阿尔塔什大坝砂砾石冬季填筑施工技术研究

王建帮，王真平，张芳军

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概述

阿尔塔什水利枢纽工程位于新疆阿尔塔什村，地处昆仑山板块的新疆叶尔羌河流域，惠及新疆南部的克州、喀什地区和和田地区。叶尔羌河流域位于新疆塔里木盆地西部，地处欧亚大陆腹地，因远离海洋，周围又有高山阻隔，加上大沙漠的影响，流域内呈典型的大陆性气候，其主要特点是气温年变化较大，日温差大，空气干燥，日照长，蒸发强烈，降水量稀少，冬季天气干燥寒冷。

阿尔塔什大坝为混凝土面板砂砾石堆石坝，坝顶高程为1 825.8 m，最大坝高164.8 m，坝顶宽12 m，坝长795 m，大坝合同填筑工程量2 494万m3，其中砂砾料1 227万m3。大坝于2015年开工建设，前期由于右岸高边坡处理施工难度大，导致大坝填筑工期调整。

调整工期的2个节点目标为2017年5月31日前坝体临时断面填筑不低于1 715.0 m高程，2017年8月底坝体临时断面填筑不低于1 730.0 m高程。根据调整计划2017年2月11日～2017年8月31日，坝体填筑总量约698.9万m3，平均月强度约107.5万m3，高峰期月强度约113.35万m3，远高于投标阶段高峰期强度73.1万m3。2016年施工过程中高峰期月强度约80.69万m3，与2017年计划平均月强度相差26.81万m3。因此，阿尔塔什大坝需要在冬季施工才能削减2017年2月～2017年8月的月平均填筑强度，实现这2个节点目标。

表1 薄层不加水试验结果

2 薄层不加水试验

根据复核试验确定的施工参数，进行砂砾料填筑冬季施工薄层碾压试验。试验铺料厚度为60 cm、不加水(砂砾石料天然含水率在0.5%～0.9%)、32 t 自行式振动碾激振碾压12遍，行车速度控制在2.0 km/h，试验结果如表1所示，由表1可知，薄层不加水试验成果满足设计相对密度≥0.90，符合指标要求。

3 松铺保温试验

松铺保温的方式是覆盖不同厚度的饱和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂砾石料进行保温及受冻情况的研究，不同温度下保温层厚度与冻结深度见图1。试验研究表明，采取松铺保温的方式能够有效保证已填筑砂砾石避免受冻，施工过程中考虑施工成本确定松铺保温层厚度为60 cm。

图1 冻层厚度、松铺保温厚度与环境温度关系

4 冬季施工技术措施

根据专项试验研究成果，分料源控制、碾压施工参数制定冬季施工技术措施。砂砾石料填筑的施工技术措施为采用32 t自行式振动平碾碾压12遍，铺料厚度为60 cm、不加水(砂砾石料天然含水率在0.5%～0.9%)，行车速度控制在2.0 km/h。根据需要分别在料场及坝面设置气温观测站，对气温进行不间断的检测，根据气温变化组织施工生产。

料场开采水上部分砂砾石料，砂砾石料处于饱和面干状态(砂砾石料天然含水率在0.5%～0.9%)，未完全风干，对碾压还具有较好的效果，上坝后现场应及时摊铺碾压，以免水分完全风干而影响碾压效果。

冬季料场开采时，一经发现有冻层时及时剥离，禁止开采水下料。质量控制开采料的级配符合要求，含泥量以及超径石含量在规范允许范围内。做到不合格料决不允许上坝在料源控制坝料质量。在装料前及时测定含水率，开采天然含水率控制在0.5%～0.9%。

5 冬季砂砾石填筑施工

砂砾石料采用不加水(天然饱和面干含水率0.5%～0.9%)，当最低气温低于-10 ℃时停止施工，根据气温适时调整当环境温度持续下降，经取样检测合格的砂砾石料冻结层在5 cm以内时采用刨毛处理，当冻层在10 cm以上时采用挖出。

5.1 薄层摊铺

由于冬季气温低，在装料前发现有冻层及时剥离，遵守薄层干铺(松铺厚度为60 cm)的原则。若在坝料中掺入了很难碾压的冻土块，冻土块就会像粗颗粒一样起骨架作用，而试坑灌砂密度检测法难以测出冻块填筑部位的密实度，当坝体内温度升高时，冻块融成松散状，从而有可能造成坝体的不均匀沉降，进而造成混凝土面板开裂。在下雪天气时，用推土机除雪后再进行铺料，摊铺厚度控制为松铺60 cm，推土机平料时，料物由高往低处滚落，使颗粒较大的石料落在填筑层下部，细颗粒料在填筑层的上面，这有利于工作面的推平整理，提高碾压质量；同时，细颗粒与大颗砾石料间的嵌填作用，有利于提高干密度。

5.2 不加水碾压

根据不加水碾压试验进行碾压。① 振动碾行走方向为与坝轴线平行，靠近岸坡处，顺岸行走；②振动碾行走速度≤2.0 km/h；③碾压方法主要采用进退错距法(错距=碾轮宽/碾压遍数)，碾压遍数和错距宽度通过碾压试验最终确定；④分段之间的碾迹重叠，在过渡层、堆石各分区的交接带，重叠宽度≥0.5 m，在各区之内，重叠宽度≥0.5 m；⑤碾压过程中应经常检查振动碾的各项特性，严禁无振碾压，防止漏碾欠压，对与临时断面预留 1.5 m 台阶，台阶搭接位置进行骑缝碾压处理。

表2 冬季施工期砂砾料检测结果统计

表3 坝体沉降观测统计

5.3 松铺保温

通过现场生产性试验发现正温情况下天然河床砂砾石料的天然含水率在0.5%～0.9%；通过灌水试验试坑观察坑壁，发现坑壁碾压密实；各试坑均未发现架空、冻块现象。

当环境温度在0～-10 ℃时，砂砾石在摊铺碾压工序完成并经过现场挖坑检测其相对密度满足设计指标；当环境温度低于负温时，应按照填筑质量要求及时松铺保温，在现场挖坑检测其相对密度满足设计指标后即刻覆盖60 cm厚饱和面干(含水率在0.5%～0.9%)的合格的砂砾石料保温，依次循环填筑施工。

5.4 数字化大坝碾压实时监控

规划施工单元、仓面。坝面每个施工单元在碾压前将碾压区仓面按20 m一个范围进行划分，用白灰或水泥浆标示，便于碾压机具有效的控制好方向和范围。

数字化大坝碾压实时监控内容包括碾压轨迹、碾压遍数、行驶速度、碾压击振频率、压实度。具体为①碾压轨迹。在该仓开仓进行碾压后，可以实时监控到碾压机具行走轨迹以及错距情况。②碾压遍数。每台碾压机具完成所划分的碾压区域后可生成碾压遍数报告，对存在漏压部位进行补碾。③行驶速度。碾压行驶速度超过最大限速(2.0±0.2)km/h，10 s后系统将自动报警。④碾压击振频率。在碾压过程中可实时生成高振遍数图形报告，监控高振碾压遍数及合格率。⑤压实度。规划仓面碾压达到合格标准以后，试验室进行现场试坑试验确定该填筑层是否满足设计要求。

5.5 碾压质量检测

施工中，试坑灌砂法检测所用时间较长，试验点的代表性一般，因此填筑施工质量控制可采用重点控制铺料厚度、碾压遍数、振动碾行进速度与激振力等施工参数的前提下，用试坑灌水法检测结果评价填筑施工质量，以保证填筑压实质量。

试坑直径为坝料最大料径的2～3倍，试坑直径最大不超过2 m。试坑深度为碾压层厚。每层检测不小于10点的频次检测其干密度、相对密度、颗粒级配。

6 施工质量检测及其评价

6.1 填筑施工检测成果

阿尔塔什大坝在冬季施工期的220组砂砾料检测统计结果如表2所示，由表2可知，冬季施工期砂砾料碾压相对密度均符合设计要求，含水率满足饱和面干的含水率在0.5%～0.9%的要求。

6.2 坝体沉降观测

阿尔塔什大坝在冬季填筑期(2016年11月15日～2016年12月25日)的坝体沉降观测结果如表3所示。由坝体沉降观测结果可知，各测点的沉降量与坝体相应部位的填筑进度相关性较好，符合施工期土石坝内部变形一般规律。从碾压效果及沉降率统计可知，冬季施工技术保障了填筑质量，有效的削减了2017年月平均填筑强度。

7 结 语

阿尔塔什大坝采用薄铺干碾，松铺保温的施工技术，在2016年11月10日～2016年12月25日实现了冬季砂砾料总填筑方量85.1万m3，填筑各项试验检测指标及频次均满足设计及施工规范要求。通过坝料含水率控制及松铺保温减少坝料冻块，确保了大坝冬季填筑施工质量，有效削减了2017年月平均填筑强度，为2017年工程安全度汛目标提供了有力保障，为高寒地区以砂砾料填筑为主的堆石坝冬季施工填筑提供了经验参考。

[1] SL 49—2015 混凝土面板堆石坝施工规范[S]．

[2] SL 237—1999 土工试验规程[S]．

[3] 周建平, 杨泽艳, 杨和明. 高寒地区混凝土面板堆石坝的技术进展[C]∥中国大坝协会、 中国水力发电工程学会. 水电2013大会——中国大坝协会2013学术年会暨第三届堆石坝国际研讨会论文集. 北京： 中国大坝协会、 中国水力发电工程学会, 2013．

[4] 杨泽艳, 蒋国澄. 洪家渡200 m级高面板堆石坝变形控制技术[J]. 岩土工程学报, 2008(8): 1241- 1247．

[5] 杨长征, 王钧, 洪迎东, 等. 乌鲁瓦提水利枢纽工程混凝土面板砂砾石堆石坝坝体填筑施工技术[J]. 水利水电技术, 2003(12): 8- 13．

[6] 关志诚. 寒冷地区混凝土面板堆石坝设计中的若干技术问题[J]. 东北水利水电, 1993(11)： 2- 7．

[7] 朱纯祥. 严寒地区混凝土面板堆石坝施工技术研究[D]. 西安： 西安理工大学, 2003．