云南省SNJ水电站面板堆石坝主堆石料碾压试验研究

雷海生

云南省SNJ水电站面板堆石坝主堆石料碾压试验研究

雷海生

为了满足面板堆石坝大坝填筑的设计要求，保证施工质量，在施工前应按照相关规范对填筑坝料分类进行现场生产性碾压试验。通过试验，论证分析设计参数的合理性并提出符合大坝坝料填筑施工的控制参数，指导过程施工。

面板堆石坝 主堆石料 碾压试验 参数 指标 级配

云南省SNJ水电站位于云南省普洱市墨江哈尼族自治县BL乡、SNJ乡和NH乡境内。电站位于土堆峡谷入口、联珠小河汇口下游，拦河大坝坝址位于泗南江上；发电厂厂址位于阿墨江与泗南江交汇口的下游、阿墨江左岸倮何大箐沟口的上游处。SNJ水电站以发电为主，采用跨流域、混合式开发，电站的工程等别为Ⅱ等大（2）型工程，永久性主要建筑物等级为2级、永久性次要建筑物等级为3级、临时性建筑物等级为4级；水库正常蓄水位为900.00 m，电站单机装机容量为67 MW，共3台，总装机容量为201 MW；总库容2.46亿m3。SNT水电站混凝土面板堆石坝底宽宽度为360 m、顶宽宽度为8 m，坝顶长度为369.94 m，最大坝高为115 m，坝顶高程为905.00 m。下游坝面坡比为1∶1.5（高程875 m以下）和1∶1.6（高程875 m以上），下游坝面综合坡比1∶1.535，上游坝面坡比为1∶1.4。大坝主堆石料共有172万m3，坝体总填筑量为298万m3。大坝剖面见图1。

图1 大坝典型剖面图（单位：m）

1 碾压试验

1.1 碾压试验的目的

通过试验求证泗南江拦河大坝技术参数设计的合理性，并确定适用的施工碾压措施和匹配的碾压机械类型，研究工序质量控制的要求以及大坝填筑施工工艺。

1.2 试验内容

试验的主要工作是对坝体拟用填筑料进行试验，包括主堆石料、次堆石料、过渡料、垫层料和特殊垫层料。试验碾压次数分别为6、8、10，铺料厚度均为80 cm。碾压参数、试验所需设备及碾压机械技术参数分别见表1、2、3。

1.3 试验基本步骤

（1）每场碾压试验前，按照规划先在平整碾压好的场地有效面积内布置长方形网格。本处对主堆石料的试验进行分析，主堆石料由料场爆破料经筛分后按要求选取。本次试验将位于后坝区一块60 m×45 m（长×宽）=2 700 m2的区域设置为试验场所，碾压试验前打桩划线并将试验场地整平后碾压密实，试验场地平面布置见图2。

表1 大坝主堆石料技术参数表

表2 碾压试验设备表

表3 平碾（振动）技术参数表

图2 碾压场地平面布置示意图（单位：m）

（2）主堆石料从采料场装料后通过自卸汽车运送到碾压试验场所并采用进占法卸料，人工筛选出超径大石、控制铺料厚度，使用推土机推平。根据场外控制测点在铺料表面布设场内控制点并使其与基础测点保持铅直向重合，测量铺料厚度达到设计要求后使用振动平碾碾压。

（3）碾压试验前需对铺摊完毕的石料进行洒水加湿，洒水量一般控制在10%～20%之间，并保持铺料的厚度不变。碾压采用全碾错距碾压，搭接宽度为30 mm并将碾速控制在2～3 km/h内，碾压机械采用德国宝马格BW219-DH型振动平碾，碾压遍数分别按照2、4、6、8、10设置，每隔2遍检测1次沉降值。碾压6、8、10遍时需进行挖坑取样，采用灌水法来测定所取样品的渗透系数和干密度并通过烘干法来测定样品的含水率，每一次试验均收集碾压料测定颗粒分析。

（4）根据施工组织设计，确定试验过程中使用石料的开采方法、运输卸料、铺料碾压方式与计划施工的方法完全一致。观察料场碾压前后发生的变化及现象，记录松渣厚度与压实后的料层厚度。

2 试验成果

2.1 填筑石料的设计技术指标

试验应以相关标准、规范为依据，针对设计指标进行，设计填筑石料技术指标见表4。

2.2 试验成果与分析

根据试验所得数据进行汇总，以便于进行相关指标的比较和分析，主堆石料碾压成果见表5，主堆石料碾压试验后颗粒分析的级配曲线见图3。

通过对主堆石料碾压前进行颗粒分析来判断，试验所采用的堆石料颗粒级配均在设计要求的主堆石料（3B1）颗粒级配包络曲线范围内。主堆石料在碾压试验后级配依然连续，在碾压试验进行8遍后孔隙率为17.3%，压实平均干容重为2.19 g/cm3。该2项指标均能满足设计要求，碾压试验前后大于60 mm的砾石含量分别为76%和53%，说明主堆石料中砾石含量的破碎较为明显，可分类为碎石混合土。通过沉降率与碾压试验的遍数关系曲线图可以推断出，碾压6～8遍后沉降率和干容重的增幅变化较大，当碾压遍数达10遍后则趋于平稳。挖坑试验发现中大小石料无架空现象，石料之间咬合充填非常紧密。

表4 坝体填筑料设计技术参数表

表5 主堆石碾压成果汇总统计表

从试坑渗水情况看：碾压后的坝体透水性能良好，完全满足坝体主堆石料渗透性要求。主堆石料（3B1）在施工过程中达到设计压实质量的技术指标为： （1）铺料厚80 cm；（2）碾压遍数不少于6～8遍。在保证压实质量和最大工效的前提下，同时考虑施工平起填筑的需要，坝料在填筑施工前必须严格控制级配并按特性及用途分类填筑。

图3 坝体主堆石料颗粒分析级配曲线图

2.3 施工工艺及施工控制参数

根据试验成果分析，主堆石料铺层厚度按照80 cm控制，铺料时有意混合粒径大小不一的石料，避免堆石块体搭配不均匀。石料填筑前应集中洒水加湿，所加水量应控制在15%～20%。施工质量控制参数技术指标见表6。

表6 施工过程控制参数表

2.4 注意事项

（1）堆石区内的施工便道，在填筑前必须清除。临时施工便道的路基需进行压实，并设置于填筑压实合格的坝段。

（2）混凝土建筑物、岸坡与主堆石区之间的接触带，应回填过渡料，宽度宜为1～2 m。

（3）坝体堆石区纵、横2个方向的接坡施工宜采用台阶收坡法，台阶宽度一般不小于1 m。接坡部位分次填筑的高差应严格控制、不宜过大。作业空间有限时可以按稳定边坡的情形进行收坡施工，回填接坡铺料前应进行削坡处理，并严格控制碾压质量。

（4）填筑料卸车后应及时摊铺并使碾压面平整，铺料厚度的控制应贯穿施工过程，不能出现超厚或超薄的情况。

（5）大坝下游护坡宜采用机械设备进行整坡、堆码，或使用人工干砌，石块之间应嵌合牢固。护坡石料以大尺寸为宜，一般与大坝主体填筑同时施工。

3 结语

通过试验成果分析，证明设计相关指标是合理的，并为下一步的筑坝施工提供了科学的施工控制参数，完全能够满足施工要求。我国混凝土面板堆石坝的施工技术还在不断地发展革新中，随着日后科技的持续进步，更多的新设备、新材料、新工艺以及新技术将会被逐渐用于水利水电工程建设中，从而促进国家基础建设的发展。

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2015-08-12）

雷海生 男 高级工程师 云南招标股份有限公司 云南昆明 650106