土石壩現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)

□張思遠(yuǎn)(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1.試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定本工程復(fù)合土工膜心墻風(fēng)化料壩主要分區(qū)料在各種不同施工參數(shù)情況下經(jīng)碾壓后的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)及級(jí)配，優(yōu)選壩料壓實(shí)技術(shù)的壓實(shí)參數(shù)，為大壩施工及施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。確定經(jīng)濟(jì)合理的施工壓實(shí)參數(shù)。

2.試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容和方法

2.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001；《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T5129-2001；《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237—1999《;水利水電工程天然建筑材料勘探規(guī)程》SL251—2000。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容包括：粘土料、粘土夾風(fēng)化石、風(fēng)化料的級(jí)配、比重、密度、滲透、沉降。

2.3 試驗(yàn)檢測(cè)方法

2.3.1 顆粒分析

風(fēng)化料和粘土夾風(fēng)化石碾壓前進(jìn)行顆粒分析。風(fēng)化料碾壓2遍、4遍時(shí)不進(jìn)行顆粒分析。風(fēng)化料其余碾壓6、8、10遍分別對(duì)Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)各進(jìn)行3組顆粒分析。顆粒分析采用篩析法，共檢測(cè)20組。

2.3.2 比重

參照勘察設(shè)計(jì)期間的比重試驗(yàn)成果。

2.3.3 密度

密度檢測(cè)采用挖坑灌水法進(jìn)行，風(fēng)化料采用1.50m方形套環(huán)，粘土、粘土夾風(fēng)化石料采用1.00m方形套環(huán)。共檢測(cè)57組，基底6組、粘土料18組、粘土夾風(fēng)化石料15組、風(fēng)化料18組。

2.3.4 滲透

滲透檢測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)試坑滲水法，共檢測(cè)12組，粘土、粘土夾風(fēng)化石、風(fēng)化料6區(qū)各檢測(cè)2組。

2.3.5 沉降

沉降檢測(cè)采用全站測(cè)量?jī)x觀測(cè)方格網(wǎng)點(diǎn)高程，降方格網(wǎng)布置，方格網(wǎng)規(guī)格為2.0m×2.0m。

2.3.6 干密度試驗(yàn)

在碾壓現(xiàn)場(chǎng)取粘土料和粘土夾風(fēng)化石料進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，粘土料采用輕型擊實(shí)，粘土夾風(fēng)化石料采用重型擊實(shí)。

3.碾壓試驗(yàn)機(jī)具介紹

裝料：用小松PC220-7型挖掘機(jī)2臺(tái)；機(jī)號(hào)：DBH5315，斗容量為1.0（1.05）m3。運(yùn)料：用三環(huán)征程30T自卸車3臺(tái)。鋪料：山推160推土機(jī)推平。測(cè)量：全站儀1臺(tái)。碾壓機(jī)具：廈工三重XG6204M機(jī)械式振動(dòng)壓路機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下：

型號(hào)：XG6204M 牽引力：88kN

工作質(zhì)量：20T 壓實(shí)寬度：2.13m

振動(dòng)頻率：28Hz 名義振幅2.0/1.2mm

激振力：350/210kN 工作速度：2.4km/h

額定功率：95kW 最小轉(zhuǎn)彎半徑：≤6500mm

振動(dòng)輪直徑×寬度：1550mm×2130mm額定轉(zhuǎn)速：2100r/min

4.試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)主要是對(duì)粘土料、粘土夾風(fēng)化石料、風(fēng)化料進(jìn)行試驗(yàn)，排水堆石區(qū)料采用設(shè)計(jì)推薦的填筑參數(shù)。

粘土料在庫(kù)區(qū)內(nèi)左岸開采的粘土，粘土夾風(fēng)化石料采用左壩肩開采的粘土夾風(fēng)化石，風(fēng)化料采用壩下游右岸山坡上的玄武巖風(fēng)化料，其具體設(shè)計(jì)要求見表1及圖1。各分區(qū)壩料性質(zhì)及設(shè)計(jì)要求見表1。

5.試驗(yàn)場(chǎng)地布置

碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在壩上游堆石區(qū)進(jìn)行，場(chǎng)地長(zhǎng)48m，寬30m,場(chǎng)地兩端應(yīng)留出8～10m的斜坡道，坡度不陡于1:5，以便試驗(yàn)機(jī)械行駛，見圖2。

6.上料方式，鋪料厚度及碾壓方式的確定

表1 各分區(qū)壩料要求和填筑參數(shù)表

圖1 風(fēng)化料級(jí)配曲線圖

圖2 碾壓場(chǎng)地平面圖（場(chǎng)平均高程圖）

6.1 均采用退鋪法，即汽車在已壓實(shí)的層面上后退卸料，然后用推土機(jī)整平。

6.2 鋪料厚度，按設(shè)計(jì)要求鋪料厚度（±10%）進(jìn)行。設(shè)計(jì)粘土料壓實(shí)厚度30/40cm，鋪料厚度40/50cm，實(shí)際平均鋪料厚度41.1/50.9cm。設(shè)計(jì)粘土夾風(fēng)化石壓實(shí)厚度40/60cm，鋪料厚度50/70cm，實(shí)際平均鋪料厚度49.6/69.8cm。設(shè)計(jì)風(fēng)化料壓實(shí)厚度60/80cm，鋪料厚度67.5/90cm，實(shí)際平均鋪料厚度68.4/90.4cm。

6.3 碾壓方式，碾壓機(jī)具采用施工單位已有機(jī)具，廈工三重XG6204M機(jī)械式振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，采用直線行車往返錯(cuò)距式，重迭率不小于振動(dòng)碾壓輪寬的10%（即20cm），行車速度用其最慢速度（2.0～2.4km/h）進(jìn)行碾壓。料推平后，經(jīng)沉降方格網(wǎng)觀測(cè)，按設(shè)計(jì)要求鋪料厚度（±10%）進(jìn)行鋪料后，然后進(jìn)行碾壓。遍數(shù)計(jì)數(shù)方式為碾壓時(shí)往返各算一遍的方式進(jìn)行。

各試驗(yàn)區(qū)的碾壓組合方式為：粘土料和粘土夾風(fēng)化石料采用：靜碾壓2+靜碾壓2+……，直至碾壓后干密度、沉降基本沒有什么變化為止。風(fēng)化料采用靜碾壓2+高擋振動(dòng)碾壓2遍+高擋振動(dòng)碾壓2遍+……，直至碾壓后干密度、沉降基本沒有什么變化為止。

7.現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果

7.1 粘土料（Ⅰ、Ⅱ區(qū)）碾壓試驗(yàn)成果：

7.1.1 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)取有代表性的粘土料到室內(nèi)做液塑限和輕型擊實(shí)試驗(yàn)，成果見表2。

表2 輕型擊實(shí)試驗(yàn)表

7.1.2 密度

Ⅰ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為4、6、8遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為 1.26、1.31、1.34g/cm3，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度平均值為 93%、97%、99%。Ⅱ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為4、6、8遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為1.25、1.31、1.33g/cm3，對(duì)應(yīng)的孔隙率平均值為92%、96%、98%。

從壓實(shí)結(jié)果看，干密度隨著碾壓遍數(shù)的增加而規(guī)律性增加，壓實(shí)度相應(yīng)隨之增大。同時(shí)，隨著碾壓遍數(shù)的繼續(xù)增加至6遍后，干密度的增加速度明顯趨于緩慢。

7.1.3 滲透

滲透系數(shù)是在碾壓8遍后測(cè)試的Ⅰ、Ⅱ區(qū)試驗(yàn)塊中各測(cè)試兩點(diǎn)滲透系數(shù)平均值分別為1.65×10-4cm/s、2.32×10-4cm/s。

7.1.4 沉降

Ⅰ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為2、4、6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為55、31、32、24、-30mm。Ⅱ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為 2、4、6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為 52、30、26、22、-21mm。

從壓實(shí)結(jié)果看，Ⅰ區(qū)的碾壓效果比Ⅱ區(qū)的碾壓效果好，Ⅰ區(qū)靜碾6遍有一個(gè)試點(diǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，平均值達(dá)到了，靜碾8遍各試點(diǎn)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。Ⅱ區(qū)靜碾6遍有一個(gè)試點(diǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，平均值達(dá)到了，靜碾8遍各試點(diǎn)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。Ⅰ、Ⅱ區(qū)靜碾8遍均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7.2 粘土夾風(fēng)化石料（Ⅲ、Ⅳ區(qū)）碾壓試驗(yàn)成果：

7.2.1 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)取有代表性的粘土夾風(fēng)化石料到室內(nèi)做液塑限和重型擊實(shí)試驗(yàn)，成果見表3。

表3 重型擊實(shí)試驗(yàn)成果表

7.2.2 密度

Ⅲ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為6、8遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為1.53、1.55g/cm3，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度平均值為96%、98%。Ⅳ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為1.46、1.54、1.56g/cm3，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度平均值為92%、97%、98%。

從壓實(shí)結(jié)果看，干密度隨著碾壓遍數(shù)的增加而規(guī)律性增加，壓實(shí)度相應(yīng)隨之增大。

7.2.3 滲透

Ⅲ區(qū)滲透系數(shù)是在碾壓8遍后測(cè)試的，在試驗(yàn)區(qū)中各測(cè)試兩點(diǎn)滲透系數(shù)平均值分別為7.23×10-4cm/s；Ⅳ區(qū)滲透系數(shù)是在碾壓10遍后測(cè)試的，在試驗(yàn)區(qū)中各測(cè)試兩點(diǎn)滲透系數(shù)平均值分別為 6.58×10-4cm/s。

7.2.4 沉降

Ⅲ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為 2、4、6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為43、25、19、13、4mm。Ⅳ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為 2、4、6、8、10、12遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為 45、27、18、15、8、-6mm。

從壓實(shí)結(jié)果看，Ⅲ區(qū)的碾壓效果比Ⅳ區(qū)的碾壓效果好，Ⅲ區(qū)靜碾8遍各試點(diǎn)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。Ⅳ區(qū)靜碾8遍有一個(gè)試點(diǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，平均值達(dá)到了，靜碾10遍各試點(diǎn)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7.3 風(fēng)化料（Ⅴ、Ⅵ區(qū)）碾壓試驗(yàn)成果

7.3.1 級(jí)配

碾壓前在風(fēng)化料場(chǎng)進(jìn)行了一組篩分，級(jí)配都在包絡(luò)線內(nèi)，級(jí)配良好。對(duì)Ⅴ、Ⅵ區(qū)碾壓6遍、8遍、10遍分別各取3個(gè)試坑進(jìn)篩分，根據(jù)篩分資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)情況可知，隨著碾壓遍數(shù)的增加，級(jí)配結(jié)構(gòu)隨之變化，粗粒料含量減少，中、細(xì)粒含量增加，試坑級(jí)配均良好。

7.3.2 比重

比重值與材料本身性質(zhì)決定，與碾壓遍數(shù)無關(guān)，測(cè)試2組，其實(shí)測(cè)值F均為2.69。

7.3.3 密度

Ⅴ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為1.80、1.82、1.85g/cm3，對(duì)應(yīng)的孔隙率平均值為33.1%、32.4%、31.1%。Ⅵ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為6、8、10遍所對(duì)應(yīng)的干密度平均值分別為1.72、1.78、1.81g/cm3，對(duì)應(yīng)的孔隙率平均值為36.1%、33.8%、32.8%。從壓實(shí)結(jié)果看，干密度隨著碾壓遍數(shù)的增加而規(guī)律性增加，孔隙率相應(yīng)隨之減小。

7.3.4 滲透

滲透系數(shù)是在碾壓8遍后測(cè)試的，Ⅴ、Ⅵ區(qū)試驗(yàn)塊中各測(cè)試兩點(diǎn)滲透系數(shù)平均值分別為3.27×10-2cm/s、6.67×10-2cm/s。

7.3.5 沉降

Ⅴ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為 2、4、6、8、10、12遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為31、18、14、10、6、-3mm。Ⅵ區(qū)碾壓遍數(shù)分別為 2、4、6、8、10、12遍所對(duì)應(yīng)的沉降量為 29、18、14、9、7、3mm。隨著碾壓遍數(shù)的增加，沉降量減小。

從壓實(shí)結(jié)果看，Ⅴ區(qū)的碾壓效果比Ⅵ區(qū)的碾壓效果好。Ⅴ區(qū)動(dòng)碾8遍就能滿足設(shè)計(jì)要求。Ⅵ區(qū)碾10遍就能滿足設(shè)計(jì)要求。Ⅴ區(qū)動(dòng)碾8遍和Ⅵ區(qū)動(dòng)碾10遍效果差不多。

8.結(jié)論

通過試驗(yàn)，主要分區(qū)料的確定經(jīng)濟(jì)合理的施工的施工壓實(shí)參數(shù)。優(yōu)選壩料壓實(shí)技術(shù)的壓實(shí)參數(shù)，為大壩施工及施工質(zhì)量控制提供必要依據(jù)。