印尼Jatigede大壩碎石土心墻料拌制設備的改進及工藝創新

付 偉， 丁 顯 庚， 任 明 海

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

Jatigede大壩工程位于印尼West Java省Sumedang縣Jatigede區的Cimanuk河上游，水庫上游流域面積為1 414 km2，水庫表面積為35.93 km2，總庫容為10.628億m3，其主要功能為灌溉、供水和防洪，兼顧旅游、發電等綜合利用功能。Jatigede大壩區域每年5～10月為旱季，11月至次年4月為雨季，平均降雨量為2 407 mm，月平均最大降雨量在1月，達到371.2 mm，而7月和8月份的降雨量最小。

該大壩料分6個區域填筑，依次為碎石土心墻區、反濾料區、過渡料區、堆石料區、壩殼料填筑區、上下游拋石護坡料區。大壩總填筑量為635.4萬m3，其中碎石土心墻填筑量為103.2萬m3。

依據工程師批準的原材料質量控制及填筑質量參數要求，項目部結合工程現場填筑碾壓試驗結果確定了具體的質量控制參數。Jatigede大壩工程碎石土心墻填筑質量控制參數見表1。

表1 Jatigede大壩工程碎石土心墻填筑質量控制參數表

心墻碎石土料的含水量應控制在最優含水量的+3% ～ -2%范圍內；最小干密度的合格率不小于90%且不合格的最小干密度值不得小于最小設計干密度值的98%(1.392 g/cm3)[1，2]。

該碎石土心墻防滲料為黏土和碎石混合料，黏土與碎石的摻合重量比為7∶3；土料中的天然礫石最大粒徑不大于150 mm，人工摻礫石的粒徑為5～60 mm。

2 制備工藝

碎石土料的制備在土拌站進行，土拌站配置了2臺WBS-300C型穩定土拌合機，通過調配運輸皮帶的速率控制黏土與碎石的摻入重量比。

2.1 料源

黏土料直接從天然含水率滿足要求的土料場開采，碎石料從采石場爆破開采運至人工破碎加工系統進行生產[3]。

(1)黏土料。根據施工規劃就近選用土料場。土料采用分層取樣方式，現場進行天然含水量、密度試驗，其它試驗項目取土樣后送試驗室進行試驗，從土料場開采運輸合格的土料到土拌站直接卸入料倉或就近堆存，由3 m3裝載機轉運入倉。

(2)碎石料。碎石毛料從距大壩約8.2 km的JULANG山采石場爆破開采、挖運至人工破碎篩分系統，經破碎、篩分、沖洗加工后生產成粒徑為5～60 mm的碎石料，再運到土拌站。

2.2 土拌站的工作原理

WBS-300 C型穩定土拌和站供給系統主要有兩個立式料倉，配有螺旋給料機和電子秤。將黏土料和碎石料分別卸入土、石兩個料倉，經螺旋閥門、給料機、電子秤連續稱量后再用皮帶輸送到堆料區分層堆存合格的摻合料?？刂葡到y通過螺旋秤的信號反饋自動調整螺旋給料機電機的轉速以傳輸設定要求的給料量，保證兩種摻合料的實際摻入量滿足重量比要求[4]。

2.3 生產制備

剛開始拌制碎石土心墻料時，發現因設備缺陷和拌制工藝不當而造成拌制土料質量不達標的問題。對此，項目部施工管理人員及時根據現場實際情況、經反復多次改進土拌設備的關鍵部件并優化拌制工藝，獲得了理想的效果。

2.3.1 調配控制

土料與碎石料的摻量比一般為7∶3。但在實際配料時常因配料控制儀表顯示的稱量值與實際配料的稱量值存在較大的誤差，導致配料精度超出了允許范圍。分析其原因主要包括：快、慢速配料的設定不合適；進料流量波動大，導致過沖量變化大；材料的干、濕度變化大；允許偏差范圍設定值太大；超差檢查延遲時間設置太短；儀表參數自動補償與超差檢查設定不合理；數字濾波及配料的時間參數值設置不合理等。

為解決上述問題，項目部按以下措施進行了調整：初設過沖量盡可能與實際值接近；適當降低配料流量；保證材料的干、濕度均衡；將允許偏差值設為不超過配料精度范圍；將超差檢查延遲時間設置成大于2.5 s，將儀表參數自動補償與超差檢查設定為“1”；在配料時設置合適的參數等。

2.3.2 設備改造

在使用WBS-300型穩定土拌合設備實際拌制過程中，當土料和碎石經料倉進入攪拌缸攪拌時，常發生堵塞或悶缸，須停機由多人用專用工具捅敲處理，費時較長而嚴重影響施工效率，且因土料中含有部分天然礫石，當該礫石過大或過硬時導致攪拌臂彎曲或折斷、卡死、卡斷攪拌軸及卡死出料弧門，導致出料困難或停機的情況發生。

為徹底解決這些問題，經專業技術人員認真研究和反復多次進行現場試驗，從料倉和攪拌缸著手，采取了以下一系列改進措施，在保障拌合成品料質量的前提下，有效確保了土拌站的生產效率，提高了拌合料的生產量。

(1)料倉改造。原設備土料倉上未設置篩網，導致超徑礫石可以全部進入攪拌缸，是造成攪拌缸損壞和料倉弧門卡死的主要原因。改進措施：首先在土料倉頂部增設了水平過濾條篩、以篩除粒徑大于80 mm的土料和礫石。

由于保水需求采用挖掘機立式開挖且原狀土料的含水率均較高、黏性較強，導致其逐漸粘結在條篩上，減小了條篩的有效空隙，不僅降低了合格成品料的生產效率，也降低了土料的利用率；而部分土粒結塊嚴重，粒徑超過80 mm及粒徑大于80 mm的天然礫石不能順利清除到廢料堆，嚴重堵塞條篩而大大降低了生產效率。

針對這一情況，采用將條篩的內側墊高約50 cm的方式以形成斜面，增設彈簧和6對振動器使超徑土石料盡快滾出條篩、不再堵塞料倉入口，進而保障了條篩的工作效率；對于個別不能及時滾出條篩的土塊和礫石則由人工剔除，以確保土料生產的順利進行。

(2)攪拌缸的改進。雖然碎石土料能夠順利進入料倉攪拌缸，但其仍然會經常發生堵塞而從攪拌缸溢出(即“悶缸”)的現象。經認真研究分析發現：“悶缸”問題的出現主要是由含水量偏高的黏土形成。偏濕的黏土在通過攪拌缸時很容易粘貼在攪拌葉片上，而且越粘越多，越粘越緊，越粘越厚，最終堵塞了出料通道，導致“悶缸”的出現。

土料和碎石料在輸送皮帶上已經完成初步的混合，混合料在皮帶機機頭卸入料堆時已進行了第二次混合，經裝載機裝車運至填筑現場卸料和薄層攤鋪后又進行了第三次和第四次拌合；經多次混合后能夠充分保證混合料的均勻性，因此不再需要攪拌缸拌合。在經分析研究后果斷地拆除了攪拌缸，將配料輸送帶出來的混合料直接輸送至成品料堆。

無攪拌缸的土拌站運行非常順暢，使土料的生產能力大幅度提高。現場攤鋪碾壓試驗中的取樣試驗結果充分證明：采用該工藝流程生產的土石摻合成品料均勻性非常好，完全能夠滿足碎石土料的技術要求，取得了非常滿意的效果。

3 成果檢驗

改造后的拌合設備使碎石土料的生產能力和質量均有很大程度的提高，完全滿足設計及相關技術規范要求。

3.1 生產能力

土拌站按連續生產方式運行，可以充分利用大壩填筑間歇加緊生產并堆存于附近的成品料堆。為避免水分散失，料堆用篷布遮陽覆蓋。拌合設備改造前，每臺穩定土拌合站的實際生產能力約為100 t/h，改造后可提高到150 t/h左右。

土拌站的生產能力分別以旱/雨季按每月25/20 d、每d 20/8 h計算有效生產時間。以施工高峰年(2012年度)為例進行對比。Jatigede大壩工程2012年度每月拌合料生產與大壩填筑方量對比情況見表2。

表2 Jatigede大壩工程2012年度每月拌合料生產與大壩填筑方量對比表

由表2可知，碎石土拌和站有8個月的實際生產量大于當月大壩填筑量，另外4個月的實際生產量小于當月的大壩填筑量，但可以用以前數月的余料補充。當年碎石土拌和站全年的生產能力為61.7萬m3，遠大于當年碎石土心墻總填筑量55.1萬m3，能夠滿足大壩填筑的需要。

3.2 成品質量

該大壩填筑自2011年6月7日起至2014年7月6日結束，經土拌站拌制的碎石土混合料運到填筑現場后，均按照相關技術規范要求卸料、平整攤鋪、碾壓等工序施工。在每層每段碾壓完成后，由試驗室現場取樣試驗，待其滿足設計要求后方能進行下層的填筑[5]。

3.2.1 拌合土料密度試驗

根據相關技術規范要求的試驗項目和取樣頻率，共取密實度試塊2 481組進行試驗，其干密度值最大為1.59 g/cm3，最小為1.42g/cm3，平均值為1.451.42 g/cm3，滿足相關技術規范要求，合格率為100%；嚴格控制土樣的實際含水量在最優含水率+3%～-2%之間，滿足相關技術規范要求，合格率為100%。人工碎石心墻拌合土料現場密度統計情況見表3。

表3 人工碎石心墻拌合土料現場密度統計表

3.2.2 篩分試驗

拌合土料篩分試驗共進行了500組，其中篩分孔徑設置為60 mm，通過率為100%，碎石含量為30%～34.9%,平均值為31.2%，黏土含量為65.1%～70%，平均值為68.8%，碎石含量最小值為30%，滿足相關技術規范要求(最少碎石含量≥30%,合格率為100%)。

3.2.3 現場滲透試驗

拌合土料現場滲透試驗共進行了40組，所得到的最大滲透系數為4.35 ×10-6(cm/s)，小于1×10-5(cm/s) ，滿足相關技術規范要求，合格率為100%。人工碎石拌合土料現場滲透試驗統計情況見表4。

表4 人工碎石拌合土料現場滲透試驗統計表

3.2.4 液、塑限試驗

拌合土料液、塑限試驗共進行了64組，液限為79.9%～59.4%，平均值為71.62%，塑性指數為37.7%～24.6%，平均值為32.54%。塑性指數最小值為24，6%，液限指數最大值為79.9%，滿足相關規范塑性指數≥20%，液限<90%的要求，合格率為100%。

4 結 語

碎石土心墻堆石壩填筑工藝復雜，受降雨的不利影響極大，而碎石土心墻料中黏土與礫石的摻拌比例又最難準確控制。因此，在心墻料制備的整個過程中，必須提前制定規范合理的操作程序，以實際土料的不同特性需要選用合理高效的拌合設備，或對原有設備進行適當的改造，選用最適用的摻拌工藝，即可確保拌合成品料的產量和質量。印尼Jatigede大壩碎石土心墻料拌制設備的改進及工藝創新取得了成功，所取得的經驗值得類似工程借鑒。