面板堆石坝坝料冬季低温填筑参数的试验研究

朱显鸽+赵琦

摘 要：针对神树蓄能水电站混凝土面板堆石坝冬季低温施工问题，采用逐步收敛法分别对坝体主堆石区、次堆石区、过渡区和垫层区材料进行了碾压试驗，测定了颗粒级配、压实厚度、渗透系数等参数，经过对试验结果的整理和分析，最终选定各料区冬季低温季节施工最佳参数为：各区坝料都不加水，振动碾压8遍，虚铺厚度主堆石区为90cm，过渡料区为50cm，垫层料区50cm，砂砾石区虚铺厚度为90cm。

关键词：混凝土面板堆石坝；冬季低温；碾压试验；填筑参数

中图分类号：TV641.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0169-02

引言

神树蓄能（原杂木寺二级）水电站面板堆石坝工程由于地处高寒地区，冬季时间比较漫长，根据工期要求冬季必须施工[1]，因此必须解决冬季施工问题，要确保面板堆石坝在冬季低温环境中的施工质量，根据《DL/T5128-2009混凝土面板堆石坝施工规范》要求，负温下施工时，各种坝料内不应有冻块存在，在负温下填筑不能加水时，应减薄铺料厚度，增加碾压遍数，达到设计要求的碾压标准。因此，本工程对各种坝料进行了不加水时的碾压试验，从而确定坝体在冬季低温环境中的最优施工参数。

1 工程概况

神树蓄能（原杂木寺二级）水电站是杂木河干流毛藏寺～渠首河段的第一梯级。据武威地面气象站资料，多年平均气温7.9℃，多年平均最高气温15.3℃，多年平均最低气温1.0℃，历年极端最高气温 40.8℃，极端最低气温-32.0℃；最大积雪深度为9.0cm，最大冻土厚度141.0cm。

电站挡水大坝为混凝土面板堆石坝，大坝上游坝坡及下游坝坡坡度均为1：1.45，坝体上游侧设水平宽度为3.0m的垫层料（2A）和水平宽度为3.0m过渡料（3A），其后为主堆石区（3B）和次堆石区（3D）。坝前砼面板采用C30砼（F），面板底部最大厚度为55cm，顶部最大厚度为30cm；在面板上游侧2617.0m高程以下设置上游铺盖，后坝坡采用干砌块石护坡（3D），坝体底部最大宽度为243.26m，坝体总填筑量包括上游覆盖区，共计121万m3。

2 试验方案

2.1 设计技术指标

本次试验根据坝体分区技术指标和选用的机械，分别进行了坝体主堆石区、次堆石区、过渡区和垫层区的碾压试验，各个部位的填筑标准见表1，分别对不同区域的铺料方式、铺料厚度、振动碾型号及重量、碾压遍数、行车速度、压实厚度、碾压前后颗粒级配分析、干密度、渗透系数提出试验成果，最终确定最优碾压参数。

2.2 试验场地的选取与布置

大坝从上游至下游依次布置砂砾石区、垫层区、过渡区、堆石区，碾压试验区总面积约为30m×28m，按照不同的铺层厚度和碾压遍数来布置每个试验单元，每个试验单元为10m×6m。每一铺层厚度布置、试验三种碾压遍数，每个试验单元中布置2m×1.5m的方格网，用来测量压实沉降量。

2.3 碾压参数初步拟定

大坝碾压试验参数初拟定为：（1）铺层厚度：主堆石区取80cm、100cm；过渡区取40cm、50cm；垫层区取30cm、40cm。（2）碾压遍数：取6、8、10遍。（3）振动碾配置：主堆石、次堆石、砂砾石料采用26t自行式振动碾；过渡料及垫层料区选择22t自行式振动碾。碾压机械采用XS261型压路机进行振动碾压，碾压顺序从边侧向中间进退错距碾压，先静压一遍压下凸起块石，后振碾进行碾压，横向接头轮迹重叠不小于40cm。做到无漏压、无死角、压实均匀。振动压路机运行速度2km/h。（4）加水量：冬季加水量取0%，及不加水。

2.4 试验检测方法

在各试验区振动碾压6遍、8遍、10遍后分别取样测定压实干密度，渗透系数及颗粒级配，各试验单元压实密度均以2个试样的平均值为试验值。

现场干密度检测，采用挖坑灌水法。垫层料试坑直径不小于最大粒径的4倍，过渡料试坑直径为最大粒径的3～4倍，堆石料试坑直径为坝料最大粒径的2～3倍，最大不超过2.0m，试坑深度为碾压层厚。

现场渗透试样参照《土工试验规程》（SL237-1999）的原位渗透试验方法进行。渗透环为套环法，套环内径29.4cm，高30cm。试验时将套环嵌入试体15～20cm，用湿粘土将环下口外侧密封，防止水流向环外。加水后测记渗透速度，当渗透稳定后，在1小时内测记渗入量5～6次，计算平均渗透系数。

含水量检测，采用烘干法称取规定数量进行。

颗粒级配从料源地和试坑中分别取出碾压前后的试样，60mm以上的颗粒用钢尺量记其代表粒径，小于60mm的用细颗粒经四分法取样进行室内筛分，最终计算全试样级配组成。

碾压完毕后，根据填筑前的基底标高测量、整平后的标高测量和压实完毕后的标高测量，计算碾压前、后各网格测点的相对高程，从而计算出每一次试验单元的平均沉降值。

3 试验检测成果及分析

试验坝壳堆石料的填筑，以控制压实参数为主，并按规定取样测定干密度和级配作为记录。每层按规定参数压实后，即可继续铺料填筑。对测定的干密度和压实参数进行统计分析，确定坝体施工参数。

3.1 干密度、渗透系数测试成果及分析

经测试：主堆石区的铺土厚度为虚铺90cm、过渡区的铺土厚度为虚铺50cm、垫层料区的铺土厚度为虚铺50cm、砂砾石区的铺土厚度为虚铺90cm时各项测试指标全部合格。碾压6遍后，干密度有少数达不到设计要求、渗透系数均能满足设计要求，碾压8遍后，干密度增加达到设计要求，渗透系数基本随干密度的增加而减小，但相关关系不明显。碾压10遍后，可能由于振动碾强烈激振力的影响，填筑体出现过压扰动，干密度普遍减小，个别甚至达不到指标要求，渗透系数均能满足设计要求，继续碾压已无必要。endprint

3.2 铺层厚度、碾压遍数与干密度关系

依据干密度测试结果，得到各区填筑料不同铺土厚度状态下碾压遍数与干密度关系曲线，其中主堆石区碾压遍数与干密度关系曲线，如图1所示。

从试验结果曲线来看，碾压6遍后，干密度随着碾压遍数的增多而增大，但碾压遍数超过8遍后，填筑料的干密度没有增加，反而呈现出减少趋势，因此继续碾压已无必要。

3.3 颗粒级配分析

主堆石区填筑料碾压前与分别碾压6遍、8遍、10遍后的颗粒级配曲线如图2所示。

各区填筑料碾压前后的颗粒筛分结果和相应颗粒级配曲线试验结果显示：填料在振动碾激振力作用下，不仅岩块间产生相对位移，填筑体表层及内部也将产生不同程度的挤压破碎，细粒含量普遍增加较多。砂砾石填料在经过碾压后填料曲线没有明显变化。

3.4 碾压遍数与沉降量的关系

由于面板堆石坝的受力主体是堆石料，其沉降变形直接决定坝体的变形，因此本次试验通过合理选择碾压遍数来控制堆石料的沉降量。根据填筑前的基底标高测量、整平后的标高测量和压实完毕后的标高测量，分别绘制各区填筑料不同铺土厚度状态下碾压遍数与沉降量的关系曲线。如主堆石区第一层虚铺90cm，碾压6遍、8遍、10遍碾压遍数与沉降量关系。从试验结果来看，碾压遍数与沉降率具有良好的正相关关系，碾压遍数增加，开挖料沉降率亦增大，同时，随着碾压遍数的增加，沉降率增加幅度逐渐减缓。碾压遍数超过8遍后，沉降曲线明显变缓，说明此时填料已比较密实，继续碾压作用不大。

4 结束语

依据上述试验成果，各料区冬季低温季节施工最佳参数为：主堆石区虚铺厚度为90cm， 加水量为0%，振动碾压8遍；过渡料区虚铺厚度为50cm，加水量为0%，振动碾压8遍；垫层料区虚铺厚度为50cm，加水量为0%，振动碾压8遍；砂砾石区虚铺厚度为90cm，加水量为0%，振动碾压8遍。本次试验成果经工程实际应用检测效果良好，符合大坝填筑工程质量要求，而且加快了施工进度，降低了施工成本，为类似工程施工参数的选择提供了有益参考和借鉴。

参考文献：

[1]张兰华，贾蕴翔，黄伟奇.高寒地区混凝土面板堆石坝坝体填筑施工技術探讨[J].混凝土，2010（9）：133-134.

[2]沈克金.某水库面板堆石坝坝体填筑碾压试验[J].西部探矿工程，2012（4）：14-16.

[3]刘久才.浅析混凝土面板堆石坝坝体填筑施工技术[J].科技创新与应用，2014（05）：171.endprint