三峡库区中咀坡大坝筑坝材料碾压试验

韩晨伟，程祖锋，杨 柳

(1.河北工程大学 资源学院，河北邯郸056038;2.河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038)

近几十来年，新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高，同时筑坝材料试验研究的不断深入，极大地拓宽了堆石坝的用料范围和用料模式，为堆石坝更广泛地应用提供了有利条件，弥补了堆石坝长期存在的建设工期长、填筑强度低的不足。随着填筑施工工艺水平不断提高且筑坝材料关系到坝体本身的质量、安全度汛、工程总进度和投资效益，为此本工程采用现场试验，对坝体各种材料的级配、密度、渗透等施工参数进行碾压试验[1]。

1 工程概况

该水电站工程位于三峡库区长江北岸一级支流大宁河的巫山县境内。该混凝土面板堆石坝坝顶高程 549.0 m，最大坝高 112.0 m，坝顶长度219.0 m，坝顶宽度 8.0m，大坝面板厚度为0.3m～0.6m。坝体分为特殊垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区、灰岩出露区反滤层等填筑区。本次试验涉及到的主堆石区、过渡区、垫层区等主要填筑区初步设计参数见表1。

表1 主要填筑区的初步设计参数Tab.1 Main filling region of the preliminary design parameters

2 碾压试验

2.1 碾压试验的目的

⑴复核各填筑料设计参数的合理性;⑵确定最佳施工碾压实验参数及工艺，包括坝体不同区域铺料方式、铺料厚度、碾压遍数、碾压速度、加水量等。

2.2 碾压试验材料来源与用量

碾压试验材料源:母料均来自阮村料场灰岩，实测表观密度2.69 g/cm3、和吸水率0.186%、孔隙率0.50%、饱和抗压强度平均值72.6 MPa(大于 40 MPa)、软化系数0.75 ～0.90，均满足质量技术要求。因此，该料场采样均满足本工程用料试验指标要求。主、次堆石和过渡料采用阮村料场爆破后经过颗粒级配试验并满足级配设计要求的开挖料;垫层料由砂石料系统生产。

材料用量:堆石料3 000 m3，铺料厚度80 cm;过渡料1 500 m3，铺料厚度40 cm;垫层料1 000 m3，铺料厚度40 cm。

2.3 碾压试验程序及工艺

试验程序:场地平整压实→检查碾压机具工况→填筑铺料→初步检查铺料厚度→洒水→布置方格网测点→测量铺料厚度→振动碾压→测量压实沉降值→挖试坑取样检查(干密度)。

铺料:⑴主次堆石料采用进占法铺料，推土机平料，人工配合找平，洒水车按堆石体积比例加水。⑵过渡料采用后退法铺料，推土机平料，人工控制铺料厚度，铺料过程中注意剔除超径大石。⑶垫层料铺料方法采用后退法铺料，推土机平料，人工辅助平料。⑷主、次堆石料压实厚度为80 cm，过渡料压实厚度为40 cm，垫层料压实厚度为40 cm，铺料完毕后，根据场外控制测点，测量铺料厚度。

加水量:⑴主次堆石料一场分为2个实验单元，场地范围为36 m×50 m，有效铺料面积为28 m×40 m，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑵过渡料一场分为2个实验单元，有效铺料面积为560 m2，按10%、15%、20%、25%加水量控制加水。⑶垫层料一场分为1个试验单元，有效铺料面积为560 m2，按 3%、6%、9%加水量控制[2－4]。

3 实验结果

3.1 堆石料试验结果

⑴堆石料碾压试验结果汇总见表2;⑵堆石料碾压试验前后颗粒级配曲线见图1。

3.2 过渡料试验结果

⑴过渡料碾压试验结果汇总见表3;⑵过渡料碾压试验前后颗粒级配曲线见图2。

3.3 垫层料碾压试验结果

⑴垫层料碾压试验结果汇总表4;⑵垫层料碾压试验前后颗粒级配曲线见图3。

3.4 试验结果分析

⑴通过上述堆石料碾压前颗粒分析试验看，采用的爆破石料颗粒级配均在设计所要求的堆石料颗粒级配包络线范围内;从过渡料碾压前颗粒分析试验看，采用的爆破石料剔除大于30mm以上块石后，颗粒级配在包络线范围内;从垫层料碾压前颗粒分析试验看，砂石料系统加工生产的垫层料在包络线范围内，因此该次采用的碾压试验爆破料、加工料均满足设计要求。

⑵从现场堆石料碾压试验成果看，堆石料干密度和沉降率分析堆石料碾压6遍后干密度2.1 g/cm3～2.11 g/cm3，接近设计值，碾压 8 遍后干密度 2.19 g/cm3～2.2 g/cm3，孔隙率 18.4% ～18.5%，干密度大于设计值2.15 g/cm3，孔隙率小于设计值20%，干密度与孔隙率完全能满足设计要求，碾压10遍后干密度和沉降率与碾压8遍相比较都趋于稳定。试坑中粗颗粒咬合好细颗粒充填均较紧密，无架空现象。从试坑的透水性情况看，渗透系数最大值 5.7 cm/s，最小值 0.23 cm/s，总体试坑透水性能良好，能满足堆石料对渗透的要求。

⑶从过渡料碾压试验成果看，碾压6遍后，平均干容重小于设计要求，碾压8遍后，平均干容重为2.22 g/cm3，该指标大于设计所要求的2.18 g/cm3，孔隙率为17.0% ～17.9%，该指标小于设计所要求的18.0%，两项指标均满足设计要求，从碾压遍数与沉降率关系曲线可看出，碾压8遍至10遍后沉降率已趋于稳定，试坑中大小石料咬合充填均很紧密，无架空现象，压后级配良好略偏离设计级配包络线。从试坑的透水性情况看，渗透系数最大值 4.7 × 10－1cm/s，最小值 1.2 × 10－2cm/s，透水性能良好，能满足过渡料对渗透的要求。

表2 堆石料碾压试验检测结果Tab.2 The compaction test resuits of rockfill material

表3 过渡料碾压试验检测结果Tab.3 Transition material rolling test detection results

表4 垫层料碾压试验检测结果Tab.4 Cushion material rolling test results

⑷通过垫层料碾压前、后颗粒分析试验看，满足垫层料设计颗粒级配范围的要求，级配连续且良好。不同加水量的垫层料在碾压6遍后干密度为2.22 g/cm3～2.24 g/cm3，均大于设计要求的干密度 2.20 g/cm3，孔隙率 16.7% ～17.8%，满足设计要求18.0%，沉降率碾压8遍趋于稳定。从试坑的透水性情况看，渗透系数最大值9.5×10－4cm/s，最小值1.2 ×10－4cm/s，因是半透水结构，含水量随试验时间的推移有所变化，但均能满足渗透系数和孔隙率的要求[5－6]。

4 结论

对于主堆石料铺料80 cm、次堆石料铺料80 cm和过渡料铺料厚度40 cm，碾压8遍及以上即可达到设计压实要求;垫层料铺料厚度40 cm，碾压6遍能达到设计压实要求。因此，本次试验达到了预期的目标，更重要的是该工程填筑碾压合理参数为工程的顺利实施提供可靠的技术依据，同时试验结果对今后同类工程建设的借鉴也有十分重要的作用。

[1]陆佑楣.我国水电开发与可持续发展[J].水利水电，2005，31(2):1－4.

[2]吴磊，田北平.对无粘结预应力框架结构的施工力学分析[J].四川理工学院学报:自然科学版，2009，22(4):122－125.

[3]DL/T 5128－2009，混凝土面板堆石坝施工规范[S].

[4]DL/T 5129－2001，碾压式土石坝施工规范[S].

[5]MLTII·TJ02－2006，坝体填筑施工技术要求[S].

[6]SL237－1999，土工试验规程[S].

[7]王庆乐，周 彬.基于强度折减法对水电站坝头边坡稳定性分析[J].河北工程大学学报:自然科学版，2010，27(1):33－37.

[8]李利飞，谢方媛，许道军，等.动荷载作用下路基沉降规律试验研究[J].河北工程大学学报:自然科学版，2012，29(2):7－10.