沥青混凝土心墙堆石坝坝壳料填筑质量控制与分析.pdf

水利科研 东北水利水电 2 0 1 5 年第 3 期 【 文章编号】 1 0 o 2 一O 6 2 4 ( 2 O 1 5 ) O 3 0 o 6 O 一0 3 沥青混凝土心墙堆石坝坝壳料填筑质量控制与分析 蒋宏伟 1 ， 姜志文 2 ,3 ( 1 辽宁省彰武县水利局， 辽宁 彰武 1 2 3 2 0 0 ； 2 新疆塔城地区水利局， 新疆 塔城 8 3 4 7 0 0 ： 3 辽宁省柴河水库管理局 ， 辽宁 铁岭 1 1 2 0 0 0) 摘要 文中通过对铁厂沟水库沥青混凝土心墙堆石坝工程坝壳料填筑质量事前、 事中、 事后 控制的介绍， 阐明了施工过程中影响质量控制关键环节的技术措施， 总结分析了大坝填筑质量 的优劣， 为今后的面板堆石坝坝壳料填筑质量的设计与施工提供参考。 关键词 堆石坝； 坝壳料填筑； 碾压试验； 质量控制与分析； 铁厂沟水库 中图分类号】 T V 6 4 1 4 1 ； T V 5 4 3 1 8 文献标识码 B 1 工程概况 究满足设计指标的填筑工艺和方法，通过试验确 铁厂沟水库位于新疆塔城地 区托里县境 内的 科克塔勒河上 ， 距铁 厂沟镇 约 1 0 k m， 是一座 以农 牧业灌溉、 城镇居 民生活和工业 用水为主 ， 兼顾城 镇防洪、 生态改善和修复、 休闲娱乐的综合利用的 小 ( 1 ) 型水库 ， 总库容 8 5 5万 m3 ， 兴利库 容 6 8 5万 。枢纽主要建筑物包括大坝 、 输水洞 、 溢洪道、 城 镇生活和 工业用水取水建筑物 ， 等。大坝采用堆石 材料 填筑 ， 坝顶长 2 6 1 m， 宽 5 m， 最大坝高 2 9 7 8 m， 上游坝坡坡比 1 ： 1 5 ， 下游坝坡坡比 1 ： 1 7 5 ， 坝 体防渗体采用浇筑式沥青混凝土心墙。坝体堆石 只起稳定作 用 ，因此不对填筑的堆石进行分 区设 计 ，而是采用统一填筑标准，最大粒径为 1 0 0 8 0 c m， 经碾压后坝体堆石料的设计孑 L 隙率小于 2 2 。 工程 2 0 0 8 年 3月开工， 2 0 1 1 年 3 月竣工。 2 坝壳料开采与质量控制 料 场位 于库 区北部东侧 2 k m 的科 克塔勒河 右岸 ， 为低山地貌 ， 高程 9 1 0 9 8 0 m。料场出露华 力西 晚期第二侵入次 中粗粒 花岗岩 ，表层 弱 强风化 ， 厚度小于 1 0 m， 经试验检测， 各项指标均 符合质量技术要求。 开采前 ， 先将表层 2 3 m厚的 强风化岩石清除，其下部岩石强度超过 4 0 MP a ， 满足筑坝要求。 在坝壳料爆破开采过程中， 质量检 测员对爆破料分批次进行颗粒分析、比重等试 验， 以复核物理性质指标是否满足设计要求。 3 坝壳料碾 压试验 为了确定坝壳料填筑压实指标的合理性 ， 研 6 0 定碾压参数 ， 从而优化施工、 节约成本。 3 1 场地及测点 的布置方法 堆石体 的碾压试验是根据碾压后 测得的堆石 料铺筑层厚度的压实变形和孔隙率来评价的。根 据技设资料及 ， 在混凝 土防渗墙下游 0 +1 2 0处选取一面积 为 2 4 mX 5 0 m 的平坦 区域作为试验场地 ，先将该 区域 的地基基 础碾压坚实 、平整 ，有效压实试验 区为 1 6 mX 3 6 m。试验单元布置图如 图 1 所示。 固定标识 图 1 堆石 碾压试验单 元布 置图 关于测 点的布设 ，有关规范 中只规 定 了测点 方格网的间距 ， 对测点的标识未做明确说明。 在现 场施工过程 中， 测点 的标识方法也是 多种 多样 的 ， 传统 的测点 标识 经过 振 动碾 对坝壳 料碾压 后 变 形、 移位或消失 ， 这样不仅加大了沉降测量误差， 而且给沉降测量工作带来了不便。现采用水准测 量和钢尺量距相结合的方法，有效地解决了沉降 测量效率低、 测量精度差的问题。其方法是： 在碾 压试验场区两侧非碾压场地每隔 2 m设置固定标 识， 用水准仪标定统一高程， 在碾压试验场区上方 形成一个平面。需要测量时， 由两名现场人员利 用 2 0 1 5年第 3期 东北水利水 电 水利科研 钢尺 ， 通过固定标识标记出试验场上的测点位置， 然后利用水准仪依次测量各测点高程，计算沉降 量 ， 整个试验场内的测点 测量完成后 ， 即完成 了一 次虚拟的平面网格测量。 整个试验程序为： 基底碾 压 测量放线 铺料_ 测量 碾压 测量 检验 测试。 3 2 试验 过程及结果 根据施工单位在工程 中提供的设备 ，选 用 c a t 3 2 0 D挖掘机装料 ， 1 6 t 自卸卡车运料， Z 2 2 0推 土机平料 ， Y Z T K 1 6 B型振动碾平整、 压实。 机械选定后 ，通过 工程类比采 用经验法确定 铺土厚 度为 0 8 m， 1 0 m， 碾压遍 数 为 8遍 ， 行车 速度 3 4 k m h 。碾压后根据取样试坑揭露堆石料 压实后无粗骨料集中及架空现象 ， 结合较密实。 试 验测得数据见表 1 。 表 1 实验测量 结果 通过 上述试验 ， 经数据分 析 ， 结合 工程实际 ， 最终确定出以下碾压参数 ，作为大坝填筑施工控 制参数： 比重 2 7 6 ， 孔隙率 2 2 ， 铺料厚 1 0 m， 碾 压 8 遍 ， 采用Y Z T K 1 6 B碾压机械。 4 坝壳料填筑质量控制与分析 设计文件规定 ，坝体填料压实后 的孔 隙率小 于 2 2 。通过对爆破料的比重试验复核 ， 该工程坝 壳填筑料 的比重为 2 7 6 ，根据岩土基本物理性质 指标换算公式 n = 1 0 0 一 I O 0 ,a G y ，可以导出： ( 1 0 0 1 ) G ， 即可求出满足设计孔隙率 2 2 时所对应 的干密度指标为 2 1 5 g c m3 。在现场 施工过程中，通过原位密度试验测得压实坝壳料 的干密度，以此来确定坝壳料压实质量是否满足 设计要求。 对于质量检测频次 ， 规范 中规定 ： 堆石料 的干 密度为 1 次 ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ) I I l 3 。由于该工程的 特点， 每个单元填筑层的工程量在( 1 0 0 0 5 0 0 0 0 ) m3 ，因此按 1次 层进行检 测。另外 每填筑 5 m 高 进行一次二检工作 ， 其主要检测指标是干密度、 孔 隙率、 曲率系数、 不均匀系数。 通过对整个坝体 4 9组干密度、 孔隙率检测结 果的数理统计 分析 ， 最大 干密度 2 2 7 g c m3 ， 最小 于密度 2 1 5 g c m3 ， 平 均干 密度 2 2 0 g c m ， 标 准 差 O 0 3 0 3 g c m a ；孔隙率最大值 2 2 O ，最小值 1 7 6 ， 平均值 2 0 O 。干密度、 孔隙率的分布曲线 与正态分布很接近( 见图 2 5 ) ， 标准差远低于设 计规范规定的 0 1 g c m 3 的要求， 说明坝体填筑的 均一性好 ， 大坝沉 降变形小。 = 2 豁 g 茎 干密度区间 ( g 。 a ) 图 2 坝料填 筑千密 度分布图 干密 度区间 值 ( g 。 r ， ) 图 3 坝料填筑 千密度正 态分布 图 从二检颗粒级配试验结果看，坝壳料的不均 匀系数为 6 5 1 1 6 ， 曲率系数为 1 1 2 1 ， 由 c u 5 C e = I 3判定该坝壳料级配 良好 ， 易于压 实。 5 结语 1 ) 设计规范规定， 堆石坝的设计指标采用孔隙 率控制， 实际施工控制过程中往往人为地换算为干 密度指标。 由于工程所在地的地质构造及地层岩性 的不同 ， 料场 的岩石 比重也不尽相 同 ， 因此采用定 值干密度控制填筑质量， 压实质量波动比较大， 大 坝沉降影响也比较大。 该工程料场出露华力西晚期 第二侵入次中粗粒花岗岩， 岩性均一 ， 比重变化甚 微， 可采用换算后的干密度控制， 便于施工。 2 ) 针对我国面板堆石坝的日新月异 ， 大型施 工机械的不断普及 ，设计部门的设计指标应有所 6 】 m O 求忸 萎 z 9 z 零 厶 z z 呙 N 目 r z 水利科研 东北水利水电 2 0 1 5年第 3 期 羹 盎 1 7 1 8 5 1 8 1 9 5 1 9 n 5 她 5 屹1 5 2 1 5 2 2 5 孔隙区 间， 图 4 坝料碾 压后孔隙率 统计 分布 图 孔隙区 间 图 5 孔隙率正态 分布统计 图 提高 ，一方面能够充分发挥大型施 工机械 的作 业 能力， 另一方面能够减小坝体沉降变形。 3 ) 加强对坝料的科学试验研究工作 ， 尤其是 与坝料填筑质量密切相关的规范、规程的试验对 比， 为规范、 规程的编写修订部门提供科学、 先进 的技术方法。 参 考 文 献 1 窦宜 水利水电工程质量检测和控制 M 北京： 科学技 术出版社， 1 9 9 2 2 蒋国澄， 傅志安， 凤家骥 混凝土面板坝工程 M 武汉： 湖北科学技术出版社， 1 9 9 6 3 关志诚 混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究 M 北京 ： 中国水利水电出版社， 2 0 0 5 4 徐玉杰 土石坝施工质量控制技术 M 郑州 ： 黄河水利 出版社 ， 2 0 0 8 【 收稿 日期】 2 0 1 5 一O 1 1 2 ( 上接第 3 9页 ) 述 和 ， 之 间的真实关系 了。因此需要对所 求得 的回归方程是否有实际意义进行检验。 水文计算 中习惯上 多选 用信度水 平 = 0 0 5 ， 根 据 4 6次 的对 比观测 资料 ，查 表 ，求得 y d = 0 2 8 4 6 。 计算求得 = 0 9 9 6 y ， 因此可 以排除二者 是不相关 的， 即推 断两者是相关的 ， 并且两者的相 关性还是 比较显著的 ，这种判断失误 的可能性仅 有 5 。上述建立的回归方程是显著 的。 5 3 流速 系数的确定 通过 相关分析 ， 手持式 电波流速仪 S V R 的测 速成果与常规流速仪法测验结果均是密切相关的。 就该站的对 比资料分析结果看 ， 在站中高水洪水测 验 中，使 用手持式 电波流速仪 S V R 测速时各条测 速垂线测得结果可直接采用y = O 9 8 8 x的回归方程 确定水面流速。在水文测验中， 一般将各类流速系 数取值为小数点后两位， 因此可认为该站电波流速 仪流速改正系数为 0 9 9 。 该站已分析过的水面流速 系数为 0 8 5 ， 则电波流速仪测得结果在该站的流速 系数即为 0 9 9 x 0 8 5 = 0 8 4 。在水文资料整编中， 在 该站“ 实测流量成果表” 中加写说明： “ 流速系数： 电 波流速仪流速系数0 。8 4为分析值。” 6 2 6 结语 通过上述分析，在湿润地区山溪性河流的洪 水流量测验 中 ， 应 用手持式 电波流速仪 S V R 测 速 是可行 的。但 由于各条河流的水流流态不同、 洪 水 特性 不同 、 测验人 为条件 不 同 ， 使 用前 ( 尤其在 国 家基本水文站进行流量测验时)必须进行流速系 数对 比试验分析 ，其改正系数 的精度取决于测 点 的数量和质量。 电波流速仪测速具有测量速度快、 自动化程度 高 、 性能可靠、 工作稳定的特点 ， 测速时不受水 面、 水 内漂浮物及 水质影响 ， 而且流速越快 ， 漂浮物越 多 ， 波浪 越大 ， 反射信号就 越强 ， 流速改正 系数越 稳定。 因此手持 电波流速仪很适合高洪时 以桥测 和巡测方式进行水面流速测量 ， 在有桥梁等过河建 筑物的条件下， 完全可以取代浮标法应用于中高水 流速测验， 应用于国家基本水文站的流量测验。 参考文献 1 林柞顶 水文现代化与水文新技术 M 北京： 中国水 利水电出版社，2 0 0 8 2 朱晓原， 张留柱 ， 姚永熙 水文测验实用手册 M 北 京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 1 3 【 收稿 E t 期】 2 0 1 4 - 1 0 -0 9 姗 姗 娜 如 0 ， 求阻