研究杂砂岩用于面板堆石坝筑坝材料的工程实践

研究杂砂岩用于面板堆石坝筑坝材料的工程实践

Summary：面板堆石坝工程属特殊土石坝工程，对土石坝填筑材料要求相对较高。质地坚固、稳定以及良好的堆石材料，可减少堆石体的变形，为面板堆石坝正常工作创造条件，也是坝体安全运行的基础。而通常很多土石坝工程附近料场并无相对良好的石料场，且石料场多以杂砂岩为主，且质地不均匀，给开采填筑造成一定困难。笔者结合工程成功实例，解决工程实际，介绍在堆石坝填筑过程中如何应用杂砂岩筑坝，保证工程质量及料源平衡等，给予相似工程一点经验借鉴。Keys：杂砂岩

堆石坝

筑坝材料

工程实践1工程特点及背景某面板堆石坝工程，作为3D排水体料、3B主堆石料源均来自料场弱风化下带料。通过开挖揭露该料场：岩性为紫红色长石石英杂砂岩夹少量泥岩，岩体多呈互层状～中厚层状，砂岩中分布有少量泥岩夹层，多呈薄层状，岩体完整性差，强度均一性较差。在采用此类料作为主堆石及排水体筑坝碾压试验30余个试验组合过程中发现，其干密度、孔隙率、渗透及级配检测均不能完全满足设计指标要求。设计技术指标：级配连续、良好，最大粒径800mm，小于5mm的颗粒含量小于15%，小于0.075mm的颗粒含量不大于5%，压实干密度>2.12g/cm3，孔隙率<20%，压实渗透系数>1×10-1cm/s。2方案措施鉴于碾压试验结果的不满足，优化设计参数，调整了各料种干密度、孔隙率设计指标。但面对3D排水体料的碾压后渗透性能不能满足设计要求这一问题，经分析主要受料源的不均匀性影响，试验结果无规律。同时结合现场实际工期需要，更换料场的不合实际。只有从料场料源出发寻找相应解决处理方案。2.1料场料源分析从料场原岩情况以及对料场爆破、原岩性能试验、各组合碾压坝料颗粒级配试验数据等分析：该料场岩体裂隙较多，岩石强度极不均匀，岩体完整性差。爆破料整体级配粒径级偏小，细料偏多，D60对应粒径级在110mm左右，在通过摊铺、碾压，坝料破碎率大，细料呈增多趋势，且细粒粉料在渗透试验中有遇水泥化现象，形成一层泥膜而阻碍了水的渗透。影响坝料渗透性能，致使碾压渗透检测不能满足设计标准要求。2.2调整爆破工艺设计通过爆破试验，调整爆破参数，取得满足要求的原型级配坝料。方案实施：现场通过改善爆破工艺设计，降低装药量由0.35kg/m，0.32kg/m，降到0.28kg/m；调整布孔间距等检查爆破后效果。效果检查：通过爆破工艺调整，对爆破粗粒料级配有一定改善，但仍未使爆破后坝料级配满足设计包络线。同时，装药量及孔间距均需根据实际钻孔地质进行爆破设计，受料场的地质情况的不均匀，无法统一参数爆破，不能满足要求。2.3改进爆破技术通过改进爆破技术入手，进行水介质换能爆破试验。提高400mm以上粒径大块石的比例，并取得满足要求的原型级配坝料。效果检查：通过采用“水介质换能爆破”专利技术对石料场进行爆破试验，爆破后大粒径块石含量增加具有一定的促进作用，对小颗料粒的含量减小力度不足，未能完全实现“通过现场爆破措施，达到3D料直接上坝”的预期目的。2.4反铲挑选通过采取反铲挑选，选取大粒径石料进行碾压试验。现场试验方法：在料场弱风化下带区域进行3D料爆破开采，爆破造孔间排距3.1m×5.0m，单耗0.33kg/m³。爆破完成后采用反铲筛选，首先剔除爆破料堆中眼观小于30cm左右的爆破料，然后再装运，装料挑选料堆中心位置大粒径骨料。效果检查：现场实测经反铲挑选后3D料2组，级配线基本满足设计包络线范围。因采用挖机挑选料颗粒分析试验能够满足设计包络线，随即进行下一步碾压试验验证。以便取得相应碾压工艺参数及验证渗透系数指标是否能够满足。碾压试验：共进行3个场次碾压试验，用反铲剔除部分细料后采用后退法与进占法结合上料，26t自行式振动碾碾压，铺料80cm碾压6、8、10遍。通过现场不同碾压场次试验组合，在满足干密度孔隙率指标下，渗透系数试验检测共计19组，其中有合格8组，合格率42%。3阶段效果分析通过上述方案试验，碾压后渗透指标能够满足设计指标，采用挑选方式方法可行。但在实际应用中采用反铲挑选方式，仍存在很多施工的不利因素；如反铲司机对坝料认识不同，随意性较大，剔选的料较不均匀；总体碾压合格率42%，未能完全满足设计标准，通过碾压试验备料弃料统计，三个场次备料中弃料率分别为在20%、39%、54%，弃料比例不均，无法进行坝料平衡计算。为解决人为因素影响的不均匀、渗透系数不能完全满足设计指标、以及受料场区域岩层情况影响，弃料没办法统计计量的问题，进一步列出优化方案，并实施检查效果予以处理。4进一步优化方案4.1格栅斗挖机通过市场调查，引进格栅斗挖机，可以规范排除上述反铲司机人为挑选不均匀的不利影响。通过设备选型，采购格栅间距10cm格栅斗进行坝料挑选。现场实施3天后检查发现，为使10cm以下细粒径的坝料筛除，在施工中需要格栅斗司机需左右摇摆格栅斗铲臂，坝料受堆积效果，并不宜剔除，且摇臂时间较长，效率较低且易损伤设备，设备故障率较高，不利于大方量的生产填筑。4.2篦条筛系统采取现场建设一套篦条筛系统，剔除细粒料，减少挖机筛选的不利因素，以保证大方量生产填筑需要。3D料筛选系统设计参考资料较少，现场系统根据反复测试相应篦条筛长度、坡度、角度等，不断进行设计调整及优化，最终形成一套蓖条筛系统：蓖条筛宽4m，满足1辆自卸汽车卸料条件。蓖条筛计划将10cm以下坝料筛除后再重新装车上坝，蓖条筛筛网采用16#工字钢焊接成型，筛网工字钢间距10cm，筛网坡度初拟为25°，在试验生产过程中可对角度进行调整。蓖条筛支撑挡墙基础采用块石换填，换填高度1.5m，并采用26t振动碾进行碾压8遍密实。挡墙结构钢筋混凝土，混凝土标号C25，挡墙最大高度6.0m，底宽1.5m。挡墙间设置除料廊道，廊道宽3.5m，筛除的10cm以下的坝料采用装载机或者液压反铲进行集中清理。通过系统生产调试，采用篦条筛生产正常后，对过筛后原型级配进行级配颗分试验，试验结果满足设计包络线范围要求。并统计筛上可用料与筛下筛余料的比例，约为6:4。现场采用该篦条筛筛选料进行现场碾压试验复核，共计完成三个场次试验验证效果。通过对篦条筛生产的3D料复核碾压试验，在铺料80cm，26t自行振动平碾碾压8遍后，渗透系数试验在采用1m双环及2m单环检测，渗透系数均能满足设计指标要求。该工艺可用于现场3D排水体施工。5效果检查通过现场参建四方对系统运行效果跟踪检查：该系统运行稳定，对杂砂岩中细粒料能够有效剔除，过筛后颗粒级配满足设计包络线，并通过优选碾压工艺试验验证，其渗透系数指标合格率100%。且生产效率较高，满足现场大方量排水体料填筑需要，一致意见同意投入现场使用。同时确定排水体料上坝碾压工艺：进占法铺料80cm，26t自行振动平碾碾压8遍。采用篦条筛系统筛选的方法，有效的解决了杂砂岩用于面板堆石坝排水体筑坝施工问题。从现场复核碾压试验完成，篦条筛投入使用截止大坝填筑至EL.637.5m，3D排水体约填筑40余万方，渗透系数检测施工检测共计79组，监理检测10组，第三方试验室检测9组，检测结果均满足设计标准、规范要求，合格率100%。6总结本次工程实践，通过采取篦条筛系统剔选杂砂岩中细粒料颗粒，从而解决因料场料源的不稳定不均匀，