新疆阿爾塔什水利樞紐面板堆石壩砂礫石料填筑施工工藝研究

陳立博 譚峰屹 胡哲猛 張正勇 包永俠 劉英標 張芳軍

摘要：阿爾塔什水利樞紐擋水壩壩體填筑體的填筑料為砂礫料，通過現場砂礫料碾壓試驗，驗證了設計參數，并提出了相應的阿爾塔什水利樞紐大壩砂礫料填筑施工工藝和施工參數。研究表明：①從C3料場水下、水上兩部分開采出來的砂礫料，充分攪拌后，其顆粒級配滿足設計要求，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為80cm，不灑水，采用后退法和進占法相結合的方式進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料的相對密度即可滿足不小于0.90的要求。②從C3料場采出來的砂礫料，當灑水量（體積法控制加水量）為10%～15%之間時，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為90cm，采用進占法進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料的相對密度即可滿足不小于0.90的要求。

關鍵詞：面板堆石壩;填筑料;砂礫石;施工工藝;阿爾塔什水利樞紐工程;新疆

中圖法分類號：TV641.4

文獻標志碼：A

1工程概述

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區南疆喀什地區莎車縣霍什拉甫鄉和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉交界處，是葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程。該水利樞紐是葉爾羌河干流梯級規劃中“兩庫14級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態供水和灌溉用水的前提下，滿足防洪、發電等綜合利用功能，為大（一）型I等工程。

阿爾塔什水利樞紐擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩。壩長795m，最大壩高18m，填筑方量約180萬m3，庫容21.29億m3?；炷撩姘迳暗[石堆石壩壩頂寬度12m，壩長795m，壩底寬度572m，壩高164.8m，壩頂采用混凝土路面，面層厚度0.2m。防浪墻頂高程1827m，填筑高程1825.8m。上游壩坡坡度比為1：1.7。下游壩坡坡度比為1：1.6，在下游坡設15m寬、縱坡為8%的“之”字形上壩公路，最大斷面處下游平均壩坡坡度比為1：1.89。大壩面板壩體填筑體的填筑料為砂礫料，主要來自Cl和C3料場，相對密度0.9，取用料場全料。

研究表明，不同的填筑料必須要經過現場碾壓試驗以獲取相應的施工工藝和施工參數。將砂礫料作為填筑料，盡管已經有過相應的施工工藝研究，但不同地域的砂礫料有其獨特的工程地質特性。因此，有必要通過現場的碾壓試驗研究并結合室內試驗綜合分析，驗證設計參數，并提出相應的阿爾塔什水利樞紐大壩砂礫料填筑施工工藝和施工參數。

2料場概述

由于工程填筑量較大，而C1、C3兩個砂礫料場的水上、水下有用層合計總儲量為2640萬m3，用作壩殼填筑料，各項指標均滿足技術要求，取用料場全料。Cl料場位于上壩址上游左岸，距上壩址3～4km，為葉爾羌河流河漫灘和1級階地，呈長條狀分布。C3料場位于壩址阿爾塔什水電站河床、河漫灘及1級階地，距壩址1.5～7.8km。巖性作為第四系全新統沖積砂卵礫石，料場北側上部為洪積含土碎石覆蓋。

3材料性能及碾壓機械

碾壓試驗的砂礫料主要來源于砂礫石C3料場開采料，其顆粒級配如表1所示。

根據設計上、下包線及平均線采用剔除法進行計算后的顆粒級配進行分析，設計上包線與下包線小于5mm含量相差2.8%，變化量較小，故該砂礫石料碾壓試驗采用碾壓場每個區的3組顆粒級配平均值進行了最大干密度、最小干密度試驗。其中，最大干密度最大值為2.33 g/cm3，最小值為2.26g/cm3，平均值為2.29g/cm3;最小干密度最大值為2.00g/cm3，最小值為1.94g/cm3，平均值為1.98g/cm3。

碾壓機械為32t的Y232Y2型振動碾壓機，碾寬2.2m，振動頻率在0～28Hz之間，名義振幅為1.83mm，激振力為590kN，屬于無級可調。

4試驗方案

根據設計目標，即砂礫料的相對密度滿足大于0.9的要求，大壩砂礫料振動平碾碾壓試驗采用32t的振動平碾碾壓，取3種鋪料厚度，分別為80，90cm和100cm。其中，鋪料厚度為80cm和100cm時，采用水上部分和水下部分（比例為1：1）結合開采方式，不灑水直接進行試驗，此時，80cm和100cm鋪料含水率分別為5.0%和10.O%（體積比）;鋪料厚度為90cm時，通過前期的室內不同加水量下的最大干密度試驗及結合現場不同灑水量碾壓試驗參數，確定采用5%、10%和15%這3種灑水量進行試驗，采用現場的加水系統進行灑水。通過加水系統的不同加水時間檢測含水率以保證灑水的均勻性。通過上述碾壓試驗，研究大壩填筑料砂礫料的最優鋪料厚度和最優碾壓遍數。碾壓試驗的試驗內容如表2所示。

不灑水直接鋪料，采用后退法和進占法相結合的方式;灑水后再鋪料，則采用進占法。推土機平整后，靜壓一遍測量鋪料厚度，其誤差范圍以小于10%為限。

試驗用料均來自砂礫石C3料場，其中，鋪料厚度為80cm和100cm的試驗用料，為水上、水下兩部分開采出來的砂礫料，將兩種料進行充分攪拌后不灑水直接攤鋪;鋪料厚度為90cm的試驗用料，為水上部分開采出來的砂礫料，按照5.0%、l0.0%和15.0%的灑水量（體積法控制加水量）灑水，充分攪拌后再攤鋪。

攤鋪完畢后，進行碾壓。碾壓速度為2.8 km/h，條帶之間搭接10～20cm，按“進退法”碾壓，碾壓遍數按一進一退2遍計算。

5試驗成果分析

首先通過粗顆粒土相對密度試驗法獲得砂礫料的最大、最小干密度，然后當現場碾壓6，8，10遍時，通過挖坑灌水法和篩分法獲得砂礫料的現場密度和顆粒級配，并進行含水率試驗獲得填筑料碾壓前后的含水率。

5.1平均壓實沉降量

在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料平均壓實沉降量與碾壓遍數的關系如圖1所示。

（1）鋪料厚度為80cm、碾壓6～8遍時的沉降速率為0.90cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為4.7cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.15cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5cm。

（2）鋪料厚度為100cm、碾壓6～8遍時的沉降速率為0.45cm/遍;碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5.2cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.20cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為5.6cm。

（3）碾壓至第8遍時，80cm鋪料厚度的平均壓實沉降量占全部平均壓實沉降量的94%;碾壓至第10遍時，平均壓實沉降量逐漸趨于穩定。碾壓至第8遍時，100cm鋪料厚度的平均壓實沉降量占全部平均壓實沉降量的93%;碾壓至第10遍時，平均壓實沉降量仍未趨于穩定。

因此，在32t振動平碾、不同鋪料厚度、不灑水的條件下，砂礫料的平均壓實沉降量隨著碾壓遍數的增加而增加，沉降速率隨著碾壓遍數的增加而減小。相同條件下，80cm鋪料厚度的壓實效果優于100cm鋪料厚度的壓實效果。

在32t振動平碾、90cm鋪料厚度以及不同含水率條件下，砂礫料平均壓實沉降量與碾壓遍數的關系如圖2所示。

（1）當鋪料厚度為90cm.灑水量5%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.7cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.9cm。由于沉降速率并未減小，因此碾壓至第10遍時，砂礫料的平均壓實沉降量仍未穩定。

（2）當鋪料厚度為90cm、灑水量10%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料沉降速率為0.20cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.8cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.05cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為2.9cm。

（3）當鋪料厚度為90cm、灑水量15%條件下，碾壓6～8遍時，砂礫料的沉降速率為0.5cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為3.2cm;碾壓8～10遍時的沉降速率為0.00cm/遍，碾壓至第8遍時的平均壓實沉降量為3.2cm，說明碾壓至第8遍的時候，砂礫料已經達到最大平均壓實沉降量，且已經穩定。

（4）在90cm鋪料厚度的條件下，碾壓至第8遍時，灑水量5.0%、10.0010和15.0%的砂礫料的平均壓實沉降量分別占全部沉降量的97.O%、97.0%和100.0%;碾壓至第8遍的時候，15.0%灑水量的砂礫料平均壓實沉降量已經穩定。

因此，在32t振動平碾、90.0cm鋪料厚度、不同灑水量的條件下，砂礫料的平均壓實沉降量隨著碾壓遍數的增加而增加;10.O%和15.O%灑水量的砂礫料的沉降速率隨著碾壓遍數的增加而減小;5.0%灑水量的砂礫料沉降速率并未減小。從沉降速率的收斂趨勢判斷，15.0%灑水量的收斂效果最好，其次10%灑水量，而5%灑水量未收斂，有繼續沉降的趨勢。

5.2相對密度

在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料相對密度與碾壓遍數的關系如圖3所示。

由圖3可知，在該條件下，砂礫料的相對密度均隨著碾壓遍數的增加而增大，當碾壓至第10遍時，80cm鋪料厚度和100cm鋪料厚度的砂礫料相對密度分別為0.92、0.83。

在32t振動平碾、90cm鋪料厚度、不同灑水率條件下，砂礫料相對密度與碾壓遍數的關系如圖4所示。由圖4可知，在該條件下，砂礫料的相對密度均隨著碾壓遍數的增加而增大。當碾壓至第8遍時，5.0%、10.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度分別為0.83、0.86和0.89;當碾壓至第10遍時，5.0%、l0.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度分別為0.89、0.92和0.94。因此，碾壓至第10遍的時候，10.0%和15.0%灑水量的砂礫料的相對密度均能達到0.90以上。

5.3含水率

由圖5可知：①在32t振動平碾碾壓和不同鋪料厚度條件下，不灑水直接攤鋪碾壓的砂礫料含水率與碾壓遍數的關系不明顯。②在32t振動平碾、90cm鋪料厚度、不同灑水量條件下，砂礫料相對密度與碾壓遍數的關系也明顯。經初步分析，在碾壓過程中，砂礫料含水率數值很小，且變化不大，可能是由于砂礫料中細料含量較少造成。

5.4顆粒級配

在32t振動平碾碾壓，80cm、100cm鋪料厚度的砂礫石顆粒級配曲線如圖6所示。90cm鋪料厚度條件下，5.0%、10.0%和15.0%灑水量的砂礫石顆粒級配曲線如圖7所示。砂礫石的不均勻系數和曲率系數分別如表3和表4所示。

圖6和圖7表明，從顆粒級配來看，碾壓后粒徑分別小于5.000mm和0.075mm的砂礫石各粒徑含量隨碾壓遍數增加而無明顯變化。

表3和表4表明，碾壓后砂礫石各粒徑含量，尤其是分別小于5.000mm和0.075mm的含量隨碾壓遍數增加而無明顯變化。因此，碾壓后砂礫石顆粒級配的不均勻系數和曲率系數變化規律并不明顯。

6結論

（1）從C3料場水下、水上兩部分開采出來的砂礫料，將其充分攪拌后，其顆粒級配滿足設計要求，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為80cm，采用后退法和進占法相結合的方式進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料即可滿足相對密度大于0.90的要求。

（2）從C3料場采出來的砂礫料，當灑水量（體積法控制加水量）為lO%～15%之間時，可作為大壩的填筑料。填筑施工時，鋪料厚度為90cm，采用進占法進行鋪料。32t振動平碾碾壓機械以2.8km/h的速度按“進退法”碾壓10遍，條帶之間搭接10～20cm。碾壓10遍后，砂礫料即可滿足相對密度大于0.90的要求。

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