任 強(qiáng)，王建魁

(中國電建集團(tuán)中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024)

南公1水電站位于老撾南部阿速坡省內(nèi)的南公河下游，地處老撾、越南、柬埔寨3個(gè)國家的交界區(qū)域。南公1水電站是南公河四級開發(fā)方案中的第三級，工程等別為二等大(2)型，主要任務(wù)是發(fā)電，兼顧防洪、灌溉、交通、航運(yùn)、旅游等，滿足當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。工程由首部樞紐和引水發(fā)電系統(tǒng)組成，其中首部樞紐包括面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸導(dǎo)流隧洞和右岸電站進(jìn)水口。電站主擋水建筑物為布置于主河床的混凝土面板堆石壩，壩頂長400 m，壩頂寬8.8 m，壩頂高程325.0 m，最大壩高為90 m。面板堆石壩壩體填筑總量達(dá)184.7萬m3，其中主要包括墊層料6.9萬m3、過渡料10.5萬m3和堆石料157.4萬m3，料源主要來自導(dǎo)流洞、引水洞、溢洪道開挖和右岸下游石料場。面板堆石壩具有填筑量大，填筑工期緊的施工特點(diǎn)，壩體填筑料碾壓質(zhì)量事關(guān)壩體運(yùn)行安全，如何在滿足施工工期要求下，嚴(yán)格保證碾壓施工的質(zhì)量是南公1水電站面板堆石壩填筑施工過程中面臨的一大技術(shù)問題。因此在碾壓施工前，需要對壩料進(jìn)行必要的碾壓試驗(yàn)，確定各種填筑料經(jīng)濟(jì)合理的壓實(shí)參數(shù)。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

面板堆石壩壩體材料具體的填筑分區(qū)見圖1，壩體填筑區(qū)由上游向下游依次為上游蓋重區(qū)(1B)、上游黏土鋪蓋區(qū)(1A)、特殊墊層區(qū)(3B)、墊層區(qū)(2A)、過渡區(qū)(3A)、主堆石區(qū)(3B)和次堆石區(qū)(3C)，填筑料主要為墊層料、過渡料和堆石料，其中過渡料主要來源于溢洪道開挖的弱風(fēng)化及微風(fēng)化流紋巖、墊層料主要來源于左右岸砂石系統(tǒng)加工，均要求級配連續(xù)、無斷徑、超粒徑料在挖裝過程中剔除，同時(shí)在碾壓前要進(jìn)行顆粒級配篩分試驗(yàn)。

圖1 堆石壩壩體材料填筑分區(qū)示意圖

過渡料和墊層料的相關(guān)填筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：過渡料最大粒徑為300 mm，小于5 mm顆粒含量控制在20%以內(nèi)，小于0.075 mm顆粒含量不大于5%，并且級配連續(xù)，壓實(shí)后孔隙率應(yīng)不大于20%，填筑干密度≥2.20 g/cm3；墊層料最大粒徑為80 mm，壓實(shí)后的孔隙率不大于18%，填筑干密度≥2.23 g/cm3。過渡料和墊層料的料源及填筑標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)見表1，設(shè)計(jì)顆粒級配見表2。

表1 過渡料、墊層料的料源及填筑標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)表

表2 過渡料、墊層料的設(shè)計(jì)顆粒級配統(tǒng)計(jì)表

2 現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法及流程

現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)采用以“全質(zhì)量法”為主、“干密度”校核為輔的方法，即在全過程沉降測量的基礎(chǔ)上，初步判斷壓實(shí)情況后進(jìn)行干密度壓實(shí)質(zhì)量檢測。本次壩體填筑料碾壓試驗(yàn)場地設(shè)在1號渣場，場地先用推土機(jī)推平，碾壓至基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)不再下沉，并采用弱風(fēng)化流紋巖進(jìn)行基礎(chǔ)硬化，振動(dòng)碾碾壓，壓實(shí)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，消除基礎(chǔ)面對碾壓試驗(yàn)的影響；隨后布置試驗(yàn)區(qū)，用試驗(yàn)料先在地基上鋪一層，表面不平整度不超過±5 cm，試驗(yàn)場地尺寸約為30 m×60 m，每條試驗(yàn)帶有效面積為6 m×15 m；試驗(yàn)料鋪好后，人工配合機(jī)械進(jìn)行攤鋪整平后，振動(dòng)碾先進(jìn)行靜碾2遍，全站儀測出松鋪厚度，同時(shí)填筑料碾壓前按體積法計(jì)算灑水量，并進(jìn)行現(xiàn)場灑水；試驗(yàn)結(jié)束后在試驗(yàn)區(qū)采用挖坑檢測碾壓后填筑料的顆粒級配，干密度等參數(shù)?，F(xiàn)場碾壓試驗(yàn)具體流程見圖2。

圖2 過渡料、墊層料碾壓試驗(yàn)操作流程圖

2.2 試驗(yàn)方案及設(shè)備

本次碾壓試驗(yàn)采用進(jìn)占法卸料，振動(dòng)碾先進(jìn)行靜碾2遍，全站儀測出松鋪厚度，隨后振動(dòng)碾采用進(jìn)退錯(cuò)距法進(jìn)行振動(dòng)碾壓，針對不同填筑料進(jìn)行不同碾壓遍數(shù)的碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)中的碾壓參數(shù)選取見表3。

表3 過渡料及墊層料碾壓參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

考慮過渡料和墊層料的施工特性差異，過渡料采用YZ32Y型32 t振動(dòng)碾，墊層料及特殊墊層料則采用AW2669型18 t振動(dòng)碾?，F(xiàn)場配備的其他施工設(shè)備有1臺(tái)SD22型推土機(jī)、2臺(tái)CAT330液壓反鏟、8輛20 t自卸汽車和1輛10 t灑水車。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 鋪料厚度與沉降量

碾壓試驗(yàn)過程中，過渡料和墊層料均采用45 cm的鋪料厚度，不同填筑料的累計(jì)沉降量見表4。從試驗(yàn)結(jié)果來看，碾壓遍數(shù)越大，填筑料的累計(jì)沉降量越大、壓縮率越高，同時(shí)試驗(yàn)中碾壓遍數(shù)滿足壓實(shí)要求，碾壓試驗(yàn)完畢后層面密實(shí)平整，挖坑取樣檢測時(shí)也顯示碾壓層板結(jié)性較好，填筑料基本壓實(shí)到密實(shí)狀態(tài)。

表4 過渡料、墊層料鋪料厚度及累計(jì)沉降量統(tǒng)計(jì)表

3.2 壓實(shí)干密度

在碾壓完成后，在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了挖坑取樣，并利用灌水法進(jìn)行了干密度測量，干密度測試結(jié)果見表5和圖3。從試驗(yàn)結(jié)果來看，壓實(shí)后的填筑料孔隙率較小，孔隙率均在15%以下，同時(shí)碾壓遍數(shù)為8遍和10遍時(shí)，過渡料及墊層料的干密度參數(shù)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖3 各碾壓方案下填筑料干密度與孔隙率圖

表5 填筑料干密度統(tǒng)計(jì)表

3.3 顆粒級配曲線

在墊層料和過渡料碾壓結(jié)束后，在一定范圍內(nèi)利用灌水法進(jìn)行干密度檢測，同時(shí)將試驗(yàn)坑挖出的填筑料進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)，得到了碾壓遍數(shù)為8遍和10遍條件下過渡料及墊層料的顆粒級配情況，詳細(xì)的顆粒級配分析結(jié)果見表6、表7和圖4。

表6 過渡料碾壓試驗(yàn)顆粒分析匯總表

表7 墊層料碾壓試驗(yàn)顆粒分析匯總表

圖4 過渡料和墊層料碾壓試驗(yàn)的級配曲線圖

由表6,7及圖4可知，碾壓8遍和碾壓10遍情況下過渡料和墊層料的級配曲線都在設(shè)計(jì)包絡(luò)線以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)級配要求。同時(shí)隨著碾壓遍數(shù)增大，顆粒的級配曲線的形狀也有一定的變化，細(xì)粒徑顆粒的占比增大、粗粒徑的顆粒占比減小，同時(shí)由于過渡料采用了更大噸位(32 t)的振動(dòng)碾、激振力更大，因此過渡料的顆粒級配曲線中細(xì)顆粒料的上抬效應(yīng)更為明顯。

經(jīng)過在現(xiàn)場開展的碾壓工藝試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，最終得到了適用于壩體過渡料和墊層料填筑的碾壓施工參數(shù)，具體的施工參數(shù)見表8。

表8 過渡料、墊層料施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 語

針對南公1水電站面板堆石壩墊層料和過渡料的填筑施工及質(zhì)量控制難題，經(jīng)過精細(xì)的組織和實(shí)踐，在現(xiàn)場成功地開展了相關(guān)的碾壓試驗(yàn)，取得了墊層料和過渡料的碾壓施工參數(shù)，得出了以下結(jié)論。

1)現(xiàn)場施工時(shí)過渡料采用32t振動(dòng)碾，墊層料及特殊墊層料則采用18t振動(dòng)碾，墊層料和過渡料的鋪料厚度為45 cm為宜，碾壓施工加水量(體積比)為10%，碾壓時(shí)以靜碾2遍+動(dòng)碾8遍為宜。

2)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，取與碾壓試驗(yàn)相同的代表性墊層料、過渡料作為試驗(yàn)用料，同時(shí)應(yīng)在碾壓試驗(yàn)場定點(diǎn)檢測碾壓前后顆粒級配及破碎率等實(shí)驗(yàn)。檢測碾壓前后級配變化值，并對鋪筑層厚度全料進(jìn)行顆粒級配分析論證，調(diào)整更為經(jīng)濟(jì)合理的級配曲線。

3)碾壓施工參數(shù)為墊層料及過渡料的填筑施工和質(zhì)量控制提供技術(shù)依據(jù)，采用此碾壓施工參數(shù)不僅可以滿足填筑料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，還可以保證填筑施工效率，同時(shí)碾壓試驗(yàn)的流程和相關(guān)參數(shù)可以為類似工程提供借鑒。