新疆阿尔塔什水利枢纽面板堆石坝砂砾石料填筑施工工艺研究

陈立博 谭峰屹 胡哲猛 张正勇 包永侠 刘英标 张芳军

摘要：阿尔塔什水利枢纽挡水坝坝体填筑体的填筑料为砂砾料，通过现场砂砾料碾压试验，验证了设计参数，并提出了相应的阿尔塔什水利枢纽大坝砂砾料填筑施工工艺和施工参数。研究表明：①从C3料场水下、水上两部分开采出来的砂砾料，充分搅拌后，其颗粒级配满足设计要求，可作为大坝的填筑料。填筑施工时，铺料厚度为80cm，不洒水，采用后退法和进占法相结合的方式进行铺料。32t振动平碾碾压机械以2.8km/h的速度按“进退法”碾压10遍，条带之间搭接10～20cm。碾压10遍后，砂砾料的相对密度即可满足不小于0.90的要求。②从C3料场采出来的砂砾料，当洒水量（体积法控制加水量）为10%～15%之间时，可作为大坝的填筑料。填筑施工时，铺料厚度为90cm，采用进占法进行铺料。32t振动平碾碾压机械以2.8km/h的速度按“进退法”碾压10遍，条带之间搭接10～20cm。碾压10遍后，砂砾料的相对密度即可满足不小于0.90的要求。

关键词：面板堆石坝;填筑料;砂砾石;施工工艺;阿尔塔什水利枢纽工程;新疆

中图法分类号：TV641.4

文献标志码：A

1工程概述

阿尔塔什水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区南疆喀什地区莎车县霍什拉甫乡和克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县的库斯拉甫乡交界处，是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程。该水利枢纽是叶尔羌河干流梯级规划中“两库14级”的第十一个梯级，在保证向塔里木河生态供水和灌溉用水的前提下，满足防洪、發电等综合利用功能，为大（一）型I等工程。

阿尔塔什水利枢纽挡水坝为混凝土面板砂砾石堆石坝。坝长795m，最大坝高18m，填筑方量约180万m3，库容21.29亿m3。混凝土面板砂砾石堆石坝坝顶宽度12m，坝长795m，坝底宽度572m，坝高164.8m，坝顶采用混凝土路面，面层厚度0.2m。防浪墙顶高程1827m，填筑高程1825.8m。上游坝坡坡度比为1：1.7。下游坝坡坡度比为1：1.6，在下游坡设15m宽、纵坡为8%的“之”字形上坝公路，最大断面处下游平均坝坡坡度比为1：1.89。大坝面板坝体填筑体的填筑料为砂砾料，主要来自Cl和C3料场，相对密度0.9，取用料场全料。

研究表明，不同的填筑料必须要经过现场碾压试验以获取相应的施工工艺和施工参数。将砂砾料作为填筑料，尽管已经有过相应的施工工艺研究，但不同地域的砂砾料有其独特的工程地质特性。因此，有必要通过现场的碾压试验研究并结合室内试验综合分析，验证设计参数，并提出相应的阿尔塔什水利枢纽大坝砂砾料填筑施工工艺和施工参数。

2料场概述

由于工程填筑量较大，而C1、C3两个砂砾料场的水上、水下有用层合计总储量为2640万m3，用作坝壳填筑料，各项指标均满足技术要求，取用料场全料。Cl料场位于上坝址上游左岸，距上坝址3～4km，为叶尔羌河流河漫滩和1级阶地，呈长条状分布。C3料场位于坝址阿尔塔什水电站河床、河漫滩及1级阶地，距坝址1.5～7.8km。岩性作为第四系全新统冲积砂卵砾石，料场北侧上部为洪积含土碎石覆盖。

3材料性能及碾压机械

碾压试验的砂砾料主要来源于砂砾石C3料场开采料，其颗粒级配如表1所示。

根据设计上、下包线及平均线采用剔除法进行计算后的颗粒级配进行分析，设计上包线与下包线小于5mm含量相差2.8%，变化量较小，故该砂砾石料碾压试验采用碾压场每个区的3组颗粒级配平均值进行了最大干密度、最小干密度试验。其中，最大干密度最大值为2.33 g/cm3，最小值为2.26g/cm3，平均值为2.29g/cm3;最小干密度最大值为2.00g/cm3，最小值为1.94g/cm3，平均值为1.98g/cm3。

碾压机械为32t的Y232Y2型振动碾压机，碾宽2.2m，振动频率在0～28Hz之间，名义振幅为1.83mm，激振力为590kN，属于无级可调。

4试验方案

根据设计目标，即砂砾料的相对密度满足大于0.9的要求，大坝砂砾料振动平碾碾压试验采用32t的振动平碾碾压，取3种铺料厚度，分别为80，90cm和100cm。其中，铺料厚度为80cm和100cm时，采用水上部分和水下部分（比例为1：1）结合开采方式，不洒水直接进行试验，此时，80cm和100cm铺料含水率分别为5.0%和10.O%（体积比）;铺料厚度为90cm时，通过前期的室内不同加水量下的最大干密度试验及结合现场不同洒水量碾压试验参数，确定采用5%、10%和15%这3种洒水量进行试验，采用现场的加水系统进行洒水。通过加水系统的不同加水时间检测含水率以保证洒水的均匀性。通过上述碾压试验，研究大坝填筑料砂砾料的最优铺料厚度和最优碾压遍数。碾压试验的试验内容如表2所示。

不洒水直接铺料，采用后退法和进占法相结合的方式;洒水后再铺料，则采用进占法。推土机平整后，静压一遍测量铺料厚度，其误差范围以小于10%为限。

试验用料均来自砂砾石C3料场，其中，铺料厚度为80cm和100cm的试验用料，为水上、水下两部分开采出来的砂砾料，将两种料进行充分搅拌后不洒水直接摊铺;铺料厚度为90cm的试验用料，为水上部分开采出来的砂砾料，按照5.0%、l0.0%和15.0%的洒水量（体积法控制加水量）洒水，充分搅拌后再摊铺。

摊铺完毕后，进行碾压。碾压速度为2.8 km/h，条带之间搭接10～20cm，按“进退法”碾压，碾压遍数按一进一退2遍计算。

5试验成果分析

首先通过粗颗粒土相对密度试验法获得砂砾料的最大、最小干密度，然后当现场碾压6，8，10遍时，通过挖坑灌水法和筛分法获得砂砾料的现场密度和颗粒级配，并进行含水率试验获得填筑料碾压前后的含水率。

5.1平均压实沉降量

在32t振动平碾碾压和不同铺料厚度条件下，不洒水直接摊铺碾压的砂砾料平均压实沉降量与碾压遍数的关系如图1所示。

（1）铺料厚度为80cm、碾压6～8遍时的沉降速率为0.90cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为4.7cm;碾压8～10遍时的沉降速率为0.15cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为5cm。

（2）铺料厚度为100cm、碾压6～8遍时的沉降速率为0.45cm/遍;碾压至第8遍时的平均压实沉降量为5.2cm;碾压8～10遍时的沉降速率为0.20cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为5.6cm。

（3）碾压至第8遍时，80cm铺料厚度的平均压实沉降量占全部平均压实沉降量的94%;碾压至第10遍时，平均压实沉降量逐渐趋于稳定。碾压至第8遍时，100cm铺料厚度的平均压实沉降量占全部平均压实沉降量的93%;碾压至第10遍时，平均压实沉降量仍未趋于稳定。

因此，在32t振动平碾、不同铺料厚度、不洒水的条件下，砂砾料的平均压实沉降量随着碾压遍数的增加而增加，沉降速率随着碾压遍数的增加而减小。相同条件下，80cm铺料厚度的压实效果优于100cm铺料厚度的压实效果。

在32t振动平碾、90cm铺料厚度以及不同含水率条件下，砂砾料平均压实沉降量与碾压遍数的关系如图2所示。

（1）当铺料厚度为90cm.洒水量5%条件下，碾压6～8遍时，砂砾料沉降速率为0.05cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为2.7cm;碾压8～10遍时的沉降速率为0.05cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为2.9cm。由于沉降速率并未减小，因此碾压至第10遍时，砂砾料的平均压实沉降量仍未稳定。

（2）当铺料厚度为90cm、洒水量10%条件下，碾压6～8遍时，砂砾料沉降速率为0.20cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为2.8cm;碾压8～10遍时的沉降速率为0.05cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为2.9cm。

（3）当铺料厚度为90cm、洒水量15%条件下，碾压6～8遍时，砂砾料的沉降速率为0.5cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为3.2cm;碾压8～10遍时的沉降速率为0.00cm/遍，碾压至第8遍时的平均压实沉降量为3.2cm，说明碾压至第8遍的时候，砂砾料已经达到最大平均压实沉降量，且已经稳定。

（4）在90cm铺料厚度的条件下，碾压至第8遍时，洒水量5.0%、10.0010和15.0%的砂砾料的平均压实沉降量分别占全部沉降量的97.O%、97.0%和100.0%;碾压至第8遍的时候，15.0%洒水量的砂砾料平均压实沉降量已经稳定。

因此，在32t振动平碾、90.0cm铺料厚度、不同洒水量的条件下，砂砾料的平均压实沉降量随着碾压遍数的增加而增加;10.O%和15.O%洒水量的砂砾料的沉降速率随着碾压遍数的增加而减小;5.0%洒水量的砂砾料沉降速率并未减小。从沉降速率的收敛趋势判断，15.0%洒水量的收敛效果最好，其次10%洒水量，而5%洒水量未收敛，有继续沉降的趋势。

5.2相对密度

在32t振动平碾碾压和不同铺料厚度条件下，不洒水直接摊铺碾压的砂砾料相对密度与碾压遍数的关系如图3所示。

由图3可知，在该条件下，砂砾料的相对密度均随着碾压遍数的增加而增大，当碾压至第10遍时，80cm铺料厚度和100cm铺料厚度的砂砾料相对密度分别为0.92、0.83。

在32t振动平碾、90cm铺料厚度、不同洒水率条件下，砂砾料相对密度与碾压遍数的关系如图4所示。由图4可知，在该条件下，砂砾料的相对密度均随着碾压遍数的增加而增大。当碾压至第8遍时，5.0%、10.0%和15.0%洒水量的砂砾料的相对密度分别为0.83、0.86和0.89;当碾压至第10遍时，5.0%、l0.0%和15.0%洒水量的砂砾料的相对密度分别为0.89、0.92和0.94。因此，碾压至第10遍的时候，10.0%和15.0%洒水量的砂砾料的相对密度均能达到0.90以上。

5.3含水率

由图5可知：①在32t振动平碾碾压和不同铺料厚度条件下，不洒水直接摊铺碾压的砂砾料含水率与碾压遍数的关系不明显。②在32t振动平碾、90cm铺料厚度、不同洒水量条件下，砂砾料相对密度与碾压遍数的关系也明显。经初步分析，在碾压过程中，砂砾料含水率数值很小，且变化不大，可能是由于砂砾料中细料含量较少造成。

5.4颗粒级配

在32t振动平碾碾压，80cm、100cm铺料厚度的砂砾石颗粒级配曲线如图6所示。90cm铺料厚度条件下，5.0%、10.0%和15.0%洒水量的砂砾石颗粒级配曲线如图7所示。砂砾石的不均匀系数和曲率系数分别如表3和表4所示。

图6和图7表明，从颗粒级配来看，碾压后粒径分别小于5.000mm和0.075mm的砂砾石各粒径含量随碾压遍数增加而无明显变化。

表3和表4表明，碾压后砂砾石各粒径含量，尤其是分别小于5.000mm和0.075mm的含量隨碾压遍数增加而无明显变化。因此，碾压后砂砾石颗粒级配的不均匀系数和曲率系数变化规律并不明显。

6结论

（1）从C3料场水下、水上两部分开采出来的砂砾料，将其充分搅拌后，其颗粒级配满足设计要求，可作为大坝的填筑料。填筑施工时，铺料厚度为80cm，采用后退法和进占法相结合的方式进行铺料。32t振动平碾碾压机械以2.8km/h的速度按“进退法”碾压10遍，条带之间搭接10～20cm。碾压10遍后，砂砾料即可满足相对密度大于0.90的要求。

（2）从C3料场采出来的砂砾料，当洒水量（体积法控制加水量）为lO%～15%之间时，可作为大坝的填筑料。填筑施工时，铺料厚度为90cm，采用进占法进行铺料。32t振动平碾碾压机械以2.8km/h的速度按“进退法”碾压10遍，条带之间搭接10～20cm。碾压10遍后，砂砾料即可满足相对密度大于0.90的要求。

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