德泽水库面板堆石坝次堆石区碾压试验与参数选择

(沈阳工学院，辽宁 抚顺 113122)

1 基本情况

1.1 工程概况

德泽水库大坝是云南省滇池补水工程重要组成部分，大坝为面板堆石坝，坝顶高程1796.30m，大坝最大坝高142m，坝顶长386.90m、宽12m。大坝上游坝坡坡比1∶1.4，下游坝坡采用上缓下陡布置，1796.30～1761.50m高程坝坡为1∶1.6，1761.50～1726.50m高程坝坡为1∶1.5，1726.50m高程以下坝坡均为1.1.45，并在1761.50m、1726.50m、1691.50m高程处分别设2m宽马道，最大库容为4.48亿m3。德泽水库为大(2)型水库，其主要任务为：2020年重点向滇池补充生态水量，防止水环境恶化，改善滇池水环境，并作为昆明城市生活用水以及工业用水应急水源。

根据料源及对坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理等要求，将大坝坝体从上游到下游分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游次堆石区，并在面板上游设坝前覆盖区。在周边缝下游侧设置特殊垫层区。坝体下游坡采用干砌石护砌。上游覆盖区位于面板上游，顶高程1690.00m，水平宽度5m，坝料主要为黏土和保护黏土稳定的渣料。2A垫层区顶高程1793.00m，水平宽3m，坝料由料场弱风化以下灰岩轧制而成。次堆石区顶部高程1776.30m，宽12m，次堆石区上游坡比为1∶0.5，下游坡比为1∶1.35，底面高程1679.50m，其下为主堆石区。次堆石区选用溢洪道、导流泄洪隧洞及发电放空隧洞开挖渣料、料场剥离料填筑。

1.2 气候条件

工程流域气候特点是：年温差小、日温差大，干湿季节气候表现分明。因为地形高低起伏大，气候的垂直变化明显，河谷地区气温很高、降雨量很少，高山、半山区气温较低、雨量多。坝址多年月平均气温统计情况见表1。

表1 坝址多年月平均气温统计 单位：℃

根据当地气候条件，得出该工程的施工有效天数见表2。

表2 施工有效天数统计

2 现场试验的目的与内容

2.1 试验目的

a.通过大坝碾压试验，提供准确合理的碾压参数，以达到设计压实密度和孔隙率的目的。

b.通过碾压试验选择适合的填筑与压实机械。

c.通过碾压试验，研究不同铺料厚度的碾压效果，最终选出最合适的铺料厚度，测试不同碾压遍数的碾压效果，最终确定满足要求的碾压遍数。

d.通过碾压试验，测试不同加水量的碾压效果，选择最优的含水量。

e.核实碾压试验后渗透系数是不是满足设计的要求。

2.2 试验依据

大坝碾压试验施工过程严格遵照《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)、《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228—2013)、《碾压式土石坝施工规范》(DL/T 5129—2013)、《混凝土面板堆石坝施工规范》(DL/T 5128—2009)、《水利水电工程施工质量检验与评定规程》(SL 176—2007)以及《德泽水库大坝坝体填筑施工技术要求》等有关标准规范。

2.3 试验内容

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、铺料过程中的加水量、碾压前后级配分析、渗透系数、压实后的孔隙率、干密度等提出试验结果。试验结束后，将所测得的各个数据汇总成报告，提供可行性施工参数，供施工人员参考施工。

2.4 时间安排

2009年11月1日—15日。

3 碾压试验的准备工作

试验前检测振动碾的工作特性参数，包括振动频率、振幅、减振气胎压力等。碾压场地要进行压实，使基础沉降每碾压一遍不超过1mm；试验场地经平整处理，并经振动碾振动压实，表面不平整度不超过10cm。4种铺土厚度为40cm、60cm、80cm、100cm，对应碾压遍数为6遍、8遍、10遍、12遍，对其进行14种情况组合，分为14个碾压单元，每个碾压单元面积为15m×50m。现场碾压试验施工机械设备及数量配备见表3，坝体填筑次堆石区填筑参数见表4。

表3 碾压试验主要施工机械配置

表4 坝料填筑参数

4 试验方法

4.1 碾压试验过程

采用进占法铺料，铺料厚度为压实后厚度加上压缩量，根据以往经验，压缩量为虚铺厚度的5%～10%，此次试验取10%；在铺料过程中，取试验料样做碾压试验前的材料颗粒级配检测。

试验采用推土机平料，使其满足试验要求的厚度和平整度，坝料全部摊铺完后，用水准仪检测铺层厚度，保证铺料厚度达到试验要求。

振动碾在场外起振到正常工况后，在专人指挥下进场，振动碾采用前进后退全振方法碾压作业，按标示出的碾压设备行走路线行走，进出场一个循环按振动碾压2遍计，轨迹重叠不小于20cm，32t振动碾四种铺料厚度(40cm、60cm、80cm、100cm)碾压6遍、8遍、10遍、12遍，按每区3个随机样点采用灌水法取样检测，测量碾压后的填筑层的高程，并计算各碾压遍数的沉降量和沉降率。

4.2 堆石料的填筑

4.2.1 材料要求

堆石料料源主要为后山梁子石料场灰岩料、溢洪道及发电放空洞等建筑物开挖料；堆石料碾压后应有良好的级配，级配范围应符合设计要求,经碾压后，能自由排水；石料最大粒径800mm。小于5mm的颗粒含量不超过25%，小于0.075mm的颗粒含量不超过8%；堆石料填筑压实后孔隙率不大于20%、干密度不低于2.16g/cm3，渗透系数均大于1×10-2cm/s。石料的颗粒级配见表5。

表5 次堆石区石料颗粒级配

4.2.2 碾压

每层堆石料均应使用满足下列要求的振动碾碾压：在运行条件下通过滚筒传到地面的振动碾静荷载不小于110kN；振动碾为振动平碾，运行频率每分钟在1100～1500次之间，在每分钟1500次振动时，激振力应不小于320kN。

5 成果整理

将碾压试验成果进行归纳整理，并绘制图表。次堆料区碾压试验成果见表6，碾压遍数与沉降量关系见表7、表8和图1、图2。

表6 次堆料碾压试验成果

表7 次堆区堆料碾压遍数与沉降量

表8 次料区堆料碾压遍数与沉降量

图1 次料区堆料碾压遍数与沉降量曲线

图2 次堆区堆料碾压遍数与沉降量曲线

6 成果分析

6.1 铺土层厚度的选择

从碾压试验结果看，由于碾压试验机械功率较高，碾压10个单遍后，各项检查指标均能满足设计要求。四场压实层厚在74.30～78.70cm之间，四场的最大沉降量在8.10～10.20mm之间。因此次堆料可选定不大于90cm的松铺厚度。

6.2 洒水量的选择

当洒水10%后，所铺料就已经充分湿润，经碾压10个单遍后，各项检测指标均能满足试验要求；洒水15%后，已有部分水自料底部流出，从各坑点所测的含水率与加水量的关系不明显，因此次堆料的洒水量选定为10%。

6.3 碾压遍数的选择

从碾压试验结果来看，在碾压8遍时均有部分试坑的干密度不能满足设计要求，且有两场增加两遍的沉降量还有1cm，碾压10个单遍后，所检测的各项指标均能满足设计要求，且沉降值也明显减小，因此次堆料的碾压遍数最终选定为10个单遍。

6.4 渗透系数

在选定的铺土厚度和碾压遍数条带上现场用试坑注水法测得的渗透系数满足次堆料渗透系数不小于1×10-2cm/s的要求，从现场测量情况来看，虽然在碾压过程中表层石渣料破碎成细料，但不影响属于透水料的性质，因此，实测渗透系数仍可以满足设计要求。

7 结 语

根据此次现场碾压试验得出如下结论：次堆料填筑采用后山梁子石料场的弱—微风化白云岩，铺土层厚度为90cm，按铺料体积的10%洒水，强振10个单遍，碾压10个单遍的干密度范围为2.19～2.41g/cm3，平均值2.36g/cm3，按不大于20%的孔隙率控制，现场填筑干密度不小于2.16g/cm3。

施工时应注意坝料拌和均匀后装车上坝，有利于质量控制，上坝料应注意其颗粒级配及超径颗粒含量，料场爆破石渣料超径部分应采取二次破碎措施，防止大块径料过于集中，出现架空现象。注意洒水，以保证石渣料充分湿润，严格控制铺土层厚及坝面的平整度。

[1] 云南省水利水电勘测设计研究院.德泽水库大坝坝体填筑施工技术要求[R].2009，8:6-8.

[2] SL 274—2001 碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002：35.

[3] DL/T 5129—2013 碾压式土石坝施工规范[S].北京：中国电力出版社，2014：55.

[4] SL 228—2013 混凝土面板堆石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013：57-62.

[5] DL/T 5128—2009混凝土面板堆石坝施工规范[S].北京：中国电力出版社，2009：47.

[6] SL 176—2007水电工程施工质量检验与评定规程[S].北京：中国水利水电出版社，2007：11.

[7] SL 345—2007水电工程注水实验规程[S].北京：中国水利水电出版社，2008：27-29.