阿尔塔什大坝天然砂砾石料填筑施工参数的选择

包永侠，唐德胜

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第11个梯级，挡水坝为混凝土面板砂砾石堆石坝，水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位1 820 m，电站装机容量755 MW。

阿尔塔大坝最大坝高164.8 m，坝顶宽12 m，坝长795 m。坝体填筑分区从上游至下游分别为上游盖重区1B、上游铺盖区1A、垫层料区2A、特殊垫层区2B、过渡料区3A、砂砾料区3B、爆破料区3C、水平排水料区3D。大坝填筑总量约2 494万m3，其中，砂砾料约1227.8万m3，过渡料约59万m3，垫层料约36.6万m3。

砂砾石取自河床上游C1及下游C3料场。C1料场位于坝址上游左岸，距坝址3～4 km，为叶尔羌河流河漫滩和Ⅰ级阶地，料场无用层厚0～1.0 m，平枯水期水上有用层厚3～4 m；C3料场位于坝址至阿尔塔什水电站河床、河漫滩及Ⅰ级阶地，距坝址1.5～7.8 km。水上、水下有用层合计总储量为2 520万m3。开采料直接用于坝壳填筑，各项指标均满足设计技术要求。

由于工程具有河床砂砾石料分布广，料源质量差异大及位于新疆干旱寒冷地区等条件，为保证工程施工质量，在碾压试验中重点针对不同碾压设备、铺料厚度、加水量进行综合研究，以确定合理的施工工艺参数。

2 碾压设备选择

砂砾石料施工过程中，碾压设备对施工质量和经济性影响很大。在设计指标确定的情况下，设备选择不合理可能造成试验无法成功；采用不同设备要达到设计指标可能铺土厚度也不同。

2.1 26 t振动碾碾压试验

对砂砾石料进行现场碾压试验，分别采用洒水量5%、10%，铺料厚度60、80 cm 4种参数组合，26 t振动碾在不同碾压遍数下的压实效果见表1。

表1 26 t振动碾碾压试验结果

试验结果表明，砂砾石料相对密度总体趋势伴随碾压遍数的增加而增大，但随着碾压密实度的增加，压实效率逐渐降低。碾压6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍、12遍至14遍、14遍至16遍时，相对密度分别平均增大0.06、0.04、0.03、0.03、0.02。

按照设计要求标准，砂砾石料相对密度>0.9，26 t振动碾可选择参数为：铺料厚度80 cm，洒水量5%，碾压12遍；铺料厚度60 cm，洒水量5%，碾压10遍。通过经济分析，最后确定施工参数为铺料厚度80 cm，洒水量5%，碾压12遍。

通过分析可知，洒水量大小对砂砾石料的压实效果有明显影响，同样碾压设备、铺料厚度和碾压遍数，洒水量5%和10%的压实效果(相对密度)会有0.02～0.04的差距。因此，碾压时选择洒水量10%更为经济合理。

2.2 32 t振动碾碾压试验

根据26t振动碾碾压试验成果，32 t振动碾进行碾压试验时采用洒水量10%、铺料厚度80 cm、行走速度2.0 km/h和3.0 km/h 2种不同参数组合，在不同碾压遍数下的压实效果见表2。

表2 32 t振动碾碾压试验结果

试验结果表明，砂砾石料相对密度总体趋势伴随碾压遍数的增加而增大，但随着碾压密实度的增加，压实效率逐渐降低。碾压6遍至8遍、8遍至10遍、10遍至12遍时，相对密度分别平均增大0.06、0.04、0.02。

按照设计要求标准，砂砾石料相对密度>0.9，32 t振动碾可选择参数为铺料厚度80 cm，洒水量10%，碾压8遍，行走速度为2.0 km/h；铺料厚度80 cm，洒水量10%，碾压10遍，行走速度为3.0 km/h。通过经济分析，最后确定32 t振动碾施工参数确定为铺料厚度80 cm，洒水量10%，碾压10遍，行走速度为3.0 km/h。

2.3 平行对比试验

采用32、26 t 2种不同碾压机具按照铺料厚度80 cm、洒水量10%、行走速度3.0 km/h进行现场碾压试验，试验成果见表3。

表3 不同碾压设备的现场碾压试验结果

由表3可知，采用不同吨位振动碾进行砂砾石料现场碾压试验，在相同碾压遍数下，振动压实得到的砂砾石料相对密度的趋势是32 t振动碾>26 t振动碾，其偏差在0.04～0.07之间，相对密度比值在91.9%～95.9%之间。26 t振动碾需碾压12遍后，每碾压2遍间的相对密度才小于0.03；而32 t振动碾碾压10遍后，每碾压2遍间的相对密度就小于0.03。同样铺料厚度、碾压遍数下，26 t与32 t振动碾相对密度差最小为0.04。

综上，说明不同吨位的振动碾对砂砾石压实效果明显，砂砾石碾压过程需认真选择碾压设备。

3 铺料厚度研究

采用不洒水、32 t振动碾、行走速度3.0 km/h、铺料厚度分别为60、80、100 cm的3种参数组合进行砂砾石料现场碾压试验，在碾压6遍后对压实质量进行检测，结果见表4。

表4 不同铺料厚度碾压试验结果

由表4可知，在相同碾压遍数下，采用60 cm铺料厚度比采用80 cm铺料厚度相对密度大0.01～0.05；采用60 cm铺料厚度比采用100 cm铺料厚度相对密度大0.06～0.15；采用80 cm铺料厚度比采用100 cm铺料厚度相对密度大0.01～0.05。

在分析不同铺料厚度的砂砾石料压实质量时发现，采用不洒水碾压，铺料厚度60 cm与80 cm每碾压2遍偏差、80 cm与100 cm每碾压2遍偏差相加等于60 cm与100 cm碾压2遍偏差。本工程爆破料的现场碾压试验也发现相同规律。

综上可知，在不洒水的情况下32 t振动碾需要在铺料厚度60 cm、碾压12遍后才可以满足设计要求，相比洒水10%、铺料厚度80 cm、碾压10遍满足设计要求，不洒水施工效率将降低约40%。

4 洒水量研究

采用32 t振动碾、行走速度3.0 km/h、铺料厚度80 cm分别进行不洒水、洒水5%、10%3种参数组合进行砂砾石料现场碾压试验，试验结果见表5。

表5 不同洒水量碾压试验结果

由表5可知，洒水量对砂砾石料压实度影响较大，尤其是不加水与5%、10%对比，每碾压2遍相对密度相差在0.08～0.10之间。对比洒水量5%和10%的试验结果发现，碾压遍数每增加2遍相对密度相差仅在0～0.02之间，偏差较小，说明采用洒水量5%和10%对砂砾石料碾压密实度影响较小。因为砂砾石料含水率变化主要为P5以下含量含水率的变化，当P5以下粒径组达到饱和含水后，多余水随砂砾石料间隙渗走。从现场施工控制角度考虑，在碾压8遍以上时，洒水量5%可以满足施工质量控制要求，增加洒水对石料压实度提高影响不大。

5 结 论

综上所述，碾压设备、铺料厚度、洒水量是砂砾石料施工过程中的3项关键参数，其中，洒水量对砂砾石料的压实过程影响作用效果较大，砂砾石填筑施工必须洒水作业。在较低的碾压遍数情况下，洒水量对砂砾石料压实效果影响很大，当碾压遍数在6遍以上时，洒水量为5%、10%影响不很显著，说明当碾压遍数高时，合理控制洒水量即可满足设计要求。根据现场碾压试验结果，阿尔塔什大坝砂砾石料碾压遍数在6遍以上时，进行洒水可按照砂砾石料饱和含水控制，增加碾压遍数，当碾压遍数在6～10遍时，可以快速有效提高砂砾石的压实效果，当碾压10遍以上，若无法满足设计指标要求，则需要变更碾压设备类型，提高压实效果。

通过对阿尔塔什大坝砂砾石料进行现场碾压试验，最终确定砂砾石料填筑的施工参数为：32 t自行式振动平碾，铺料厚度80 cm，洒水量10%，碾压10遍，行车速度控制在3 km/h。

截至2017年底，阿尔塔什大坝已完成85 m高坝体填筑，填筑砂砾石料总体积800万m3，施工现场检测砂砾石填筑料的干密度平均值为2.38 g/cm3，施工期间累计最大沉降量为170 mm，沉降率为0.2%，与类似高度的面板堆石坝同建设阶段相比，阿尔塔什面板堆石坝的沉降量较小。工程检测数据表明，在阿尔塔什大坝填筑施工过程中，砂砾石料碾压施工参数合理，通过施工过程的严格管控，大坝填筑质量满足设计要求。

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