王俊武，崔金良

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

0 引言

面板堆石壩是土石壩的主要壩型之一。自1895年美國54 m 高莫拉混凝土面板堆石壩建成以來，面板堆石壩的建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，其設(shè)計水平和筑壩技術(shù)都取得了顯著進步。 特別是近30 年來，大量高面板堆石壩的建設(shè)，充分體現(xiàn)了它在安全性、適用性和經(jīng)濟性等方面的巨大優(yōu)勢。 目前，面板堆石壩已成為世界上高壩建設(shè)的三大壩型之一。截至2011年，我國已建成壩高30 m 以上的混凝土面板堆石壩150 余座，其中100 m 以上的有40 余座[1]。 實踐證明，在堆石壩施工過程中，采取碾壓參數(shù)和干密度檢測、進行“雙控”，是確保大壩填筑工程質(zhì)量、避免后期不均勻沉降的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。 天然砂礫石具有壓實性能好、透水性強、填筑密度大、抗剪強度高、沉陷變形小、承載力高等工程特性，近年來被廣泛用作水電站混凝土面板堆石壩的主要填筑材料。 筆者結(jié)合青海大通河納子峽水電站混凝土面板堆石壩工程實際，對于砂礫石料填筑的碾壓參數(shù)進行了生產(chǎn)性試驗研究，確定了最優(yōu)碾壓參數(shù)（鋪料方式、行車速度、碾壓遍數(shù)及鋪料過程中的加水量等），以期為類似工程確定和優(yōu)化填筑施工工藝、探索層間填筑良好結(jié)合的最佳施工方法提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

納子峽水電站位于青海省東北部門源縣燕麥圖呼鄉(xiāng)和祁連縣皇城鄉(xiāng)的交界處，地處大通河上游末段。 工程規(guī)模為二等大（2）型，主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸放空泄洪洞、左岸引水發(fā)電洞、發(fā)電廠房、升壓站等。 水庫正常蓄水位EL3201.50 m，最大壩高121.5 m，總庫容7.33 億m3，總裝機容量87 MW。 該壩體自上游至下游分別為碎石土蓋重（1B）、上游壤土鋪蓋（1A）、面板（F）、墊層區(qū)（2A）、周邊縫處特殊墊層區(qū)（2B）、主堆砂礫料區(qū)（3B1）、主堆砂礫料區(qū)（3B2）、排水區(qū)（3F）以及下游壩面砌塊石護坡（3D）（圖1、圖2）。 壩體總填筑量為507 萬m3。

圖1 納子峽大壩橫剖面示意圖Fig.1 Nazixia dam cross section

圖2 趾1和2趾板周邊縫填料細部示意圖Fig.2 Toe 1～toe 2 toe board rim padding details

2 現(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗

2.1 試驗場地準備

根據(jù)大壩填筑的實際進度以及排水料、墊層料篩分進度，前期3B1、3B2、3F 區(qū)填料碾壓試驗場地擬選擇在大壩基坑下游側(cè)靠左岸排水棱體料填筑范圍內(nèi)，2A、2B、3F 區(qū)填料試驗場地擬選擇在3B2 料填筑范圍內(nèi)。 依據(jù)楊生棟、崔金良、董忠等文[3]中關(guān)于3B1、3B2 料特性的論證，砂礫料只取單組數(shù)據(jù)。

（1）碾壓試驗場地按大壩基礎(chǔ)面和岸坡基礎(chǔ)處理要求進行處理、驗收。

（2）先在地基上鋪一層試驗料，壓實到設(shè)計標(biāo)準，并滿足場地平整度及密實度要求（表面不平整度小于10 cm，密實度大于設(shè)計壩料干密度）。

（3）通過現(xiàn)場測量，劃分出24.9 m×70 m 的砂礫石料實驗場地。 在實驗場地中間，布置4 組試驗區(qū)，每組試驗區(qū)又分成3 個6.3 m×10 m 的試驗單元，每個單元布置成2 m×1.5 m 方格網(wǎng)，以測量壓實沉降量、壓實后的干密度、含水率及顆粒級配、相對密度、滲透系數(shù)，從而確定現(xiàn)有壓實機械達到設(shè)計填筑標(biāo)準的壓實參數(shù)，包括鋪料方式、鋪層厚度、碾壓遍數(shù)。 由于碾壓時產(chǎn)生側(cè)向擠壓，試驗區(qū)兩側(cè)垂直行車方向留出5 m 作為非試驗區(qū)。鋪料時，試驗區(qū)周邊分別向外擴3 m，并在場外布置運料道路。

（4）試驗場地配置1 臺15 t 灑水車待命，以滿足試驗過程中的用水需要。

2.2 試驗用料

試驗用料砂礫料（3B1）最大粒徑為400 mm，料徑小于5 mm 的顆粒含量占16%～28%，小于0.075 mm 的顆粒含量占2%～6%，級配連續(xù)，且在砂礫石料級配包絡(luò)曲線范圍之內(nèi)。

2.3 場次布置

碾壓試驗共4 場次，每1 場次12 個組合。碾壓試驗場次如表1 所示。 每場次碾壓試驗使鋪料含水率為5%或不灑水。試驗布置如圖3～圖6 所示，試驗區(qū)測點布置如圖7 所示。 圖中，b 為松鋪厚度、n 為碾壓遍數(shù)、s 為灑水量。

表1 現(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗場次表Table 1 Field productive rolling experiment schedule

圖3 墊層料（2A）試驗布置圖Fig.3 Bedding material (2A) experiment layout

圖4 特殊墊層料（2B）試驗布置圖Fig.4 Special bedding material (2B) experiment layout

圖5 砂礫石（3B1）料試驗布置圖Fig.5 Sand gravel material (3B1) experiment layout

圖6 排水料（3F）試驗布置圖Fig.6 Draining water material (3F) experiment layout

圖7 試驗測點布置圖Fig.7 Experiment measuring point layout

3B1 砂礫石料、排水棱體料碾壓試驗于2011 年8月25 日～8 月28 日進行，2A、2B、3F料碾壓試驗于2011 年9月20日～9月23日進行。

3 碾壓試驗結(jié)果分析

3.1 沉降試驗

通過測量表面預(yù)埋墊塊的沉降量 （如圖8 所示）可知：當(dāng)25 t 振動碾碾壓2 遍、4 遍、6 遍時，實驗區(qū)沉降量相對較大；但碾壓8 遍時，沉降量明顯變小，而碾壓10 遍時，沉降量雖繼續(xù)減小，不過，與碾壓8 遍時相差甚微。 這表明10 遍為最大可碾壓遍數(shù)。

表2 3B1砂礫石料現(xiàn)場碾壓實驗顆粒通過比例%Table 2 3B1 gravel sand field rolling experiment particles pass ratio (Unit: %)

3.2 顆粒分析試驗

3B1 砂礫石料現(xiàn)場碾壓實驗顆粒分析數(shù)據(jù)如表2 和圖9 所示。

圖8 試驗區(qū)沉降量（m）Fig.8 Experiment site settling volume (Unit: m)

表2 所列的粒分析試驗結(jié)果顯示：當(dāng)鋪層厚度為80 cm 或60 cm 時，不論加水與否，碾壓6 遍、8遍或10 遍時，直徑小于5mm 的顆粒含量均滿足16%～28%的設(shè)計要求，而直徑小于0.075 mm 的顆粒含量均不滿足2%～8%的設(shè)計要求。

圖9 3B1砂礫石料碾壓實驗顆粒級配分布曲線Fig.9 3B1 Gravel sand rolling experiment grain composition distribution curves

3.3 砂礫石料含水率試驗

3B1 砂礫石料碾壓含水率實驗數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 所列的試驗檢測數(shù)據(jù)表明：6 遍碾壓區(qū)干密度及相對密度不滿足設(shè)計指標(biāo)。 碾壓8 遍和10遍時，不論加水與否，其干密度及相對密度均滿足設(shè)計指標(biāo)。

3.4 試驗結(jié)果

綜合上述3 個實驗結(jié)果可知： 碾壓8 遍或10遍時，除直徑小于0.075mm 的顆粒含量不滿足設(shè)計要求外，其他各項參數(shù)均滿足設(shè)計要求。 所以，依據(jù)袁光裕提出的鋪層厚度、壓實遍數(shù)、最優(yōu)含水量和最大表干密度的關(guān)系曲線和非黏性土的不同鋪土厚度、相對密度與壓實遍數(shù)關(guān)系曲線[4]，綜合現(xiàn)場碾壓試驗結(jié)果（如表2 所示），并考慮到工程施工成本和工程施工進度因素，選定碾壓參數(shù)為8 遍、加水，具體如表4 所示。 依據(jù)施工規(guī)范[5]，冬季施工時，為達到設(shè)計要求的密實度要求，需減小鋪層厚度，增加碾壓遍數(shù)。 所以，冬季施工時，鋪層厚度定為60 cm，碾壓參數(shù)定為10 遍，不加水。

4 結(jié)語

通過青海大通河納子峽水電站混凝土面板堆石壩砂礫石料碾壓參數(shù)的試驗研究，可得出以下結(jié)論。

表3 3B1砂礫石料碾壓含水率實驗數(shù)據(jù)Table 3 3B1 gravel sand rolling moisture content experiment data

表4 砂礫石料填筑施工控制參數(shù)Table 4 Gravel sand filling construction control parameters

（1）為保證砂礫石料填筑達到理想的質(zhì)量效果，首先應(yīng)控制砂礫石料填筑最大粒徑，使之符合設(shè)計規(guī)定，并滿足級配優(yōu)良要求。

（2）根據(jù)試驗結(jié)果，并遵循便于施工的原則，本工程砂礫石料填筑鋪料厚度應(yīng)控制在80 cm 左右（冬季不超過60 cm），并采用25 t 汽車振動碾碾壓，行走速度小于3 km/h，碾壓遍數(shù)在8 遍以上（冬季不低于10 遍）。 周邊縫區(qū)鋪料厚度應(yīng)控制在40 cm 左右（冬季不超過60 cm），用18 t 汽車振動碾碾壓，碾壓遍數(shù)在8 遍以上，并保證壩面鋪料及碾壓后平整。

（3） 由于砂礫石料的碾壓壓實效果與其含水率有著密切關(guān)系，在碾壓前，應(yīng)給砂礫石料進行適當(dāng)加水（加水量體積比不少于5%，最好達到10%），以增加顆粒及石塊間的潤滑和黏結(jié)作用，提高砂礫石料的壓實效果。

（4）確定并采取了最優(yōu)碾壓參數(shù)，不但確保了工程質(zhì)量，而且保證了施工進度，降低了施工成本，為類似工程施工參數(shù)的選擇提供了有益借鑒。

[1] 李力. 混凝土面板堆石壩技術(shù)交流文集序//[C]陜西水力發(fā)電學(xué)會.混凝土面板堆石壩技術(shù)交流文集.2011：序1.

[2] 洪維元，劉敦高.面板堆石壩填筑干密度檢測探討[J].人民長江，2000,31（10）：21-23.

[3] 楊生棟,崔金良,董忠,等.納子峽砼面板砂礫石壩壩料特性試驗研究及工程應(yīng)用[J].水利水電施工,2012（3）：31-36.

[4] 袁光裕. 水利工程施工[M]. 北京: 中國水利水電出版社,2006:122-124.

[5] DL/T5128-2009.混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].