周 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南俄3水電站位于老撾中部賽松本省內(nèi)，是南俄河干流水電梯級(jí)開發(fā)中的第3級(jí)(自下游向上)，為引水式電站，壩址位于南俄河和南帕河交匯口以上4.5 km處。樞紐布置主要由混凝土面板堆石壩、左岸3孔岸邊溢洪道、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)和岸邊地面廠房組成。工程規(guī)模為一等大(1)型工程。水庫正常蓄水位高程723 m，相應(yīng)庫容14.11億m3，死水位高程670 m，水庫為年調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)庫容為9.72億m3，年調(diào)節(jié)水庫；電站裝機(jī)容量為480 MW，安裝3臺(tái)單機(jī)容量為160 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。

混凝土面板填筑壩壩頂高程為729.5 m，壩頂寬8 m，最大壩高210 m，壩頂長度為518.5 m。大壩上游坡比為1∶1.4，下游綜合坡比為1∶1.49。趾板寬7 m、10.5 m，厚0.6 m、1 m，面板最大厚度為1.12 m，最小厚度為0.3 m。

大壩填筑施工時(shí)，各分區(qū)填筑料平層同步上升是保障工程施工質(zhì)量和工程進(jìn)度的關(guān)鍵。該項(xiàng)目由于設(shè)計(jì)要求的顆粒級(jí)配嚴(yán)格且受場地、設(shè)備、材料、氣候等多方面的條件制約，其質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求的墊層料2A的有效供給最為關(guān)鍵。因此，該項(xiàng)目在大壩填筑施工前，根據(jù)不同時(shí)期節(jié)點(diǎn)目標(biāo)要求并考慮實(shí)際施工組織情況、料源分布情況等，專門制定了傳統(tǒng)制備工藝與新型制備工藝相結(jié)合、人工材料與天然材料相結(jié)合的墊層料2A制備工藝，以滿足現(xiàn)場施工的需要。闡述了對(duì)老撾南俄3水電站墊層料2A制備的研究。

2 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求[1，2]，墊層料2A的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為：孔隙率不大于17%；最大粒徑為80 mm；碾壓層厚40 cm；設(shè)計(jì)干密度不小于2.19 g/cm3。設(shè)計(jì)要求的墊層料2A的顆粒級(jí)配見表1。

表1 設(shè)計(jì)要求的墊層料2A顆粒級(jí)配表

3 墊層料2A采用的制備工藝

設(shè)計(jì)要求墊層料2A由灰?guī)r料場的微新風(fēng)化的灰?guī)r經(jīng)大壩砂石系統(tǒng)破碎加工摻配而成[3]。施工過程中，現(xiàn)場驗(yàn)收以顆粒級(jí)配、干密度、孔隙率(滲透系數(shù))做為控制性指標(biāo)，當(dāng)顆粒級(jí)配不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要挖除并重新按生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)要求的機(jī)械參數(shù)和施工參數(shù)至其符合設(shè)計(jì)要求；干密度、孔隙率(滲透系數(shù))不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，需增加生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)要求的機(jī)械參數(shù)直至其符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，為控制好墊層料2A的質(zhì)量、保障現(xiàn)場施工的順利進(jìn)行，墊層料2A的制備主要采用現(xiàn)場摻配、拌和系統(tǒng)制備、破碎機(jī)制備、山砂摻配四種制備工藝。

對(duì)制備好的墊層料2A由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、老撾電力公司(EDL)及法國咨詢工程師等各相關(guān)方進(jìn)行隨機(jī)取樣見證試驗(yàn)，待確保制備好的為顆粒級(jí)配合格的墊層料2A才能上壩進(jìn)行填筑施工。

各組成材料的制備流程為：

調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→調(diào)節(jié)料。

人工大石(粒徑40～80 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→人工大石。

人工中石(粒徑20～40 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→調(diào)節(jié)料→制砂機(jī)→篩分→人工中石。

人工小石(粒徑5～20 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→調(diào)節(jié)料→制砂機(jī)→篩分→人工小石。

人工豆石(粒徑5～15 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→調(diào)節(jié)料→制砂機(jī)→篩分→人工豆石。

人工砂(粒徑0～5 mm)：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→篩分→雙螺旋洗石機(jī)→反擊式破碎機(jī)→篩分→調(diào)節(jié)料→制砂機(jī)→篩分→洗砂機(jī)→人工砂。

山砂(粒徑0～5 mm)：山砂→給料機(jī)→洗砂機(jī)→成品山砂。

3.1 現(xiàn)場摻配

所采用的制備工藝為最常用的，其通過室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)、現(xiàn)場平鋪立采、顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)確定各種原材料的現(xiàn)場摻配比例，為指導(dǎo)現(xiàn)場填筑施工提供支持。

3.1.1 室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)

結(jié)合項(xiàng)目各種料源的實(shí)際情況并綜合考慮用料平衡，采用人工大石(粒徑40～80 mm)+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)+人工砂(粒徑0～5 mm)摻配成墊層料2A，具體步驟如下：

(1)在室內(nèi)將各組成材料分別進(jìn)行全粒徑顆粒篩分，計(jì)算出不同材料粒徑范圍內(nèi)相應(yīng)顆粒直徑下的篩余百分?jǐn)?shù)。

(2)模擬各種材料不同的摻配比例，計(jì)算出不同摻配比例下各種材料篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積。該項(xiàng)工作開展時(shí)，本著節(jié)能環(huán)保的原則模擬了各種材料的不同摻配比例，即盡量多用調(diào)節(jié)料，少用人工砂，將人工大石做為必要的補(bǔ)充，通過各種材料不同組合下的顆粒級(jí)配曲線，最終鎖定人工大石與調(diào)節(jié)料和人工砂之間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料的篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積相加，計(jì)算出小于某粒徑質(zhì)量百分比并繪制顆粒級(jí)配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級(jí)配曲線，選定符合設(shè)計(jì)要求的顆粒級(jí)配曲線下對(duì)應(yīng)的不同材料的摻配比例。

現(xiàn)場摻配室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占5%+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)占75%+人工砂(粒徑0～5 mm)占20%摻配成的墊層料2A其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

現(xiàn)場摻配墊層料2A室內(nèi)顆粒級(jí)配情況見表2，現(xiàn)場摻配墊層料2A室內(nèi)顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

圖1 顆粒級(jí)配篩分曲線圖

3.1.2 現(xiàn)場平鋪立采

根據(jù)室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果確定的各材料的摻配比例，在1號(hào)支洞前的開闊地進(jìn)行現(xiàn)場平鋪立采施工，根據(jù)墊層料2A各組成材料的密度不同，實(shí)際采用的各材料平鋪的層間高度分別為：人工大石6 cm/層、調(diào)節(jié)料75 cm/層、人工砂19 cm/層。現(xiàn)場平鋪立采施工步驟為：

(1)選定場地，進(jìn)行場地平整(場地平整度按±3 cm進(jìn)行控制)并符合要求，場地周邊埋設(shè)帶有刻度的標(biāo)桿若干。

(2)使用的主要機(jī)械設(shè)備：自卸汽車、平地機(jī)、挖機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)。

(3)平鋪時(shí)，首先在料場用裝載機(jī)將各材料裝入自卸汽車由自卸汽車運(yùn)至平鋪場地；由專人指揮卸車，達(dá)到一定數(shù)量后，由平地機(jī)或推土機(jī)按要求的層厚順利進(jìn)行攤鋪。

平鋪的層高和順序?yàn)椋簡螖?shù)層——人工砂19 cm/層→調(diào)節(jié)料75 cm/層→人工大石6 cm/層；雙數(shù)層——人工大石6 cm/層→調(diào)節(jié)料75 cm/層→人工砂19 cm/層。結(jié)合現(xiàn)場情況，將平鋪層的總高度控制在4 m左右。

(4)平鋪完成后，用反挖進(jìn)行立采并拌和均勻，至此，現(xiàn)場摻配的墊層料2A制備完成。隨即對(duì)制備好的墊層料2A進(jìn)行顆粒級(jí)配試驗(yàn)，待其結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，該批墊層料2A即可進(jìn)行上壩填筑施工。

3.1.3 顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)[4，5]

對(duì)采用現(xiàn)場摻配工藝制備好的墊層料2A進(jìn)行隨機(jī)取樣見證試驗(yàn)，顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)結(jié)果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占5%+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)占75%+人工砂(粒徑0～5 mm)占20%摻配成的墊層料2A，通過現(xiàn)場平鋪立采后，其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級(jí)配見表3，現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表3 現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級(jí)配表

3.2 拌和系統(tǒng)的制備

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A，在確保產(chǎn)量的同時(shí)，可以有效控制好墊層料2A顆粒級(jí)配的穩(wěn)定性。

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A時(shí)，本著不增加、不調(diào)整現(xiàn)有砂石、拌和系統(tǒng)的工作狀況，并結(jié)合用料平衡且與混凝土拌和物制備相一致的原則，通過對(duì)現(xiàn)有人工大石(粒徑40～80 mm)、人工中石(粒徑20～40 mm)、人工小石(粒徑5～20 mm)、人工豆石(粒徑5～15 mm)、人工砂(粒徑0～5 mm)按比例進(jìn)行拌和的方式制備墊層料2A。

3.2.1 室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)[4，5]

(1)在室內(nèi)將各種組成材料分別進(jìn)行全粒徑顆粒篩分，計(jì)算出不同材料粒徑范圍內(nèi)相應(yīng)顆粒直徑下的篩余百分?jǐn)?shù)。

(2)模擬各種材料不同的摻配比例，計(jì)算出不同摻配比例下各種材料篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積。通過各材料不同組合下的顆粒級(jí)配曲線最終鎖定各種骨料間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積相加，計(jì)算出小于某粒徑的質(zhì)量百分比并繪制顆粒級(jí)配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級(jí)配曲線，選定符合設(shè)計(jì)要求顆粒級(jí)配曲線下對(duì)應(yīng)的不同材料的摻配比例。

采用拌和系統(tǒng)制備的室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占10%+人工中石(粒徑20～40 mm)，占15%)+人工小石(粒徑5～20 mm)占30%+人工豆石(粒徑5～15 mm)占16%+人工砂(粒徑0～5 mm)占29%摻配成的墊層料2A，其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的室內(nèi)顆粒級(jí)配情況見表4，拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的室內(nèi)顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表4 拌和系統(tǒng)制備墊層料2A室內(nèi)顆粒級(jí)配表

3.2.2 拌和系統(tǒng)的制備

根據(jù)室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果在拌和系統(tǒng)進(jìn)行墊層料2A的制備并進(jìn)行隨機(jī)取樣見證試驗(yàn)，顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占10%+人工中石(粒徑20～40 mm)占15%+人工小石(粒徑5～20 mm)占30%+人工豆石(粒徑5～15 mm)占16%+人工砂(粒徑0～5 mm)占29%，經(jīng)拌和系統(tǒng)制備而成的墊層料2A其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用拌和系統(tǒng)制備的墊層料2A顆粒的級(jí)配見表5，拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表5 拌和系統(tǒng)制備墊層料2A顆粒級(jí)配表

3.3 破碎機(jī)制備

采用破碎機(jī)制備墊層料2A是最直接、也是最有效率的一種制備工藝。其制備步驟：灰?guī)r→給料機(jī)→鄂式破碎機(jī)→反擊式破碎機(jī)→墊層料2A。

該方法主要是通過反擊式破碎機(jī)不同開口度大小下制備墊層料2A的顆粒級(jí)配分析結(jié)果與設(shè)計(jì)要求顆粒級(jí)配的符合性確定反擊式破碎機(jī)開口度的大小。根據(jù)料源顆粒級(jí)配的不同，反擊式破碎機(jī)的開口度按7.5±0.5 cm控制。

在破碎機(jī)制備墊層料2A的過程中，為保證墊層料2A的質(zhì)量，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：

(1)根據(jù)料源顆粒級(jí)配的不同以及顆粒分析試驗(yàn)成果，及時(shí)調(diào)整反擊式破碎機(jī)的開口度。

(2)制備過程中應(yīng)設(shè)置噴霧設(shè)施，使所生產(chǎn)的墊層料2A始終處于濕潤狀態(tài)。

(3)制備過程中，直接出料的高度不宜大于1.5 m，成品墊層料2A料堆的高度不宜超過2 m，并配備反挖及時(shí)進(jìn)行翻拌、轉(zhuǎn)運(yùn)處理。

采用破碎機(jī)制備墊層料2A的結(jié)果表明：開口度按7.5±0.5 cm制備的墊層料2A，其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用破碎機(jī)制備墊層料2A的顆粒級(jí)配見表6，破碎機(jī)制備墊層料2A的顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表6 破碎機(jī)制備墊層料2A顆粒級(jí)配表

3.4 山砂摻配

由于人工砂生產(chǎn)周期較長、流程繁多且產(chǎn)量有限，故選配山砂摻配成為墊層料2A制備的必要補(bǔ)充，其主要用于大壩壩軸線下游0.4H(H為壩高)以外的有限區(qū)域，流程與現(xiàn)場摻配工藝相同，主要是通過室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)、現(xiàn)場平鋪立采、顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)確定各種原材料的現(xiàn)場摻配比例，為指導(dǎo)現(xiàn)場填筑施工提供參數(shù)支持。

3.4.1 室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)[4，5]

結(jié)合該項(xiàng)目各種料源的實(shí)際情況，綜合考慮用料平衡，采用人工大石(粒徑40～80 mm)+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)+山砂(粒徑0～5 mm)摻配成墊層料2A。試驗(yàn)的具體步驟為：

(1)在室內(nèi)將各種組成材料分別進(jìn)行全粒徑顆粒篩分，計(jì)算出不同材料粒徑范圍內(nèi)相應(yīng)顆粒直徑下的篩余百分?jǐn)?shù)。

(2)模擬各材料不同的摻配比例，計(jì)算出不同摻配比例下各材料篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積。該項(xiàng)工作開展時(shí)，本著節(jié)能環(huán)保的原則，模擬了各種材料的不同摻配比例，通過各種材料不同組合下的顆粒級(jí)配曲線，最終鎖定了人工大石與調(diào)節(jié)料和山砂之間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料篩余百分?jǐn)?shù)與總占比的積相加，計(jì)算出小于某粒徑的質(zhì)量百分比并繪制顆粒級(jí)配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級(jí)配曲線，選定符合設(shè)計(jì)要求顆粒級(jí)配曲線下對(duì)應(yīng)的不同材料的摻配比例。

采用山砂摻配室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占8%+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)占70%+山砂(粒徑0～5 mm)占22%摻配成的墊層料2A，其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用山砂摻配墊層料2A的室內(nèi)顆粒級(jí)配見表7，山砂摻配墊層料2A的顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表7 山砂摻配墊層料2A室內(nèi)顆粒級(jí)配表

3.4.2 現(xiàn)場平鋪立采

根據(jù)室內(nèi)全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗(yàn)成果確定的各材料的摻配比例在1號(hào)支洞前的開闊地進(jìn)行現(xiàn)場平鋪立采施工，結(jié)合墊層料2A各組成材料的密度不同，實(shí)際采用的各材料平鋪層間高度分別為：人工大石9 cm/層、調(diào)節(jié)料70 cm/層、山砂21 cm/層。現(xiàn)場平鋪立采的施工步驟為：

(1)選定場地，進(jìn)行場地平整(場地平整度按±3 cm控制)并符合要求，場地周邊埋設(shè)帶有刻度的標(biāo)桿若干。

(2)使用的主要機(jī)械設(shè)備：自卸汽車、平地機(jī)、挖機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)。

(3)平鋪時(shí)，首先在料場用裝載機(jī)將各材料裝入自卸汽車；用自卸汽車運(yùn)至平鋪場地；由專人指揮卸車，待其達(dá)到一定數(shù)量后，用平地機(jī)或推土機(jī)按要求的層厚進(jìn)行攤鋪。

平鋪層高和順序?yàn)椋簡螖?shù)層——山工砂21 cm/層→調(diào)節(jié)料70 cm/層→人工大石9 cm/層；雙數(shù)層——人工大石9 cm/層→調(diào)節(jié)料70 cm/層→山砂21 cm/層；結(jié)合現(xiàn)場情況，將平鋪總高度控制在4 m左右。

(4)平鋪完成后，采用反挖進(jìn)行立采并拌和均勻，至此，山砂摻配的墊層料2A制備完成。隨即對(duì)制備好的墊層料2A進(jìn)行顆粒級(jí)配試驗(yàn)，待其結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求后，該批墊層料2A即可進(jìn)行上壩填筑施工。

3.4.3 顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)

對(duì)采用山砂摻配工藝制備好的墊層料2A進(jìn)行隨機(jī)取樣見證試驗(yàn)，顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)結(jié)果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占8%+調(diào)節(jié)料(粒徑0～40 mm)占70%+山砂(粒徑0～5 mm)占22%摻配成的墊層料2A，其顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

采用山砂摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級(jí)配成果見表8，山砂摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級(jí)配篩分曲線見圖1。

表8 山砂摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級(jí)配成果表

3.5 不同制備工藝的適用條件

墊層料2A制備的影響因素很多，如設(shè)計(jì)顆粒級(jí)配的要求、場地、設(shè)備、材料、氣候等。結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況總結(jié)出不同制備工藝的適用條件為：

山砂摻配(或天然骨料摻配)：經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，環(huán)節(jié)較少，能夠保證質(zhì)量。

破碎機(jī)制備：為新型工藝，相對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、周期短、環(huán)節(jié)少，能夠保證質(zhì)量和進(jìn)度。

拌和系統(tǒng)制備：周期較短、環(huán)節(jié)較少，最能有效保障質(zhì)量和進(jìn)度。

現(xiàn)場摻配：為傳統(tǒng)工藝，相對(duì)干擾小，周期較長，環(huán)節(jié)較多，能夠保證質(zhì)量。

4 結(jié) 語

在該項(xiàng)目中，采用不同制備工藝獲得的墊層料2A的顆粒級(jí)配均符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)上壩填筑后其現(xiàn)場見證試驗(yàn)后的顆粒級(jí)配、干密度、孔隙率(滲透系數(shù))均符合設(shè)計(jì)要求。由此可知：將傳統(tǒng)制備工藝與新型制備工藝相結(jié)合，人工材料與天然材料相結(jié)合的墊層料2A制備工藝在該項(xiàng)目應(yīng)用可行。在滿足設(shè)計(jì)要求、保障填筑質(zhì)量和構(gòu)筑物安全的同時(shí)，有效降低了成本、保證了工程進(jìn)度，節(jié)能、環(huán)保，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得推廣和應(yīng)用。