2A、特殊墊層料2B、過渡料3A、主堆石料3B、下游堆石料3C。墊層小區料的碾壓試驗應模擬斜坡部位的實際施工情況，應結合壩料碾壓試驗的最后一次成果，進行原位滲透系數、變形模量測試。

3.5 試驗方法和基本要求

（1）碾壓試驗全部采用大壩施工時所擬采用的壩料、施工設備、施工方法、施工工序、施工工藝實地仿真。各填筑料建議壓實參數見表1。

表1 各填筑料建議壓實參數

（2）碾壓試驗組合方法宜采用淘汰法（又稱逐步收斂法）。即每次只變動一種參數，固定其他參數，通過試驗求出該參數的適宜值；再變動另一參數，用試驗求得第二個參數的適宜值，依次類推。待各項參數選定后，用選定參數進行復核試驗。

（3）碾壓前后參數測定

①壓實沉陷量測量，每一試驗單元應布置方格網點，網點間排距不大于1.5m，并在填筑區外設置控制基樁。分別測量各網格測點在碾壓前后的相對高程變化，從而計算出壓實率（測尺精度1mm）；②密度測定，用試坑灌水法測定壓實后的干密度；③顆粒級配，碾壓前后均應進行顆粒級配分析，繪制級配曲線。

（4）原位滲透系數測試

①對墊層料（包括墊層小區）、過渡料、主堆石料、下游堆石料進行滲透性測試，試驗次數至少各為3點；②試驗方法可采用試坑注水法。

（5）原位變形模量測試

①對墊層料、過渡料、主堆石料、下游堆石料均需進行測試，試驗次數至少各為3點；②試驗方法采用承壓板法。在一定面積的承壓板上向壩料逐級施加荷載，觀測壩料的壓力與變形特性。它反映承壓板下1.5～2.0倍承壓板直徑（或寬度）深度范圍內壩料強度、變形的綜合性狀。

3.6 試驗步驟

（1）整平場地，開挖試坑。試坑底面寬度不小于承壓板直徑的3倍。試驗前應在試坑邊取原始壩料土樣2個。

（2）設備安裝如圖2～3所示，其次序應當滿足如下要求：①安裝承壓板之前，應當整平試坑面，鋪設約1cm厚的中砂墊層，用水平尺進行找平，將承壓板和試驗面平整接觸；②在安放加荷千斤頂、載荷臺架或者反力構架時，保持中心和承壓板中心一致，調整反力構架以避免承壓板的壓力施加；③安裝沉降觀測裝置，其固定點應設在不受變形影響的位置處。沉降觀測點應對稱設置。

圖2 重物式裝置示意圖

圖3 反力式裝置示意圖

（3）試驗點應避免曝曬、雨淋，必要時設置工作棚。

（4）荷載一般按等量分級施加，并保持靜力條件和沿承壓板中心傳遞。垂直主應力按 lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa施加，采用逐級一次循環法加壓。

（5）穩定標準：通常采用的是相對穩定法，即每施加一級荷載，等到沉降速率相對穩定之后，再施加下一級荷載。

（6）應當按時、準確地觀測沉降量，在每級荷載下，觀測沉降時間間隔，采用的標準如下：從加荷開始，按照10min、10min、10min、15min、15min的時間間隔進行，而此后則每隔30～60min觀測1次，直至1h沉降量控制在0.1mm以內為止。

（7）試驗通常適用于在試驗壩料難以達到破壞階段終止的情況下。如果出現以下情況，則可以終止試驗：①處于本級荷載下，沉降急劇增加，承壓板周邊會出現裂縫或隆起；②處于本級荷載下，持續24h沉降速率，且出現加速；③總沉降量超過了承壓板直徑的1/10；④在未達到極限荷載時，最大的壓力應當達到預期設計壓力的2.0倍，或超過第一拐點至少三級荷載。

（8）當卸載觀測回彈時，每級卸載量可為加載增量的2倍，歷時1h，每隔15min觀測一次。荷載安全卸除后繼續觀測3h。

3.7 計算與制圖

繪制p～S曲線，其比例尺一般按最終荷載與所對應的最大沉降量在圖幅上之比以0.9：1.0～1.0：1.2為宜。p坐標單位為kPa，S坐標單位為mm。按下列公式計算變形模量：

式中：E0-試驗土層的變形模量，kPa；p-施加的壓力，kPa；S-對應于施加壓力的沉降量，cm；d-承壓板的直徑，cm；μ-泊松比。

3.8 注意事項

（1）在填筑前，必須清除堆石區內的施工便道。

（2）混凝土建筑物、岸坡與主堆石區之間的接觸帶，應當回填過渡料，寬度一般控制為1～2m。

（3）壩體堆石區縱、橫兩個方向的接坡施工宜采用臺階收坡法，臺階寬度一般不小于1m。接坡部位分次填筑的高差應嚴格控制、不宜過大。作業空間有限時可以按穩定邊坡的情形進行收坡施工，回填接坡鋪料前應進行削坡處理，并嚴格控制碾壓質量。

（4）填筑料卸車后應及時攤鋪并使碾壓面平整，鋪料厚度的控制應貫穿施工過程，不能出現超厚或超薄的情況。

（5）大壩下游護坡宜采用機械設備進行整坡、堆碼，或使用人工干砌，石塊之間應嵌合牢固。護坡石料以大尺寸為宜，一般與大壩主體填筑同時施工。

4 試驗結論分析

本次試驗成果經工程檢驗應用效果良好，大壩填筑單元工程合格率100%，優良率達到91.5%。試驗利用各料區碾壓遍數、鋪層厚度與孔隙率的關系確定了一套經濟合理的最優施工碾壓參數，并得出了一些對堆石料填筑施工十分有用的參考結論：

（1）墊層料、過渡料碾壓遍數采用6遍，壓實厚度45cm；主堆石、次堆石碾壓遍數采用8遍，壓實厚度90cm，碾重（20t）不易增加，綜合試驗結果，壓實效果比較理想。

（2）墊層料、過渡料的級配要求較為嚴格，上、下包絡線的區間很窄，料源的級配控制是工程質量的關鍵點，在施工中墊層料和過渡料一層鋪平后同時騎縫碾壓。墊層料要根據壩料的實際含水量進行適當調整，以免碾壓后出現“彈簧土”等不良現象。

（3）堆石壩對筑壩石料的抗壓強度要求不高，而對堆石料的級配有要求，IIIC次堆石和IIIB主堆石屬同一料源，設計顆粒級配要求相同，采用同樣的碾壓施工參數值。料源和堆石粒徑大小不同，孔隙率隨碾壓遍數、鋪料厚度的增加量是不同的，在大壩填筑施工中要特別應重視堆石料的級配要求，注意控制取料及鋪料的均勻。

5 結語

經過以上試驗成果可證明設計的相關指標是合理的，滿足相關施工要求，同時為筑壩后續施工提供了較為科學的施工控制參數。混凝土面板堆石壩的施工技術仍然處于不斷發展的過程中，隨著科技的進步，更多新設備、新材料、新工藝以及新技術都將逐漸應用于水利水電工程建設中，以促進基礎建設的發展。

[1]酈能惠.高混凝土面板堆石壩設計新理念[J].中國工程科學，2011，13（3）：12～18.

[2]郝巨濤.高混凝土面板堆石壩面板水平向擠壓破壞研究[J].水力發電，2011（3）：23～27.

[3]徐澤平.超高混凝土面板堆石壩建設中的關鍵技術問題[J].水力發電，2010，36（1）：51～53.

TV641.4

A

1004-7344（2016）07-0120-02

2016-2-9

姚朝洪（1986-），男，助理工程師，大專，主要從事檢驗試驗工作。