胡 濤，李紅旗，張 杰，陳 山，戚 剛

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475001；2.焦作黃河河務(wù)局，河南 焦作 454150；3.焦作黃河華龍工程有限公司，河南 焦作 454150)

0 引言

三板溪水電站主體大壩壩頂長423.34m，寬10m，壩頂高程482.5 m，最大壩高185.5 m，為國內(nèi)乃至亞洲第二高鋼筋混凝土面板堆石壩。 壩體上下游壩坡均為1∶1.4，河床趾板建基面高程為297.0 m，最大壩體寬度為498 m；主壩壩體面板以下自上游至下游依次為墊層區(qū)（ⅡA 區(qū)）、過渡區(qū)（ⅢA 區(qū)）、主堆石區(qū)（ⅢB 區(qū)）、次堆石區(qū)（ⅢC 區(qū)），周邊縫下設(shè)特殊墊層區(qū)（ⅡB 區(qū)），上游370.00 m 高程以下設(shè)黏土鋪蓋區(qū)（ⅠA 區(qū)）和蓋重區(qū)（ⅠB 區(qū)）。壩體填筑總量為871.4萬m3。 主堆石區(qū)主要采用八洋河料場開采料。

由于大壩較高，壩堆石料巖性較多，而不同巖性、不同風(fēng)化程度的巖石物理力學(xué)性質(zhì)相差懸殊。因此，如何有效控制壩體沉降變形，是高面板堆石壩的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。 壩體沉降變形主要受堆石體的模量控制，而模量是隨堆石體壓實密度的提高和堆石級配的改善而增大的。 為研究解決復(fù)雜巖性堆石的良好級配的爆破技術(shù)，克服室內(nèi)試驗測定的技術(shù)參數(shù)反映實際不足的缺陷，在開挖現(xiàn)場對筑壩材料進行爆破實驗，優(yōu)選出合理的爆破參數(shù)。 然后，通過筑料的碾壓試驗，為三板溪堆石壩確定了合理的壩體堆石體的填筑密度，并推薦了合適的碾壓施工參數(shù)，為大壩設(shè)計提供了參考依據(jù)。

1 爆破試驗參數(shù)選擇

壩料的粒徑級配不僅是提高堆石體密度、模量和減小壩體沉降變形的基礎(chǔ)，還是控制壩體不同堆石區(qū)防滲及其排水的必要條件。 為了取得最大密度或最大模量條件下良好級配的爆破參數(shù)，需進行主堆石區(qū)級配的試驗研究。

1.1 試驗料的主要技術(shù)指標要求

爆破試驗料場選在八洋河料場。 試驗料的主要技術(shù)指標要求為：（1）不均勻系數(shù)大于5、曲率系數(shù)在1~3 范圍內(nèi)的連續(xù)級配。 （2）超徑塊體要求小于爆破量的1%。 （3）細粒料（＜5mm）含量要求大于4%，碾壓后＜5 mm 的含量要求達到5%～20%，＜0.075 mm的含量小于5%。

1.2 爆破試驗設(shè)計及要求

本次爆破試驗采用深孔梯段爆破法，其設(shè)計的基本要求為：（1）控制石料的最大粒徑小于壩料設(shè)計的最大粒徑，使爆破石料一次成型，避免或減少二次破碎。（2）設(shè)法提高細顆粒微風(fēng)化與新鮮料（5 mm 以下）的含量，增大壩料的不均勻系數(shù)，以利于壩體填筑時堆石料的壓實。 （3）避免或減輕爆破的后沖破裂作用，保證爆后梯段邊坡巖石的穩(wěn)定，確保下一循環(huán)鉆孔施工。 （4）減少爆破巖石的飛散，避免損壞現(xiàn)場施工機械和周圍的電力通訊等設(shè)施。 （5）擴大孔網(wǎng)面積，提高鉆孔采爆率，節(jié)省成本，提高開采量。

1.3 爆破試驗參數(shù)的確定

爆破試驗參數(shù)設(shè)計的基本思路主要是充分利用梯段巖體的層理、相互切割的節(jié)理裂隙，結(jié)合試驗料場的地形、地質(zhì)條件和設(shè)計給定的爆破石料顆粒級配曲線的要求，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，達到良好的爆破效果。

試驗時，通過裝藥前炮孔檢查、裝藥、堵塞、敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)和起爆，得到每場爆破試驗的爆破料。 然后，按爆破量的3%取樣，運至八洋河備料場進行粒徑級配分析。 取料時，以主爆堆為主，在石堆頂部平面上隨機選取3 處、在周邊隨機選取2 處進行篩分。

篩分時，試驗分別按孔徑800～600 mm、600～400 mm、400～200 mm、200～100 mm、100～60 mm、60～40 mm、40～20 mm、20～10 mm、＜10 mm 過篩稱重。 稱重后，計算各粒徑組的百分含量，繪出級配曲線，并與設(shè)計提供的級配包絡(luò)線相比較，以確定最優(yōu)爆破參數(shù)。三板溪水電站壩體材料爆破參數(shù)如表1 所示。

表1 爆破試驗選擇的爆破參數(shù)Table 1 Blasting parameters of experiment

在實際的施工中，結(jié)合不同的巖石條件，根據(jù)不同的石料級配要求，及時進行爆破參數(shù)的調(diào)整。

2 現(xiàn)場碾壓試驗規(guī)劃

碾壓試驗就是模擬在大壩填筑施工條件下,對擬用的壩體填筑料進行現(xiàn)場填筑和壓實試驗。 其目的是：（1）驗證、核實大壩設(shè)計填筑碾壓施工參數(shù)和質(zhì)量控制標準；（2）檢驗所選用填筑碾壓機械的性能；（3） 確定合理的填筑碾壓施工參數(shù)和施工工藝；（4）為施工措施的編寫提供有力的依據(jù)；（5）對設(shè)計院提供的碾壓試驗參數(shù)進行復(fù)核。

2.1 最佳碾壓參數(shù)的選擇原則

在同一巖性、同一級配、同一碾壓遍數(shù)、同一灑水量的條件下，優(yōu)選出最佳的鋪料厚度。

在同一巖性、同一級配、同一鋪料厚度，同一灑水量的條件下，優(yōu)選出最佳的碾壓遍數(shù)。

在同一巖性、同一級配、同一鋪料厚度、同一碾壓遍數(shù)條件下，優(yōu)選出最佳的灑水量。

2.2 碾壓機具的選擇

現(xiàn)場碾壓試驗使用的機械主要有反鏟、自卸式汽車、推土機和振動碾等4 種機械。用反鏟取料，16t 自卸汽車運料、推土機鋪料，碾壓機械選用25 t 自行式德國寶馬振動平碾，振動頻率為26 Hz，行駛速度小于3.2 m/s。

2.3 場地布置和場地準備

試驗場地的總面積為2 400 m2（40 m×60 m），由20 個小場組成，每個小場場地長10 m、寬6 m。 試驗前，先進行場地的平整壓實，使不平度小于5%。 場地碾壓后，在其四周用竹竿樹立標志，以劃分各試驗工況的小場。 小場之間用石灰線區(qū)別，同時在竹竿上劃出高程標志線，以測定鋪土厚度。

2.4 試驗方案選擇

試驗按不灑水與設(shè)計灑水量的5%、10%進行比較，碾壓方法為“前進后退全振法”。 試驗時，先沿劃好的碾壓控制路線（間距為2 m）在第一道不移軌跡地前進后退各一次，再移向第二道2 m，并從左到右騎縫15 cm。 如此碾壓到場地右邊，再以同樣方法從右到左，如此一個循環(huán)計作4 遍。 碾壓速度控制在2 km/h 左右， 有3 種鋪料厚度， 分別為60 cm、80 cm、100 cm，碾壓遍數(shù)為6 遍、8 遍及10 遍，由碾壓指揮人員測控行駛速度和遍數(shù)。 為確保試區(qū)料場能按要求進行碾壓，填筑時，試驗區(qū)周邊均加寬2 m以上。 鋪好料后，先采用大功率推土機推平，再輔以人工找平， 以保證填筑層厚度和表面平整度滿足試驗要求。

2.5 壓實質(zhì)量檢測試驗

在碾壓試驗過程中，主要進行了壓實干密度、碾壓層表面沉降和碾壓后填料顆粒級配分析。 密度試驗采取試坑灌水法，試坑直徑為160~180cm，深度為單層碾壓層的厚度。 顆粒分析采用篩分法，與干密度測試同時進行。 測量碾壓層沉降變形時，測點布置為梅花型，一種鋪土厚度布置約15 個測點。

3 現(xiàn)場碾壓試驗檢測成果分析

3.1 碾壓遍數(shù)與壓實效果的關(guān)系

壓實干密度隨碾壓遍數(shù)增加而提高比較明顯，在鋪料厚度80 cm 和100 cm 時，碾壓6～8 遍，干密度增長較大，碾壓10 遍，則干密度增長率較小。碾壓遍數(shù)與壓實干密度關(guān)系曲線如圖1 所示。

3.2 填料厚度的影響

填料厚度與干密度的關(guān)系曲線如圖2 所示。 從圖2 可以看出，隨著填料厚度的增加，干密度有所下降，但變化不大，總的趨勢是填料越薄、壓實后干密度越大。 因此，對于本次試驗而言，填料厚度對壓實效果的影響符合常理。 但實際上，并不是填料越薄越好，如果填料層過于薄，會影響現(xiàn)場施工的進度，增加壩體施工的費用。 根據(jù)本次試驗的結(jié)果及以往的工程施工經(jīng)驗，建議本工程填料厚度為80 cm 左右。

圖1 碾壓遍數(shù)與壓實干密度關(guān)系曲線Fig.1 Relationship curve of rolling times and compacted dry density

圖2 填料厚度與壓實密度關(guān)系曲線Fig.2 Relationship curve of filling depth and compacted density

3.3 碾壓遍數(shù)與壓實沉降率的關(guān)系

壓實沉降率隨碾壓遍數(shù)的增加而增大的規(guī)律比較明顯。 通常， 對于爆破料， 在松鋪厚度80 cm 和100 cm 時，6～8 遍的沉降率變化較8～10 遍的變化大。 具體如表2 所示。

3.4 灑水的影響

加水浸濕，可以使巖塊接觸點受到軟化，易于壓碎，有利于堆石體壓實密度的提高。 從表2 可以看出，灑水有助于提高壓實度。 從試驗過程中看，建議碾壓層面灑水量按10%控制。

表2 不同碾壓遍數(shù)壓實沉降率檢測結(jié)果統(tǒng)計表Table 2 Compacted sedimentation rate testing result statistics of different rolling times

4 結(jié)語

（1）三板溪水電站混凝土面板堆石壩主堆石區(qū)采用八洋河料場開采料，用25T 自行式德國寶馬振動碾，以“前進后退全振法”碾壓8 遍，灑水10%，填筑厚度80cm 的施工方案，是安全可行的。 經(jīng)檢測，其級配良好，在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi)；干密度和孔隙率滿足面板堆石壩主堆石區(qū)的質(zhì)量要求。

（2）合理的爆破參數(shù)優(yōu)選，能有效地控制和改善爆破石料的顆粒級配。 最佳碾壓參數(shù)及填筑施工工藝的確定，使大壩堆石體的壓實密度達到最佳效果，從而有效控制壩體沉降變形。

（3）看似重復(fù)的多次爆破、碾壓試驗為主壩壩體填筑的順利進行提供了工程質(zhì)量保障，同時也提高了工程進度效率。

[1] DL/T5128-2001，混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].

[2] SL 228-98，混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 張延億，溫彥鋒. 仁宗海水庫壩體堆石料現(xiàn)場碾壓試驗分析[J]. 巖土工程界，2006（11）:66-67.