水利工程面板堆石坝碾压技术

何东智

摘要：新时期，水利工程的广泛建设，利国利民。为了不断提高施工水平，要重视结合有效的施工技术，以保证水利工程建设质量。目前水利工程传统技术已不能将堆石体密实度进一步提高，而碾压技术可以提高堆石的密实度，并可极大提高碾压速度。

关键词：水利工程;面板堆石坝;碾压技术

引言

水资源是地球上最宝贵的资源之一，这里说的水资源是淡水资源。但是由于地理位置或者气候环境的影响，水资源分布不均，导致有很多地方的淡水资源不足，这就需要水利工程发挥作用了。南水北调，三峡水利工程等等这些都是非常有名的水利工程，给人们的生活带来很大的方便。

1我国在面板堆石坝方面的研究

我国在混凝土面板堆石坝的材料特性研究、本构关系模型建立和数值计算方面居世界先进水平。面板堆石坝的材料性质与以往有所不同;而刚性的厚度很薄的混凝土面板与堆石料及垫层过渡料之间的接触面及其相互作用是这种坝型的关键技术问题。所以各种接触面的本构关系模型在大量试验的基础上被提出和改进。在数值分析中，面板的应力、变形与开裂等往往是受到最大关注的问题。另一方面，堆石料湿化变形和随时间持续的变形或称为流变、蠕变性也被人们所发现和得到重视，因为这可能使面板的工作条件和状态恶化，在本构模型和数值计算中不能不考虑到这一情况。沈珠江在堆石料室内试验的基础上，提出了指数衰减数学模型，并用这一模型计算天了生桥一级面板堆石坝，发现堆石体的流变可显著地加大面板脱空的可能性。

2工程概述

某水电站枢纽挡水大坝为混凝土面板堆石坝，钢筋混凝土面板堆石坝防浪墙顶高程为2666.0m，坝顶高程为2664.8m，最大坝高为88.8m，坝顶宽度8.0m，坝顶长217.39m，上游坝坡1：1.45，防浪墙断面为“L”型重力式挡墙型式。坝体上游侧设水平宽度为3.0m的垫层料和水平宽度为3.0m过渡料。其后为主堆石区和次堆石区。坝前混凝土面板采用C30混凝土，面板底部最大厚度为55cm，顶部最大厚度为30cm;在面板上游侧2617.0m高程以下设置上游铺盖。后坝坡采用干砌块石护坡。坝体底部最大宽度为243.26.m。为了确保本工程面板堆石坝的施工质量，特针对面板堆石坝的碾压技术进行试验分析。

3面板堆石坝的碾压试验

3.1碾压试验的目的

在本水电站面板堆石坝浇筑之前，必须通过碾压试验，从而为后期的碾压施工提供合理的碾压参数，确保面板堆石坝可以达到设计要求的压实密度和孔隙率，在实验过程中主要是对以下碾压参数进行确定：（1）确定本工程合适的填筑压实机械。（2）确定不同铺料厚度的碾压施工要求，确定最佳的铺料厚度、洒水量和碾压遍数。

3.2碾压实验的步骤和方法

（1）根据类似工程实践经验，碾压施工前，应首先制定面板堆石坝碾压施工的相关参数，然后采用逐步收敛法，调整其中一个参数产生连续性的变化，而保持其他参数固定不变，最终通过碾压施工试验得出面板堆石坝碾压施工该参数的最佳取值。最后以此类推，对所有的与碾压施工相关的参数逐一进行参数的最佳取值确定。并通过复核试验，确保所采用的碾压技术的相关参数均符合本工程的面板堆石坝设计要求。此外，本工程在对面板堆石坝的石料选择方面，采用了上游料场作为面板堆石坝的主堆石料，上游砂砾石料场作为面板堆石坝的次堆石区砂砾石料，其他堆石料则采用了生产系统中的成品料。（2）碾压试验参数初拟定为：对于本工程面板堆石坝的主堆石区的铺层厚度选择80cm和100cm两个碾压试验参数;对于本工程面板堆石坝的过渡区则选用40cm和50cm两个碾压试验参数;对于本工程面板堆石坝的垫层区则选用30cm和40cm两个碾压试验参数。在碾压次数的参数选定方面，采用了6遍、8遍和10遍三个不同的试验参数。（3）试验场地布置：结合本工程实际特点，碾压试验在坝体外进行，具体位置选择为大坝下游左岸河滩地附近一合适位置，其长度约为30m，宽度约为28m。对于每一个碾压试验铺层厚度，均设置6遍、8遍和10遍三种试验单元。同时为了便于对压实沉降量的计算和测量，在试验段的每个单元里均布置了长200cm，宽150cm的方格网。（4）布置方格网测点：首先采用长200cm，宽150cm的方格网对每一个碾压试验单元进行布置，并在面板堆石坝的试验填筑区设置了一些控制基桩。为了便于采用水准仪测量面板堆石坝碾压施工后的沉降测量，对每一个网格测点设置了不同的颜色和编号，并放置了水准尺垫。（5）碾压：本工程采用振动碾压技术进行施工，在碾压过程中对振动碾压技术相关的工作参数进行了詳细的记录：①根据设计要求，对自行式振动碾压车辆的形式速度、碾压遍数以及加水量进行了控制;②在碾压试验过程中，应尽量确保不错距碾压，同时应确保在碾压施工过程中处于同一个碾压带上，进行前进和后退的碾压试验;③对于相邻的碾压带，应至少确保10%以上的振动滚筒宽度压痕，同时注意避免重叠。（6）试验检测：根据碾压实验的要求，分别对不同碾压次数，进行压实干密度，含水量、渗透系数及颗粒级配等参数的测量和分析，且每一个碾压试验单元军应用采用2个以上的数据的平均值作为最终的试验值。

4面板堆石坝的碾压施工

4.1工艺分析

（1）碾压技术对面板坝垫层料、过渡料、主堆石料和次堆石料碾压均适用。垫层料碾压由于其上游边缘对行驶振动碾比较危险，故垫层料可用振动碾碾压，但由于振动碾只承担这一部分的振压，施工单一，可以与其它部分的冲碾施工速度相匹配。（2）冲击碾压要求的场地在长度方向要大于60m，才能达到所要求的铭牌速度;其宽度最小要求18m，以便能顺利转弯。（3）只要按前进法铺料、推土机平场、无论三边碾还是五边碾都可直接进行碾压而不需振动碾先进行平整。（4）边角需要辅以振动碾和夯板辅助。一方面将这一辅助工作量减到最小，另一方面由于主体密实度大，边角部分的楔形体体量很小，在坝轴方向一边受基础约束，另一边受碾压堆石主体的约束，其本身也比较密实，不可能有不利的变位产生。

4.2碾压施工准备

（1）基底处理：由于本工程该试验段为原河床段，地基为砂卵石地基，所以依据坝址填筑基础面处理设计要求，对原地面进行碾压密实。（2）测量放线：根据设计要求，对碾压试验场地边线进行放线，并放好护桩和水准点，测量基础面高程。

5结束语

在水利工程中，面板堆石坝因其具有防渗性能强，施工成本低等优点，在水利工程中的应用日渐广泛，其施工质量的高低也备受社会各界的关注。而面板堆石坝的碾压技术在选择过程中，碾压参数的不同，对面板堆石坝的干密度、渗透性能等的影响也不尽相同。因此，相关工作者在进行面板堆石坝施工过程中，必须重视碾压技术的选择，通过科学的试验和计算，选择符合当前年水利工程实际情况的碾压技术，提高面板堆石坝的施工质量，确保水利工程的可持续发展。

参考文献：

[1]国家电力公司水利水电规划设计总院.混凝土面板堆石坝设计规范[M].北京：中国电力出版社，2000.

（作者单位：贵州水利实业有限公司）