泽城西安水电站大坝主堆石料碾压试验成果分析

胡玉会

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概况

山西泽城西安水电站位于山西省左权县境内清漳河干流上。水电站安装4台1 250 kW发电机组，总装机5 000 kW，是以发电为主，兼顾防洪、灌溉及旅游等综合利用的中型水利工程。工程枢纽由混凝土面板堆石坝、溢洪道、导流泄洪洞、引水发电洞和水电站等建筑物组成。

混凝土面板堆石坝最大坝高61.6 m，最大坝顶长度267 m,坝顶宽度10 m。大坝上游边坡1：1.5，下游边坡1：1.4。大坝填筑量为：垫层料（2A）3.91万 m3，大坝底部和坝体过渡料（3A）12.77 万 m3，主堆石（3B）103 万 m3，共计约 120 万 m3。本文论述大坝主堆石料的碾压试验过程及成果分析。

2 试验目的

1）为达到设计要求的有关主堆石料的技术指标，确定主堆石料的施工方法和质量控制标准。

2）核实压实后能达到设计压实干密度值。

3）核实压实机具的性能是否满足施工要求。

4）选定合理的施工参数：铺料厚度、含水量的适宜范围，压实方法和压实遍数。

5）推荐合理的施工程序，良好的施工工艺，作为指导本工程堆石料填筑施工的科学依据。

3 主堆石料设计指标及现场质控指标

根据设计要求并结合工程现场实际，主堆石料设计指标及现场质控指标如表1。

表1 主堆石料设计指标及现场质控指标

4 堆石料性质

1）溢洪道开挖料及石料厂爆破料实测物理力学性质试验成果如表2所示。

据表2，干密度为2 700 kg/m3，大于2 400 kg/m3，饱和强度36.9 MPa，干燥抗压47.1 MPa，软化系数在0.78。

一般认为，岩石饱和抗压强度低于30 MPa为软岩，由此看来，本工程坝料属硬岩石。

表2 石料物理力学性质试验成果

2）堆石料级配现场检测结果如表3所示。

表3 堆石料级配试验成果表

5 试验参数组合

堆石料碾压试验参数组合如表4所示，碾型采用20 t振动平碾。

表4 堆石料碾压试验参数组合

6 碾压试验场地规划

1）碾压试验场地及要求

堆石料试验拟布置在大坝下游原河床右侧河滩上，进行碾压试验。试验前先用推土机将试验区域整平，用振动碾压实，在上面铺一层试验料，用振动碾压实到设计标准，将这一层作为基层，然后在其上进行碾压试验。

2）试验场地面积、铺料要求

堆石料试验场地组合为30 m×50 m，为防止碾压时产生侧向挤压，铺料时每个试验区的两侧（垂直行车方向）均留出一个碾宽，顺碾压方向的两端留出4 m为非试验区，以满足停车和错车需要。

7 碾压试验

1）碾压试验的工艺流程如图1所示。

2）在压实、找平的基础上，按碾压试验场地布置的要求，用白灰线放出试验场地。测量人员在试验场地内取样点上测量高程，并将不同碾压遍数的取样断面引出试验场地以外进行标识。

3）参照类似工程经验，本次试验机械松铺厚度选择80 cm、100 cm两个不同铺料厚度。

4）采用推土机按两个不同的铺料厚度平料，检测人员用测量松铺厚度并测量高程。

5）振动碾采用最大激振力430 kN，行车速度2.0 km/h。碾压遍数采用前进、后退为二遍计，轮压重叠20～30 cm。在设定的区域内分别振压6、8、10遍后，退出试验场地。

6）在不同振压遍数的取样点上，测量人员测高程，试验人员用灌水法检测密度。

图1 碾压试验工艺流程图

8 碾压试验成果

碾压试验干密度检测成果及沉降量测量成果如表5、表6所示。

表5 干密度检测结果

复核试验依据为：在达到设计指标前提下，以最大铺料厚度和最小碾压遍数作为最优组合参数。据表6可以得出结论，最佳铺料厚度为100 cm，最佳碾压遍数为8遍。

表6 压实沉降量测量结果

在最优组合参数情况下（铺料厚度100 cm，碾压遍数8遍），可以计算出沉降量平均值为4.27cm，实际铺料厚度平均值为95.37cm，最终得出最优组合参数松铺系数为1.05。

9 试验成果分析

1）颗粒级配的影响

堆石料颗粒级配，一般用最大粒径、小于某颗粒粒径含量（这里用小于0.075mm和小于5mm颗粒含量）来衡量级配的优劣。通常认为，最大粒径愈大，压实干密度愈高，材料不均匀系数愈大，压实性能愈好，也愈易获得最大的压实密度。但坝料最大粒径决定于铺填厚度，一般最大粒径为铺填厚度的2/3，若最大粒径接近于铺填厚度则大粒径料周围的细料得不到有效压实。

从此次碾压试验成果可以看出，坝料最大粒径偏小，小于5 mm粒径含量偏大，虽然不均匀系数较大，但压实干密度相应偏低。主要原因是因为进场坝料细料偏多，颗粒级配不合理造成的，所以在今后的施工过程中，控制好进场的料源是非常重要的。

2）碾压遍数的影响

从表5可以看出，压实干密度（压实度）随碾压遍数的增加而增大，随铺土厚度的增加而减小，符合一般填筑材料的工程特性。

3）铺土厚度的影响

从试验成果看，铺料厚度为80 cm时，碾压6遍，压实干密度最小值为2 173 kg/m3，最大值为2 211 kg/m3，平均值2 190 kg/m3，平均孔隙率为18.9%，满足设计填筑标准；当机械虚铺厚度为100 cm时，碾压8遍后，压实干密度最小值为2 161 kg/m3，最大值为 2 198 kg/m3，平均值 2 179 kg/m3，平均孔隙率为19.3%。

4）要想满足设计填筑标准，铺料80 cm时，须碾压6遍，铺料100 cm时，须碾压8遍，可见满足设计标准并不容易。

10 结论

综合上述成果分析，现就达到设计指标的碾压参数和施工工艺以及今后施工提出以下几点：

1）根据以前所建工程堆石坝填筑工艺经验，碾压试验加水与不加水压实效果相同，故不加水。

2）考虑到大面积机械化施工时，不可能象碾压试验控制的那样严格，铺料厚度不一定掌握得很准，为了确保质量，铺料厚度小于等于80 cm时，碾压6遍，即可满足设计填筑标准。

3）行车速度一定要按确定的碾压参数严格控制，特别是振动碾，有一个压力和压力波的传递过程，如果行车速度过快，使压力和压力波传递很浅，这样就不能达到预期的目的，降低了碾压效果。