李世凱，李紅心，楊小華

(1.中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000；2.國電大渡河猴子巖水電建設(shè)公司，四川 康定 626005)

1 工程概況

大渡河猴子巖水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程為1 848.50 m，壩頂總長278.35 m，壩頂寬13.2 m，最大壩高223.50 m。壩體上游至下游依次為上游壓重區(qū)、礫石土鋪蓋區(qū)、石粉鋪蓋區(qū)、混凝土防滲面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū)及壩腳壓重區(qū)。

上游堆石區(qū)堆石料來源于色龍溝料場。色龍溝料場主要由變質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r微新巖體構(gòu)成，這兩種巖石的濕抗壓強(qiáng)度在80～113.5 MPa，比重在2.80～2.85，設(shè)計(jì)要求壓實(shí)后孔隙率≤19%。2012年9月21日至2013年8月共對上游堆石料進(jìn)行了39次碾壓試驗(yàn)，9次生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，通過不斷調(diào)整爆破參數(shù)改善堆石料級配，并對振動碾進(jìn)行“低頻高振”改造，最終解決了上游變質(zhì)灰?guī)r堆石料碾壓后孔隙率不易滿足設(shè)計(jì)要求的問題。

2 上游硬巖堆石料初期試驗(yàn)

2.1 初期試驗(yàn)機(jī)具及試驗(yàn)參數(shù)

碾壓試驗(yàn)選用陜西中大機(jī)械集團(tuán)生產(chǎn)的自行式32 t振動碾，機(jī)械型號為YZ32Y2，主要性能指標(biāo)是工作質(zhì)量32 t，振動頻率33 Hz，激振力590 kN，振幅1.8 mm。該型號振動碾為2012年國內(nèi)市場上量產(chǎn)最大噸位的自行碾。色龍溝堆石料最大粒徑60 cm，初期爆破試驗(yàn)采用2號巖石炸藥，不耦合裝藥，起爆方式采用非電雷管MS-1～40，斜線起爆，起爆網(wǎng)格如圖1所示，爆破試驗(yàn)的其他參數(shù)選定結(jié)果如表1所示，碾壓試驗(yàn)選定的顆粒級配如圖2所示。

圖1 起爆網(wǎng)絡(luò)布置示意

孔徑/mm孔距/m排距/m抵抗線/m孔深/m單耗/kg·m-3單孔藥量/kg單響藥量/kg9043316.50.472500

表2 初期碾壓試驗(yàn)成果

圖2 顆粒級配曲線

2.2 碾壓試驗(yàn)成果

進(jìn)行不同鋪料厚度的振動碾壓試驗(yàn)，每次試驗(yàn)?zāi)雺?2遍，振動碾行車速度為1～2 km/h，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.3 成果分析

(1)通過爆破試驗(yàn)成果可以看出，上游變質(zhì)灰?guī)r硬巖堆石料級配曲線雖然處于設(shè)計(jì)包線范圍內(nèi)，但小于80～100 mm顆粒含量接近上包線，2 mm以下顆粒含量接近下包線，充分說明小于80～100 mm中間粒徑含量偏高，細(xì)顆粒含量偏少。硬巖堆石料爆破后，粒形方正、規(guī)整，棱角較少。

(2)初期碾壓試驗(yàn)成果表明：層厚80、60 cm碾壓12遍后孔隙率沒有顯著變化，最小孔隙率平均值分別為20.3%和20.4%，與設(shè)計(jì)要求的≤19%的要求仍有差距。

3 問題分析

在猴子巖水電站上游變質(zhì)灰?guī)r硬巖堆石料初期爆破、碾壓試驗(yàn)成果完成后，業(yè)主、監(jiān)理、施工單位和第三方檢測機(jī)構(gòu)又進(jìn)行了6場爆破試驗(yàn)和20多個(gè)場次的碾壓驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果與初期試驗(yàn)成果基本一致。從2012年9月開始至2013年3月結(jié)束，因碾壓試驗(yàn)成果無法滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致猴子巖工程上游變質(zhì)灰?guī)r硬巖堆石料的試驗(yàn)工作陷入僵局。

2013年3月在外請專家的幫助下，參與試驗(yàn)各方認(rèn)真總結(jié)了前期的試驗(yàn)成果，提出了問題產(chǎn)生的原因和改進(jìn)的方向。因色龍溝料場的變質(zhì)灰?guī)r密度大、強(qiáng)度高。爆破試驗(yàn)成果表明，雖然顆粒級配整體處于設(shè)計(jì)包線范圍，但小于80～100 mm中間粒級較多，5 mm以下顆粒含量相對較少，加之爆破后粒形規(guī)整造成顆粒間充填效果差，建議繼續(xù)進(jìn)行爆破試驗(yàn)降低小于80～100 mm中間粒級含量，增加5 mm 以下顆粒含量，從而改善顆粒間填充效果。

從大量現(xiàn)場試坑檢測成果看，上層40 cm密實(shí)程度高，壓實(shí)效果好，下層松散，壓實(shí)效果差，說明激振力未完全傳導(dǎo)到下層。結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)專家和碾壓設(shè)備廠家技術(shù)人員意見認(rèn)為，碾壓機(jī)具工作頻率較高，碾壓過程中迅速將上半層碾壓密實(shí)，因硬巖自身密度大、強(qiáng)度高，導(dǎo)致在上半層碾壓密實(shí)后對激振力的傳遞形成阻力，導(dǎo)致壓實(shí)功無法有效傳導(dǎo)至下半層。因此，可以考慮在不降低激振力的情況下調(diào)整振動頻率，增加振幅的方式改善壓實(shí)效果。

4 上游硬巖堆石料后期試驗(yàn)成果

4.1 碾壓機(jī)具的改進(jìn)

在上游堆石料前期碾壓試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：碾壓后堆石體上部40 cm非常密實(shí)，下部40 cm較為松散。初步分析原因，認(rèn)為因進(jìn)占法填筑的關(guān)系填筑體上部細(xì)顆粒含量較高，因此填充效果較好。經(jīng)過試驗(yàn)對比分析發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況并非如此，因?yàn)⑺に嚨轿?，填筑體上下部分整體級配并沒有發(fā)生顯著變化。

根據(jù)多次現(xiàn)場試驗(yàn)成果，分析造成這一情況的主要原因可能出在碾壓機(jī)具上，碾壓機(jī)具初期主要性能指標(biāo)振動頻率為32 Hz，振幅1.8 mm，過高的振動頻率在碾壓初期就將填筑體上層迅速碾壓密實(shí)造成能量在向下傳遞的過程中出現(xiàn)損失。經(jīng)過與陜西中大機(jī)械集團(tuán)公司技術(shù)人員聯(lián)系，在廠家的幫助下，將現(xiàn)場用于試驗(yàn)的自行式32 t振動碾進(jìn)行了改造，調(diào)整了偏心塊的間距和發(fā)動機(jī)輸出的功率，經(jīng)改造后的碾壓機(jī)具主要性能指標(biāo)變化為工作質(zhì)量32 t，振動頻率25 Hz，激振力590 kN，振幅2.3 mm。

4.2 調(diào)整后的爆破參數(shù)和級配

調(diào)整爆破試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了6次爆破試驗(yàn)，參數(shù)見表3，采用如圖3所示的V形起爆網(wǎng)格。2013年8月，根據(jù)調(diào)整后的第6次爆破試驗(yàn)成果，最終獲得了較為理想的級配(如圖4所示)，根據(jù)此次爆破試驗(yàn)成果結(jié)合調(diào)整后的碾壓機(jī)具再次進(jìn)行了上游硬巖堆石料的復(fù)核碾壓試驗(yàn)。

表3 調(diào)整后爆破試驗(yàn)選定參數(shù)

圖3 調(diào)整后爆破試驗(yàn)最終選定參數(shù)起爆網(wǎng)絡(luò)布置

圖4 調(diào)整后爆破試驗(yàn)最終選定參數(shù)級配

4.3 調(diào)整后的碾壓試驗(yàn)成果

用改進(jìn)后的振動碾進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，小于5 mm以下顆粒含量比前期試驗(yàn)明顯增加，小于20～200 mm的顆粒含量比前期試驗(yàn)顯著降低，細(xì)顆粒含量的增加使得粗顆粒間的填充更加充分，從試坑檢測效果看，80 cm整體壓實(shí)效果較好，即使鋪填厚度達(dá)到1.2 m仍未看出上、下半層間密實(shí)效果有顯著差異，說明通過將碾壓機(jī)具調(diào)整為低頻高振的狀態(tài)可以很好的改善硬巖堆石料的碾壓質(zhì)量，最終成果滿足設(shè)計(jì)孔隙率≤19%的要求。

表4 調(diào)整后碾壓試驗(yàn)成果

5 結(jié) 語

猴子巖水電站針對上游變質(zhì)灰?guī)r硬巖堆石料進(jìn)行了長達(dá)近一年的爆破試驗(yàn)和碾壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：雖然顆粒級配能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但硬巖爆破后的粒型和中間粒徑的組成會顯著影響堆石料的填充效果，造成碾壓后孔隙率較大，因此不應(yīng)機(jī)械的看待設(shè)計(jì)級配，而是根據(jù)顆粒級配的整體組成調(diào)整爆破參數(shù)，適當(dāng)增加5 mm以下顆粒含量，降低中間粒徑含量保證級配更加合理。壓實(shí)效果不僅與激振力有關(guān)，在遇到硬巖堆石料時(shí)適當(dāng)降低振動碾的振動頻率，增加振幅可以更加有效的將壓實(shí)功向下傳遞，從而保證碾壓質(zhì)量。