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1、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179.5m,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
2、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
3、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10000kN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
4、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25～30Hz,振幅一般仅为2mm。激振力为其自重的2～3倍,约300～500kN,影响范围小,通过薄层(层厚一般为0.4～1.6m)碾压61高面板
5、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1200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≥300M
6、Pa。爆破堆石料Ev很难碾压到超过200MPa,其总体沉降量虽较小,但在坝高达到200m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
7、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300～5002000～4000>100001.2～28～12点击0.4～1.61.0～2.0>380～8590～10580～110图1冲碾压实机压实轮工作过程冲碾压实为高幅/低频交替运动。冲碾压实机的碾轮由一台轮式拖拉机以8～12km/h的速度沿地面拖拽,通过接触地面和交替地抬高碾轮再向下砸落压实表面。这种方式产生了一系列高冲击、高振动的撞击力,其振幅高达22cm,频率仅为2Hz。试验表明,冲击压实力在2000～4000kN之间变化,约为
8、碾轮自重的17倍。有效压实深度为1.5～2.5m,压实度在90%～105%之间。经冲碾压实的堆石体,其干密度可达到2.3～2.4t/m3(目前面板坝主堆石料设计干密度一般为2.1～2.19t/m3),冲碾压实时主堆石料的铺筑层厚可达1.6m(普通碾目前为80cm)。因此,使用冲碾压实机既可在0.80～1.00m铺层上
