吉勒布拉克面板堆石坝碾压试验

□豆云霞 □徐 超（中国水利水电第十一工程局有限公司）

吉勒布拉克面板堆石坝碾压试验

□豆云霞 □徐 超（中国水利水电第十一工程局有限公司）

碾压是混凝土面板堆石坝控制施工质量的关键工序,在进行大坝大规模填筑前必须进行碾压试验。吉勒布拉克面板堆石坝地处我国北方高寒地区，坝高140.60 m，为了研究大坝填筑料在不同加水量下的碾压效果，确定经济合理的施工压实参数；验证并核实填筑料的碾压施工参数、设计填筑质量控制标准；检验所选用的碾压机械的适应性和可靠性等，在坝体填筑前对几种筑坝材料进行了现场碾压试验。

吉勒布拉克；面板堆石坝；填筑料；碾压试验

1 工程概况

吉勒布拉克水电站工程位于新疆阿勒泰地区哈巴河县境内的哈巴河上，该工程由大坝、泄洪、引水建筑物及地面厂房等主要建筑物组成。大坝为混凝土面板堆石坝。坝顶高程756.30 m，防浪墙顶高程757.50 m，坝顶宽度为8.00 m，坝长473.50 m，最大坝高146.30 m，上游坝坡1:1.50，下游马道间边坡1:1.30，坝体填筑料分区填筑。混凝土面板堆石坝坝体各区压实质量的好坏是控制沉降变形、坝体稳定和防止面板裂缝的关键。因此，在坝体填筑前，模拟现场实际施工情况，对几种筑坝材料进行了现场碾压试验。

2 大坝各分区设计要求及堆石料室内试验

大坝主堆石料采用该工程P4料场爆破石料，岩性为斜长花岗岩；垫层料和特殊垫层料选自C4-1料场，岩性为第三系风化石英砂砾料；过渡料采用C2料场冲积砂卵砾石；次堆石料为爆破料及开挖石渣料。

3 碾压试验目的

研究各种坝料不同加水量的碾压效果，确定经济合理的施工压实参数，包括不同填筑材料的铺料方式、铺料厚度、碾压机具（振动碾型号、重量）、碾压遍数、行走速度、加水方式和加水量等;验证与核实设计填筑料的碾压施工参数、设计填筑质量控制标准；研究和完善填筑施工工艺和措施，制定填筑施工实施细则。

4 试验过程及方法

4.1 试验料源

对大坝垫层料、垫层小区料、过渡料、主堆石料和次堆石料进行现场填筑碾压试验。坝料均从指定料场经级配试验检测，满足设计级配要求后采取。

4.2 试验场地布置

根据吉勒布拉克工地现场情况，碾压试验场地统一安排在2#利用料场，场地先用推土机进行整平，局部人工精平，振动碾碾压8～12遍，按沉降观测方格网(2 m×2 m)进行高程测量，整体高程起伏差≤10 cm，且基底沉降已稳定。垫层料、过渡料每个试验单元尺寸为6 m×8 m，试验场地尺寸均为30 m×30 m；主堆石料和次堆石料每个试验单元尺寸为10 m×15 m，试验场地尺寸为35 m×48 m。

4.3 试验设备的选型

吉勒布拉克面板堆石坝垫层料和过渡料采用YZ18JC型18t自行式振动碾；主堆石料和次堆石料采用YZ26C型26t自行式振动碾；垫层小区料采用C80型液压平板振动夯（配挖掘机用）。

4.4 碾压试验技术要求

吉勒布拉克面板堆石坝现场碾压试验的技术要求见表1。

表1 碾压试验技术要求表

4.5 碾压试验过程

4.5.1 碾压试验程序

碾压试验程序为：基底准备→试料装运→铺料平料→碾前级配试验→虚铺层厚测量→振碾、沉降测量→干密度、级配试验。

4.5.2 试验过程

试料装运、摊铺：采用1.60 m3反铲装15t自卸汽车运输，进占法铺料，铺填层厚由测量人员进行监控。

4.5.2.1 层厚与沉降量测量

场地内洒灰线布置2 m×2 m的方格，每个交点为沉降观测点，并保证每次测量点位置不变。虚铺层厚测量在试料摊铺完成后进行，沉降量测量在每重振碾压2遍后测量1次。

4.5.2.2 加水

按摊铺过程中加水70%，摊铺完成后进行剩余30%的加水，采用洒水车配合水管加水，根据碾压试验技术要求按试料层体积确定加水量。

4.5.2.3 碾压

振动碾在碾压试验区范围外起振，在专人指挥下进行碾压，碾压条带之间采用搭接法碾压，搭接宽度10～20 cm。振动碾行驶平直、稳定，采用高振幅，行车速度控制在2～3 km/h之间。

4.5.2.4 密度检测、级配分析和渗透试验

试验均按《土工试验规程》SL237-1999和《混凝土面板堆石坝施工规范》DL/T5128-2009进行。除垫层小区料采用灌砂法试验外，其它坝料均采用挖坑灌水法检测，每个试验单元布置2个试坑，以2个试坑的平均值为该试验单元的干密度值。级配分析采用筛析法，分别检测碾压前后的颗粒级配。渗透试验根据设计要求，在每个试验单元采用双环试坑注水法进行。

5 碾压试验成果分析

吉勒布拉克面板堆石坝碾压试验填筑料料源、压实机械以及施工作业各环节，均模拟现场实际施工情况进行，共进行了5种坝料7场（42个试验单元）碾压试验，试验成果及分析如下：

5.1 干密度、碾压遍数与加水量之间的关系

5.1.1 主堆石料

由试验数据表明：加水后的干密度比不加水的干密度有所增加，不加水碾压6遍干密度值未达到控制干密度值，加水10%碾压6遍干密度值基本满足控制干密度的要求，但平行取样的其中一组数据低于控制干密度2.16 g/cm3；碾压8遍的干密度完全能够满足控制干密度的要求，碾压10遍比碾压8遍的干密度值略有增加。

5.1.2 垫层料

由试验数据可以看出：碾压遍数相同时，干密度随加水量的增加而略有增加；加水量相同时，干密度随碾压遍数的增加呈递增趋势。能够满足设计要求的试验单元有：碾压8遍，加水5%；碾压8遍，加水10%；压6遍，加水10%。

5.1.3 过渡料

由试验数据可以看出，加水量相同时，干密度随碾压遍数的增加呈递增趋势，碾压8遍后的干密度已满足设计指标，且碾压10遍后增加量已经很小；碾压遍数相同时，加水10%的干密度比不加水的干密度有所提高。

5.1.4 垫层小区料

由试验数据可以看出，加水5%采用液压夯板压实10s的干密度满足设计指标。

5.1.5 次堆石料

由试验数据表明：碾压遍数相同时，干密度随层厚的增加呈递减趋势。层厚为80 cm时，碾压6遍的干密度值未达到控制干密度值；碾压8遍的干密度完全能够满足控制干密度的要求，碾压10遍比碾压8遍的干密度值略有增加。层厚为100cm时，碾压6遍和碾压8遍的干密度值均未达到控制干密度值；不加水碾压10遍的干密度未达到控制干密度的要求，加水10%的平行取样中均有一组数据低于控制干密度2.17 g/cm3；层厚为120 cm时，碾压6、8、10遍的干密度值均未达到控制干密度值。

5.2 沉降测量结果

通过沉降测量结果表明：碾压遍数与沉降量的关系是正相关的，加水量相同时，沉降量随碾压遍数的增加呈递增趋势，同时各种筑坝材料随着碾压遍数的增加，而沉降量的增加幅度逐渐减缓。各坝料碾压8～10遍之后，沉降已基本稳定。

5.3 颗粒级配分析试验结果

垫层料、过渡料和垫层小区料采用天然骨料，碾压前后颗粒级配变化不大，且均满足设计级配要求。主堆石料在不加水情况下碾压前后颗粒级配变化不大，但加水碾压后颗粒级配稍有变化，主要表现为100 mm以上的颗粒有所减少，100 mm以下的颗粒有一定增加。

5.4 渗透系数试验结果

渗透系数试验采用双环试坑注水法进行，碾压后的垫层料渗透系数在10-3～10-4cm/s之间，主堆石料碾压后的渗透系数＞10-2cm/s，达到设计孔隙率或相对密度后，经检测渗透系数均满足设计要求。

6 结语

根据填筑碾压试验确定的大坝填筑压实参数见表2。

表2 大坝填筑料压实参数表

施工过程中，应严格控制各种坝料的级配，试验料的级配曲线在设计包络线内连续,属良好级配,故碾压效果较好。铺料厚度相同时，干密度随压实遍数的增加而增大，碾压8～10遍后的干密度变化已不大。填筑料总沉降量也随碾压遍数的增加而增大，各种筑坝材料均具有随着碾压遍数的增加而沉降量的增加幅度逐渐减缓的特点。堆石料加水可使岩块表面润滑、软化,从而减少颗粒间相对位移时的摩阻力和增加咬合力而利于压实，同时在振动的作用下适量加水,对提高大坝堆石体压实密度、减少坝体运行期沉降量是有利的。根据试验结果，不加水情况下碾压8遍也可以满足设计要求的孔隙率，且沉降已基本趋于稳定，考虑到工程所在地为严寒地区，因此在冬季施工时堆石料采用不加水填筑施工。

（责任编辑：刘 青）

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