冲碾压实技术在洪家渡面板堆石坝中的应用.doc

冲碾压实技术在洪家渡面板堆石坝中的应用 伟1 易富慧1 李桂荣2 王 (1. 中国人民武装警察部队水电第一总队 ,广西 南宁 530028 ; 2. 中国人民警察部队重庆总队 ,重庆 400061) 摘 要 高面板堆石坝堆石体密实度是影响坝体变形的主要因素 ,目前的振动碾压技术已不能进一步提高堆石体密实 度 ,而冲碾压实技术可以 ,并可提高碾压速度 。介绍了冲碾压实技术在洪家渡面板堆石坝施工中的成功应用 。 关键词 高面板堆石坝 坝体变形 冲碾压实技术 洪家渡水电站面板堆石坝坝高 179 . 5 m ,总填筑 量 900 万 m3 。大坝位于“V”形窄河谷处 ,上坝道路布 置困难 。工程确立了创国家优质工程的目标 ,各项设 计指标均高于国内外同类工程 。设计上运用了多项新 技术新理论 ,其中之一就是借鉴冲碾压实技术在其他 领域的应用经验 ,首次将冲碾压实技术应用于堆石体 次堆石区碾压 ,以提高堆石体压实度 ,降低坝体变形 , 并为该技术在面板堆石坝中的应用积累了经验 。 建成 3 年后坝体沉降可基本完成 ,而狭窄河谷面板堆 石坝 ,因河谷狭窄 ,拱效应显著 ,坝体变形梯度大 ,建成 后需要 10 年以上时间其变形才趋于稳定 。 为了减小坝体后期变形 ,必须提高施工期堆石体 的压实密度 ,减小孔隙率 ,使后期发生的堆石破碎 、嵌 填调整在施工期提前大部分完成 ,以减小施工期和运 行期的沉降量 ,改善面板和周边缝的应力和变形 。 2 冲碾压实的机理 2 . 1 冲碾压实原理 当前 ,压实堆石体的方法有强夯 、振动碾压和冲碾 压实三种 。强夯靠夯锤从高处自由落体产生冲击力 , 从地表传入土中的压力波起压实作用 。强夯击振力很 大 ,可达 10 000 kN 以上 。由于击振力太大 ,对周围约 束要求高 、效率低 ,主要用于机场 、填海等领域 。大坝 上下游方向为临空面 ,无约束 ,强夯对块石的破碎作用 也很厉害 ,故不宜采用 。振动碾压靠高频振动使土体 处于运动状态 ,土粒间阻力大大减少 ,在静重和压力波 的动力作用下使土体得到压实 。振动碾压技术目前是 坝体堆石碾压的常规技术 ,其施工速度和碾压堆石的 密实度已基本到了一个极限 。冲碾压实技术的机具为 南非的蓝派 (LANDPAC) 冲击压实机 ,冲击压实机的碾 压主体为 3～6 边等边多边形的冲碾压实轮 ,它由一台 轮式拖拉机牵引 。图 1 表示了冲碾压实轮的工作过 程 。由这个过程可以看出 ,其压实靠冲击力 、振动力和 碾静重三者共同作用 。 2 . 2 冲碾压实与振动碾压技术特点的比较 (1) 土石料压实的有效深度 。振动碾压为低幅高 频交替运动 , 振动 频 率 为 25 ～ 30 Hz , 振 幅 一 般 仅 为 2 mm 。激振力为其自重的 2～3 倍 ,约 300～500 kN ,影 响范围小 ,通过薄层 ( 层厚一般为 0 . 4～1 . 6 m) 碾压 6 1 高面板堆石坝的坝体变形 堆石体在自重和水压力作用下产生变形是造成面 板开裂 、周边缝张开和止水破坏的主要原因 ,如天生桥 面板坝裂缝多达 1 200 余条 ,巴西辛戈坝由于面板开 裂引起较严重的漏水等 。面板坝堆石体的变形 ,限制 了面板坝坝高的增加 ,因此提高面板坝堆石体的压实 度 ,减小沉降变形相当重要 。影响堆石体变形的主要 因素有 : (1) 坝体材料性质 面板坝最常用的坝体材料有砂砾石料和爆破堆石 料两种 。砂砾石面板坝坝体沉降变形仅为堆石面板坝 的 1/ 5 。其原因是砂砾石料由于表面光滑无棱角 , 易 于压实到较大的干密度和较小的孔隙率 (η ≤15 %) , 变形模量 Ev ≥300 MPa 。爆破堆石料 Ev 很难碾压到 超过 200 MPa , 其总体沉降量虽较小 , 但在坝 高 达 到 200 m 后 ,坝体沉降就变得较大 。这是因为开挖堆石 料棱角突出 ,虽经加水碾压 ,但仅部分棱角破碎 ,竣工 后在高应力作用下 ,块石棱角还会进一步破碎 、嵌填以 及不断调整 ,坝体沉降变形进一步加大 。 (2) 河谷形状 根据已有工程观测资料 ,狭窄河谷堆石坝的变形 具有初期较小 、后期由于堆石体的蠕变作用将随时间  强夯 、振动碾压 、冲碾压实性能参数比较如表 1 。 从表 1 可见 ,冲碾压实技术是一种介于强夯与振动碾 压之间的技术 ,优势显而易见 。 表 1 强夯 、振动碾压 、冲碾压实性能参数比较表 行车速度 / km·h - 1 激 (击) 振力 / kN 铺层厚度 / m 压实度 / % 方式 振动碾压 冲碾压实 强夯 300～500 2 000～4 000 10 000 1. 2～2 8～12 点击 0. 4～1. 6 1. 0～2. 0