浅谈老挝南湃水电站混凝土面板堆石坝坝料填筑碾压试验

姚朝洪

（中国水利水电第十工程局有限公司 四川成都 610072）

浅谈老挝南湃水电站混凝土面板堆石坝坝料填筑碾压试验

姚朝洪

（中国水利水电第十工程局有限公司 四川成都 610072）

对水电站坝体坝料实施碾压试验的目的，在于了解分析坝料的压实特性，从而采取满足填筑标准的压实方法，以达到工程的预期效果。本文则主要结合老挝南湃水电站的坝体填筑碾压试验进行了分析，以供同类工程借鉴。

水电站；混凝土面板堆石坝；坝料；碾压试验

1 引言

在水电站的大坝建设过程中，为了满足面板堆石坝大坝填筑的设计要求，确保工程的施工质量，需要在施工前按照相关规范对填筑坝料分类进行现场生产性碾压试验，以确保坝体坝料质量满足工程要求，从而保障工程整体性能。

2 混凝土面板堆石坝概述

混凝土面板堆石坝形式，通常是由三大部分组成，即混凝土防渗面板、防渗接地结构和堆石坝体，其具备的优点在于施工速度快、造价低且地形地质条件影响小。

堆石坝坝体的填筑质量控制，与混凝土面板质量之间有直接关系。在实际施工之前，应当通过碾压试验的方式，确定相适应的压实机具、压实方法、压实参数及其他处理措施，将碾压试验所得的指标与设计指标相比较，核实设计填筑标准的合理性。合理的碾压参数则是压实质量的根本保证，对于坝料类别多、性质差异大的面板堆石坝而言，通过现场碾压试验能够为施工提出经济、适宜的碾压参数，完善填筑的施工工艺和措施，保证坝体填筑的质量。

3 混凝土面板堆石坝坝料填筑碾压试验

老挝南湃水电站位于老挝万象省北部Phoun区，距万象249.5km。坝址位于湄公河的1级支流南俄河支流南湃河上游峡谷中，电站厂房位于南乐克河右岸山脚。整个枢纽由面板堆石坝、开敞式溢洪洞、电站进水口、引水隧洞、压力钢管、电站厂房等组成，总库容2.059亿m3。混凝土面板堆石坝坝顶长度为230.5m，坝顶高程1145.00m，最大坝高97m，坝体填筑总量约131万m3。

坝体分为上游铺盖区（1A）、盖重区（1B）、垫层区（2A）、特殊垫层区（2B）、过渡区（3A）、主堆石区（3B）、次堆石区（3C）、下游块石护坡（3D）及混凝土面板（F），详见图1。

图1 大坝标准剖面示意图

3.1 坝料碾压试验的目的

实施填筑碾压试验的主要目的，在于为施工选择更加经济合理、科学可靠的施工碾压相关参数，从而确定坝料填筑的压实质量控制指标，验证工程设计阶段所确定的压实标准等，确保碾压试验能够遵循逐渐收敛法的原则。

3.2 试验工艺流程

场地平整→测量放线→埋设钢板（高程测量）→坝料开采（料场选择）→坝料的装运摊铺（厚度测量控制）→压前的级配筛分→碾压（遍数振幅频率速度）→压后的级配筛分（测量压实厚度）→试坑描述、挖坑取样筛分、灌水→基础钢板测量→资料整理→下一工序。

3.3 碾压试验主要环节

对于铺料厚度的控制，以及沉降量的测量，都可以运用全站仪来配合三等水准进行测量控制，以确保其精度能够满足试验的要求。挖掘机采用立面开采方式，20t自卸汽车运输，垫层料（2A）、过渡料（3A）则采用后退法上料，主堆石区（3B）、次堆石区（3C）均采用的是进占法上料，320HP推土机平料。

使用的各种坝料碾压设备都为≥18t自行式振动碾，采用整轮错位进退法，在两碾轮之间搭接10cm。各种坝料密度的测定则采用的是灌水法，而坝料加水量则按照加水时问控制；加水量少时，采用水表控制。

3.4 试验内容

碾压试验应遵照《碾压式土石坝施工规范》（DL/T5129-2013）附录B的要求进行，碾压试验涉及的填筑料包括垫层料2A、特殊垫层料2B、过渡料3A、主堆石料3B、下游堆石料3C。垫层小区料的碾压试验应模拟斜坡部位的实际施工情况，应结合坝料碾压试验的最后一次成果，进行原位渗透系数、变形模量测试。

3.5 试验方法和基本要求

（1）碾压试验全部采用大坝施工时所拟采用的坝料、施工设备、施工方法、施工工序、施工工艺实地仿真。各填筑料建议压实参数见表1。

表1 各填筑料建议压实参数

（2）碾压试验组合方法宜采用淘汰法（又称逐步收敛法）。即每次只变动一种参数，固定其他参数，通过试验求出该参数的适宜值；再变动另一参数，用试验求得第二个参数的适宜值，依次类推。待各项参数选定后，用选定参数进行复核试验。

（3）碾压前后参数测定

①压实沉陷量测量，每一试验单元应布置方格网点，网点间排距不大于1.5m，并在填筑区外设置控制基桩。分别测量各网格测点在碾压前后的相对高程变化，从而计算出压实率（测尺精度1mm）；②密度测定，用试坑灌水法测定压实后的干密度；③颗粒级配，碾压前后均应进行颗粒级配分析，绘制级配曲线。

（4）原位渗透系数测试

①对垫层料（包括垫层小区）、过渡料、主堆石料、下游堆石料进行渗透性测试，试验次数至少各为3点；②试验方法可采用试坑注水法。

（5）原位变形模量测试

①对垫层料、过渡料、主堆石料、下游堆石料均需进行测试，试验次数至少各为3点；②试验方法采用承压板法。在一定面积的承压板上向坝料逐级施加荷载，观测坝料的压力与变形特性。它反映承压板下1.5～2.0倍承压板直径（或宽度）深度范围内坝料强度、变形的综合性状。

3.6 试验步骤

（1）整平场地，开挖试坑。试坑底面宽度不小于承压板直径的3倍。试验前应在试坑边取原始坝料土样2个。

（2）设备安装如图2～3所示，其次序应当满足如下要求：①安装承压板之前，应当整平试坑面，铺设约1cm厚的中砂垫层，用水平尺进行找平，将承压板和试验面平整接触；②在安放加荷千斤顶、载荷台架或者反力构架时，保持中心和承压板中心一致，调整反力构架以避免承压板的压力施加；③安装沉降观测装置，其固定点应设在不受变形影响的位置处。沉降观测点应对称设置。

图2 重物式装置示意图

图3 反力式装置示意图

（3）试验点应避免曝晒、雨淋，必要时设置工作棚。

（4）荷载一般按等量分级施加，并保持静力条件和沿承压板中心传递。垂直主应力按 lMPa、2MPa、3MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa施加，采用逐级一次循环法加压。

（5）稳定标准：通常采用的是相对稳定法，即每施加一级荷载，等到沉降速率相对稳定之后，再施加下一级荷载。

（6）应当按时、准确地观测沉降量，在每级荷载下，观测沉降时间间隔，采用的标准如下：从加荷开始，按照10min、10min、10min、15min、15min的时间间隔进行，而此后则每隔30～60min观测1次，直至1h沉降量控制在0.1mm以内为止。

（7）试验通常适用于在试验坝料难以达到破坏阶段终止的情况下。如果出现以下情况，则可以终止试验：①处于本级荷载下，沉降急剧增加，承压板周边会出现裂缝或隆起；②处于本级荷载下，持续24h沉降速率，且出现加速；③总沉降量超过了承压板直径的1/10；④在未达到极限荷载时，最大的压力应当达到预期设计压力的2.0倍，或超过第一拐点至少三级荷载。

（8）当卸载观测回弹时，每级卸载量可为加载增量的2倍，历时1h，每隔15min观测一次。荷载安全卸除后继续观测3h。

3.7 计算与制图

绘制p～S曲线，其比例尺一般按最终荷载与所对应的最大沉降量在图幅上之比以0.9：1.0～1.0：1.2为宜。p坐标单位为kPa，S坐标单位为mm。按下列公式计算变形模量：

式中：E0-试验土层的变形模量，kPa；p-施加的压力，kPa；S-对应于施加压力的沉降量，cm；d-承压板的直径，cm；μ-泊松比。

3.8 注意事项

（1）在填筑前，必须清除堆石区内的施工便道。

（2）混凝土建筑物、岸坡与主堆石区之间的接触带，应当回填过渡料，宽度一般控制为1～2m。

（3）坝体堆石区纵、横两个方向的接坡施工宜采用台阶收坡法，台阶宽度一般不小于1m。接坡部位分次填筑的高差应严格控制、不宜过大。作业空间有限时可以按稳定边坡的情形进行收坡施工，回填接坡铺料前应进行削坡处理，并严格控制碾压质量。

（4）填筑料卸车后应及时摊铺并使碾压面平整，铺料厚度的控制应贯穿施工过程，不能出现超厚或超薄的情况。

（5）大坝下游护坡宜采用机械设备进行整坡、堆码，或使用人工干砌，石块之间应嵌合牢固。护坡石料以大尺寸为宜，一般与大坝主体填筑同时施工。

4 试验结论分析

本次试验成果经工程检验应用效果良好，大坝填筑单元工程合格率100%，优良率达到91.5%。试验利用各料区碾压遍数、铺层厚度与孔隙率的关系确定了一套经济合理的最优施工碾压参数，并得出了一些对堆石料填筑施工十分有用的参考结论：

（1）垫层料、过渡料碾压遍数采用6遍，压实厚度45cm；主堆石、次堆石碾压遍数采用8遍，压实厚度90cm，碾重（20t）不易增加，综合试验结果，压实效果比较理想。

（2）垫层料、过渡料的级配要求较为严格，上、下包络线的区间很窄，料源的级配控制是工程质量的关键点，在施工中垫层料和过渡料一层铺平后同时骑缝碾压。垫层料要根据坝料的实际含水量进行适当调整，以免碾压后出现“弹簧土”等不良现象。

（3）堆石坝对筑坝石料的抗压强度要求不高，而对堆石料的级配有要求，IIIC次堆石和IIIB主堆石属同一料源，设计颗粒级配要求相同，采用同样的碾压施工参数值。料源和堆石粒径大小不同，孔隙率随碾压遍数、铺料厚度的增加量是不同的，在大坝填筑施工中要特别应重视堆石料的级配要求，注意控制取料及铺料的均匀。

5 结语

经过以上试验成果可证明设计的相关指标是合理的，满足相关施工要求，同时为筑坝后续施工提供了较为科学的施工控制参数。混凝土面板堆石坝的施工技术仍然处于不断发展的过程中，随着科技的进步，更多新设备、新材料、新工艺以及新技术都将逐渐应用于水利水电工程建设中，以促进基础建设的发展。

[1]郦能惠.高混凝土面板堆石坝设计新理念[J].中国工程科学，2011，13（3）：12～18.

[2]郝巨涛.高混凝土面板堆石坝面板水平向挤压破坏研究[J].水力发电，2011（3）：23～27.

[3]徐泽平.超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题[J].水力发电，2010，36（1）：51～53.

TV641.4

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1004-7344（2016）07-0120-02

2016-2-9

姚朝洪（1986-），男，助理工程师，大专，主要从事检验试验工作。