抽水蓄能電站上水庫主壩工程

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蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉(xiāng)境內，白蓮河水庫右壩頭上游側。本工程為I等大（I）型工程，電站總裝機1200MW，裝有4臺單機容量為300MW的可逆式電動發(fā)電機組。其上庫擋水建筑物由1座主壩、3座副壩組成。
    主壩為混凝土面板堆石壩，座落在弱風化巖體上中上部，最大壩高59.40m。混凝土混凝土面板堆石壩過渡料全部利用引水發(fā)電系統(tǒng)開挖可利用料，勘探儲量完全可滿足大壩填筑要求，且?guī)r石室內試驗成果表明，巖石主要物理力學指標滿足筑壩要求。按照《主壩土建工程I標施工招標文件》要求，我部承擔填筑料的碾壓試驗工作，為施工提供經(jīng)濟、合理的施工參數(shù)。
    1、試驗依據(jù)
    1.1《主壩土建工程I標施工招標文件》
    1.2《大壩填筑施工技術說明書》
    1.3《主壩生產性填筑碾壓試驗大綱》
    2、試驗目的
    核實3A料設計填筑技術標準的合理性；確定達到設計填筑標準的壓實參數(shù)與填筑工藝。
    3、壓實機械
    根據(jù)過渡料的施工填筑要求，結合我部現(xiàn)有設備情況，試驗采用20噸自行式光面振動碾碾壓，其主要性能參數(shù)如下：
    碾重：20t碾壓寬度：2.13m激振力：220~350KN振幅：1.9mm
    振動頻率：30~33Hz工作速度：1.5~2.0 Km/h
    4、碾壓試驗規(guī)劃
    4.1 壓實參數(shù)和試驗組合
    按照過渡料的設計壓實參數(shù)，擬定3A料碾壓試驗組合如下：
    鋪料厚度： 40cm60cm 80cm
    碾壓遍數(shù)： 6遍、8遍、10遍
    加水量： 5% 、10%、15%
    試驗采用淘汰法，預計分3輪（次）進行27個組合參數(shù)的試驗，并在其中選定最優(yōu)參數(shù)進行復核試驗。
    4.2 試驗場地
    試驗場地布置在下游堆石區(qū)樁號0+120~180、高程273m的填筑面上。先用3A料在填筑面上鋪壓一層，壓實合格（符合設計標準）后將該層作為基層，然后在其上進行碾壓試驗。試驗區(qū)面積按照《試驗大綱》中的圖示進行布置。試驗組合界線用全站儀測量定點，劃定各試驗組合的區(qū)域。
    4.3 試驗壩料取自上庫堆存轉運料場，試驗前在料場進行顆粒級配試驗。
    5.試驗概述
    5.1 加（灑）水：分壩前加水和現(xiàn)場灑水，根據(jù)每車的裝載方量在壩前加水站加水，約為試驗加水量的20~30%，用水表控制加水量。
    5.2 鋪料采用進占法，推土機平鋪入倉，現(xiàn)場由質檢員隨時用鋼卷尺測量控制厚度。
    5.3 碾壓采用20噸光面振動碾進退錯距法碾壓，工作速度控制在2 Km/h，錯距帶寬度大于0.4 m，碾壓遍數(shù)由現(xiàn)場試驗人員數(shù)記。
    5.4 試驗填筑、碾壓工作完成后，試驗員在預定位置挖坑取樣，檢測干密度、孔隙率等指標；試驗采用挖坑灌水法。
    6.試驗成果整理與分析
    6.1 過渡料碾壓試驗檢測結果統(tǒng)計表：見附表1。
    6.2 按照過渡料碾壓試驗檢測結果，對各參數(shù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，繪制參數(shù)間關系圖。
　　

　　圖1（按加水量10%）：A、B、C分別代表鋪料厚度40、60、80 cm。

    圖1中，在相同的加水量條件下，3種鋪料厚度的沉降量都在隨著碾壓遍數(shù)的增加在增大，沉降趨勢變化明顯，其中曲線B的沉降變化比較顯著。3A料的最大粒徑為30 cm，在施工過程中，由于重型機械和車輛進占法施工對填筑料形成先期碾壓，其初始沉降并不大。當鋪料厚度為40 cm時，其最大粒徑超過層厚的%，沉降量變化不大；當鋪料厚度為60 cm時，有效的振動碾壓使得沉降量隨遍數(shù)的增加變化明顯；而當鋪料厚度為80 cm時，其沉降量雖然較大，但是此時多為顆粒之間填充空隙的沉降，其最終的壓實效果不如厚度40 cm和60 cm。

　　圖2（按加水量10%）：A、B、C分別代表鋪料厚度40、60 、80 cm。

    圖2是選用加水量為10%的數(shù)據(jù)，繪制不同鋪料厚度時的壓實干密度與碾壓遍數(shù)的關系曲線。在圖中，干密度曲線呈上升趨，隨著碾壓遍數(shù)的增加，干密度在不斷的增大。當鋪料厚度為40 cm和60 cm時，經(jīng)過6遍碾壓后的干密度全部達到設計標準，并且隨著進一步的增加碾壓遍數(shù)，干密度仍在增大，說明過渡料具有良好的壓實效果；而鋪料厚度為80 cm時，碾壓6遍后的干密度比設計值低，雖然在碾壓10遍時干密度也達到設計標準，但是此時需要較多的碾壓遍數(shù)。

　　圖3中（按加水量10%）：A、B、C分別代表鋪料厚度40 、60 、80 cm。

    圖3中，在碾壓遍數(shù)逐漸增加的情況下，孔隙率總體呈下降趨勢，曲線A、B變化比較明顯，孔隙率隨著碾壓遍數(shù)的增加在不斷的減小，在碾壓6遍時即可接近、達到設計標準。曲線C的變化趨勢不明顯，主要原因在于厚度增加，相同的碾壓遍數(shù)時孔隙率減小較少，這與干密度的情況一致。
    6.3 過渡料碾壓試驗顆粒級配試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表：見附表2；
    過渡料碾壓試驗（統(tǒng)計）顆粒級配曲線圖：見附圖1；
    過渡料碾壓試驗前（料場）顆粒級配曲線圖：見附圖2；
    過渡料碾壓試驗后（最優(yōu)參數(shù)）顆粒級配曲線圖：見附圖3。
    6.4 由于碾壓試驗采用淘汰法，一邊做試驗一邊出結果，有效的提高了試驗進度和效率，同時也對部分試驗組合進行了淘汰，故干密度、孔隙率與含水率的關系曲線因試驗樣本不足，不能繪制。過渡料是新鮮的花崗巖石料，其吸水率不大、持水性不好，在壩前加水站加水僅對石料起到濕潤作用，向車廂內石料加水過多，大部分水會流失，因此在壩前加水站加水約為20%~30%比較合理。從試驗施工情況和現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)來看，過渡料在加（灑）水后，特別是現(xiàn)場大量的灑水70%~80%，可以將表層的細料沖散，使其較好的填充粗料間的孔隙，有效的改善級配，在振動碾壓下獲得較大的密度，加速施工沉降，從而使得干密度相應的增大。
    7、復核試驗
    7.1 復核試驗組合參數(shù)
    經(jīng)過對碾壓試驗檢測結果的統(tǒng)計分析，結合各試驗參數(shù)之間的變化關系，對干密度和孔隙率兩項均達到設計標準的試驗組合進行篩選，選定以下3個組合進行復核試驗：

鋪料厚度（cm） 40 60 60
碾壓遍數(shù)（遍） 6 8 10
加水量（%） 10 10 5

    7.2 復核試驗
    復核試驗仍在試驗場地上進行，其施工、試驗等均按以前方法實施。各復核試驗組合在碾壓完成后進行挖坑取樣。復核試驗完成3個組合，取樣9個。
    7.3 復核試驗參數(shù)及試驗檢測結果：見附表3。
    復核試驗結果顯示，按照干密度和孔隙率兩項壓實控制指標篩選的3個試驗組合全部達到設計標準，則最終的施工參數(shù)需要從施工工序流程和施工便利性等方面加以選擇。
    7.4 最優(yōu)參數(shù)時干密度、孔隙率數(shù)據(jù)的頻率統(tǒng)計分析　　

　　圖4：最優(yōu)參數(shù)時干密度（18個，含復核試驗）的頻率分配。

　　圖5：最優(yōu)參數(shù)時孔隙率（18個，含復核試驗）的頻率分配。

    圖4和5是對所有最優(yōu)參數(shù)時干密度、孔隙率數(shù)據(jù)的頻率統(tǒng)計。圖中表明，現(xiàn)存于上庫堆存轉運料場的過渡料，選用合適的施工參數(shù)，經(jīng)過適當?shù)奶钪雺菏┕ぃ耆梢赃_到甚至高于設計標準。需要指出的是，由于試驗中是按照是干密度和孔隙率雙重指標控制、選擇，即使有干密度達到設計標準（2.10g/cm3）的試驗參數(shù)，但是其孔隙率卻不能達到（20.0%）。通過對試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在干密度至少要達到2.15g/cm3的情況下，其相應的孔隙率才能合格；即在干密度合格時（2.10g/cm3），仍需要通過增加碾壓遍數(shù)來使孔隙率達到設計標準。

　　圖6：最優(yōu)參數(shù)時（18個，含復核試驗）不同含砂量的干密度頻率分配。

    圖6是對所有最優(yōu)參數(shù)時不同含砂量的干密度分布統(tǒng)計?，F(xiàn)存于上庫堆存轉運料場的過渡料中含砂量不足（約在3.0%~6.0%）、存在超徑石（約10%）；但是對碾壓試驗數(shù)據(jù)分析，在含砂量達到4.0%左右時，其干密度較易達到設計標準。由于含砂量較低，從而導致了如圖4、圖5的情況，在干密度合格的情況下，其孔隙率不合格，需要增加碾壓遍數(shù)使石料顆粒更為密實以降低孔隙率，同時部分石料破碎后的細小顆粒對孔隙有一定的填補作用。
    8、碾壓試驗結論
    8.1 過渡料碾壓試驗，是嚴格按照設計填筑壓實指標，依據(jù)技術規(guī)范、規(guī)程和《碾壓試驗大綱》，周密安排、科學組織實施的。對設計壓實參數(shù)進行了循環(huán)淘汰試驗，選擇出最優(yōu)參數(shù)組合進行復核試驗，以做進一步的驗證。在試驗中，通過大量的現(xiàn)場試驗，對試驗過程中發(fā)生的現(xiàn)象、存在的問題，深入地進行觀察和分析，改進和完善施工作業(yè)工藝，最終完成了碾壓試驗工作。
    8.2 經(jīng)過對比分析，結合料源狀況、施工設備、施工工藝等具體情況，按照設計標準進行過渡料的填筑施工和質量控制，基本可以達到施工規(guī)范和質量要求，設計標準具有一定的合理性。
    但是從碾壓試驗中反映出的問題和堆存料場過渡料顆粒級配的情況分析，目前堆存料場的過渡料級配不良，特別是存在超徑石和含砂量不足的問題。按照設計提出的過渡料顆粒級配進行填筑，碾壓干密度達到質量標準后，孔隙率應同時達到標準；但是堆存料場現(xiàn)有過渡料顆粒級配與設計級配范圍不一致，導致施工中在干密度達到質量標準后，需要繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)來補償因超徑石和含砂量不足引起的孔隙率過大問題，并且即使干密度和孔隙率達到質量標準后，也不能完全與施工圖紙級配要求一致。
    根據(jù)此情況，是否可以適當?shù)膶^渡料干密度、孔隙率控制標準予以調整，并根據(jù)實際情況對過渡料級配范圍適當調整，或者在過渡料中適量摻配細顆粒料以達到設計的顆粒級配要求，請監(jiān)理協(xié)調考慮。
    8.3 按照復核試驗結果，通過施工工序流程和經(jīng)濟效益等方面的對比分析，確定在目前的料源情況下，同時滿足干密度和孔隙率的施工填筑壓實參數(shù)為：鋪料厚度60cm、加水量10%、碾壓8遍，振動碾工作速度2Km/h，進退錯距大于0.4m。
    考慮到現(xiàn)場施工填筑鋪料60cm時，其壓實厚度與堆石區(qū)、墊層區(qū)不能很好的搭接，容易造成過多的高差臺階（約10~20cm）和接縫。根據(jù)鋪料厚度60cm時的沉降計算，在現(xiàn)場鋪料控制時可以適當?shù)膶伭虾穸冉档偷?0cm，其他參數(shù)仍按照選定的壓實參數(shù)控制施工，在鋪料厚度減少，壓實參數(shù)不變情況下，更能保證填筑壓實后的干密度和孔隙率滿足要求。
    8.4 過渡料施工作業(yè)工藝
    （1）加（灑）水。加水站采用高位壓力花管淋噴、水表計量。單車按車載方量計算加水量后，在加水站淋灑20%~30%，剩余加水量在填筑現(xiàn)場碾壓前灑水。考慮到高峰填筑強度的要求，設計單車加水時間控制在1分鐘內。
    （2）過渡料的填鋪。填鋪施工采用進占法，邊鋪邊平。攤鋪時要減少推平次數(shù)，避免反復；必要時對集中的卵塊石進行分散；對于裝運到壩面的超徑石應清除填筑區(qū)外。鋪料應按照試驗確定的厚度嚴格控制，現(xiàn)場隨時用鋼卷尺監(jiān)測量控。
    （3）碾壓。過渡料的施工作業(yè)中，碾壓是最重要的環(huán)節(jié)。在鋪平后要均勻的灑一遍水（灑水量約為70%~80%），使細料進入粗料間的孔隙，在振動碾壓時容易沉降和密實。灑水完成后按照試驗確定的遍數(shù)進行碾壓，碾壓采用進退錯距法，速度控制在2 Km/h以內，錯距寬度大于0.4 m；當振動碾壓前進和后退的碾轍基本重合時，記碾壓遍數(shù)N=2遍，不重合或錯向則只能記為N=1遍；根據(jù)現(xiàn)場施工情況，碾壓遍數(shù)需要施工人員數(shù)記控制。
    （4）3B、3A填筑區(qū)間結合部位處理。按照設計要求，各填筑區(qū)要平起施工，均衡上升，但是3B、3A填筑區(qū)的石料技術指標要求不同，因此對于3B、3A填筑區(qū)間結合部位需要進行施工處理。主要采用細料向粗料侵占施工，即3A料向3B料侵占填筑的施工方法，以確保結合部位的壓實質量，侵占填筑寬度應控制在允許的公差范圍。碾壓前，對結合部位要適當?shù)脑黾訛⑺?，以利于碾壓密實；在填筑厚度有高差時，振動碾緊貼邊沿碾壓，無高差時，振動碾騎縫碾壓，碾壓遍數(shù)按照兩個填筑區(qū)的最高遍數(shù)控制。
    8.5 施工中注意的問題
    （1）要加強對料源顆粒級配試驗監(jiān)控工作，定期對取料部位料源變化情況進行監(jiān)控，保證上壩石料級配良好。
    （2）過渡料加水后，在卸料時具有一定的流動性，容易造成分離現(xiàn)象。為此，攤鋪時要邊鋪邊平，粗細摻和均勻，并輔以機械和人工分散處理，保證填筑施工質量。
    （3）干旱和雨水季節(jié)施工時，要經(jīng)常對石料的含水變化進行檢測，適當調整加水量。