土壩填筑碾壓試驗(yàn)優(yōu)化施工方案

王艷嬌

( 五大連池市水務(wù)局，黑龍江 五大連池164100)

根據(jù)土壩填筑施工計(jì)劃安排( 1995—1996年完成) 及對(duì)當(dāng)?shù)厮邆涞氖┕C(jī)械、氣象資料分析，為驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性又滿(mǎn)足節(jié)省工程投資的目的，需進(jìn)行土壩填筑碾壓試驗(yàn)。土壩填筑碾壓試驗(yàn)于1995年5月中、下旬在五大連池市山口水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行［1］。

1 庫(kù)區(qū)土料場(chǎng)地下水位勘測(cè)及天然合水率、干密度測(cè)試

沿環(huán)形壩軸線(xiàn)土料場(chǎng)內(nèi)挖坑查勘地下水埋深，共控測(cè)坑23個(gè)，測(cè)得地下水埋深為1.3 ～2.80 m。

選擇具有代表性料場(chǎng)區(qū)域( 約110 萬(wàn)m2) 布置鉆孔，沿距地表0 ～10、50、100、150 cm 4 層取樣，進(jìn)行土料天然含水率、干密度測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

2 壩基碾壓處理試驗(yàn)

在對(duì)應(yīng)壩軸線(xiàn)選擇有代表性區(qū)域進(jìn)行壩基碾壓處理試驗(yàn)。首先用推土機(jī)或鏟運(yùn)機(jī)將表層干土或草皮清除，然后直接用東方紅履帶拖拉機(jī)( 54、60、75型) 碾壓3 遍、5 遍至達(dá)到設(shè)計(jì)干密度為止，其碾壓處理試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2［2－3］。

3 壩填筑碾壓試驗(yàn)

3.1 機(jī)械選擇

根據(jù)土壩大面積坡筑施工，采用最多的機(jī)械確定如下: 2.5 m3容量鏟運(yùn)機(jī)( 東方紅54、60、75 牽引) ，鏟、裝、運(yùn)、連續(xù)作業(yè); 平土、碾壓機(jī)械采用東方紅(54、60、75 型) 型履帶式推土機(jī)。其有關(guān)參數(shù)為:總重54 t，履帶寬0.4 m，機(jī)身長(zhǎng)16 m，機(jī)身寬1.84 m，壓強(qiáng)為41.1 MPa。

3.2 碾壓試驗(yàn)參數(shù)的確定

鏟運(yùn)機(jī)直接挖取土料場(chǎng)0 ～50 cm深填料直接上壩進(jìn)行碾壓，相應(yīng)含水率為26.6% ～26.8%，然后再挖取50 ～100 cm深土料上壩進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，其相應(yīng)含水率為26.8% ～30.1%; 干密度按設(shè)計(jì)要求應(yīng)達(dá)到1.5 ～1.55 g/m2，且不產(chǎn)生較大面積橡皮土或剪切破壞現(xiàn)象。

鋪土厚度分為25、30、35 cm，遍數(shù)有2、3、4、5、7遍等不同情況。

3.3 碾壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置

在距壩基一定距離的庫(kù)區(qū)內(nèi)選擇有代表性40 m×30 m 區(qū)域進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。相鄰兩試驗(yàn)處理地區(qū)應(yīng)保證有1.0 m寬的過(guò)渡區(qū)?？拷吘壴囼?yàn)小區(qū)應(yīng)有2.5 ～5.5 m的過(guò)渡區(qū)，即每個(gè)試驗(yàn)區(qū)取樣試驗(yàn)面積為4.0 ～9.0 m或5.0 ～9.0 m。

表1 土料天然含水率、干密度測(cè)試結(jié)果表

表2 壩基碾壓處理試驗(yàn)結(jié)果

3.4 碾壓試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于每種試驗(yàn)處理，在有效試驗(yàn)面積內(nèi)分6 ～8點(diǎn)取樣，鋪土厚度較厚時(shí)沿深度分2 層取樣。

3.5 降低土料含水率試驗(yàn)

根據(jù)土料場(chǎng)含水率勘測(cè)，可知五大連池市山口水庫(kù)土壩含水率為23.6% ～30.1%(取土深0 ～100 cm)，最大達(dá)35.7%，高于設(shè)計(jì)含水率23% ～24%，尤其是通過(guò)碾壓試驗(yàn)表明，對(duì)于50 ～00 cm深度土料必須通過(guò)適當(dāng)方法降低含水率后才能上壩填筑。根據(jù)五大連池市山口水庫(kù)土壩填筑料場(chǎng)面積寬闊、較遠(yuǎn)、施工壩線(xiàn)較長(zhǎng)的特點(diǎn):①通過(guò)挖、裝、運(yùn)平面分區(qū)取土降低土料含水率;②采用擴(kuò)大取土面，分層取土，分層自然晾曬，輪換使用的辦法降低含水率。

4 碾壓試驗(yàn)研究結(jié)論

1) 通過(guò)土料場(chǎng)地下水位，天然含水率勘察試驗(yàn)及氣象資料分析，認(rèn)為五大連池市水庫(kù)土壩填筑應(yīng)利用1995年5—6月，1996年4—6月氣溫較高，降雨量也較低的季節(jié)施工。

2) 土壩壩基處理，首先應(yīng)清除雜草、根須等雜物，無(wú)草皮地段用機(jī)械將浮土清除;然后用東方紅60型履帶拖拉機(jī)( 推土機(jī)) 碾壓3 ～5 遍，使距地表50 cm以上土層干密度＞150 g/m2，且不應(yīng)有橡皮土等剪切破壞現(xiàn)象發(fā)生。如含水率較大應(yīng)進(jìn)行松土翻曬后再碾壓。

3) 建議五大連池市山口水庫(kù)土壩填筑有關(guān)施工參數(shù)如下: 土壩填筑土料場(chǎng)取土深度為100 cm，0 ～50 cm 土料可直接上壩，其含水率為23.6% ～25.8%，經(jīng)挖、運(yùn)、鋪、壓等工序后含水率可損失1%～2%，這樣碾壓后土料含水率為21.6% ～24.8%，接近設(shè)計(jì)含水率，50 ～100 cm深土料上壩前應(yīng)降低含水率，降低方法采用平面分區(qū)、分層取土、輪換使用、自然晾曬＞10 h( 白天) ，使含水率降低4% ～5%，這樣50 ～100 cm深土料上壩碾壓后含水率可以從26.8% ～30.1%降至18.8% ～26.1%，也可接近設(shè)計(jì)含水率，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)表明滿(mǎn)足施工要求。鋪土厚度以30 cm 為宜，最好控制在25 cm，采用2.5 m3容量鏟運(yùn)土，東方紅60 馬力(54 型或75 型)履帶式推土機(jī)平土、碾壓3 遍，碾壓方式為有錯(cuò)距，不錯(cuò)車(chē)。

4) 根據(jù)土料填筑碾壓試驗(yàn)可知土壩填筑干密度為1.5 ～1.58 g/cm2，其相應(yīng)控制含水率為24.5% ～20.9%，上料壓實(shí)度94.5%。鑒于土壩大面積填筑與碾壓試驗(yàn)有一定差異，建議土壩大面積填筑土料上壩碾壓時(shí)含水率為19% ～23%，這樣按碾壓試驗(yàn)成果施工，達(dá)到五大連池市山口水庫(kù)土壩設(shè)計(jì)干密度ρd=1.50 ～1.55 g/m2，含水率M =23% ～24%，滲透系數(shù)ρ =4.23 ×10－2cm/s 是有保證的。

5 結(jié) 語(yǔ)

五大連池市山口水庫(kù)土壩填筑試驗(yàn)成果，為水庫(kù)土壩工程大面積填筑施工提供了科學(xué)依據(jù)。1995年5—7月及1996年4—7月五大連池市山口水庫(kù)土壩填筑己按此成果實(shí)施，經(jīng)對(duì)已完成的13.11 km土壩現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量檢測(cè)及室內(nèi)土工試驗(yàn)分析，平均干密度為1.55 ～1.60 g/cm3，上壩土料碾壓后平均含水率為20% ～24%、滲透系數(shù)為:1.38 ×10－2cm/s，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從而驗(yàn)證了碾壓研究成果是符合實(shí)際的。

［1］孫寶山，賈朋賓. 試驗(yàn)優(yōu)化土石壩填筑施工方案［J］. 河北水利水電技術(shù)，2001(02) :36 －38.

［2］朱旭，馬軍. 土工試驗(yàn)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題［J］. 山西建筑，2003(08) :26 －29.

［3］高向陽(yáng). 土工試驗(yàn)中的問(wèn)題及數(shù)據(jù)處理［J］. 徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(03) :42 －46.