山西省澤城西安水電站（二期）工程大壩填筑過渡料碾壓試驗(yàn)成果分析

石 海

（山西澤城西安水電有限公司 山西太原 030002）

1 工程概況

山西省澤城西安水電站（二期）工程是山西省35項(xiàng)應(yīng)急水源工程之一，屬省重點(diǎn)工程。工程位于晉中市左權(quán)縣境內(nèi)的清漳河干流上，是一座以發(fā)電、防洪為主的水利水電樞紐工程。樞紐大壩最大壩高為46.8 m，壩頂長(zhǎng)267 m，壩頂寬8.0 m。大壩上游壩坡1∶1.5，下游壩坡 1∶1.3。 大壩填筑過渡料（ 3A）填筑量（包括大壩底部、壩體及兩岸岸坡填筑料）總計(jì)14.72萬m3。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過碾壓試驗(yàn)，達(dá)到以下目的：

1）核實(shí)過渡料設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

2）研究過渡料填筑施工工藝。

3）確定過渡料滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的碾壓次數(shù)、鋪料厚度及行車速度等施工參數(shù)。

3 過渡料設(shè)計(jì)壓實(shí)指標(biāo)及施工質(zhì)控指標(biāo)

1）過渡料填筑的料源及設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

表1 過渡料填筑的料源及設(shè)計(jì)指標(biāo)

2）過渡料級(jí)配要求及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見表2。

3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)過渡料（3A）表觀密度為2.70 g/cm3。

表2 過渡料級(jí)配要求及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

4 試驗(yàn)參數(shù)組合

為保證過渡料與堆石料騎縫碾壓，同時(shí)便于施工，過渡料壓實(shí)厚度取堆石料壓實(shí)厚度的1/2，厚度由松鋪系數(shù)確定，碾壓試驗(yàn)時(shí)松鋪厚度為40 cm、50 cm兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。過渡料碾壓試驗(yàn)參數(shù)組合見表3。

表3 過渡料碾壓試驗(yàn)參數(shù)組合（碾型：20 t振動(dòng)平碾）

5 碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地空間及平面規(guī)劃

5.1 碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)劃

過渡料試驗(yàn)場(chǎng)地布置在大壩下游附近原河床河灘上。在試驗(yàn)前，首先用推土機(jī)進(jìn)行平整、振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí)，然后在場(chǎng)地上鋪一層試驗(yàn)料，用振動(dòng)碾壓實(shí)，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以此作為基礎(chǔ)層，然后在基礎(chǔ)層上進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

5.2 試驗(yàn)場(chǎng)分塊面積

每一個(gè)試驗(yàn)組合為10 m×60 m，為避免碾壓時(shí)發(fā)生側(cè)向擠壓，鋪料時(shí)每一個(gè)試驗(yàn)區(qū)的左、右側(cè)（垂直行車方向）均預(yù)留一個(gè)振動(dòng)碾的寬度，順著碾壓方向的前后各端均留3m作為非試驗(yàn)區(qū)，以滿足停車和錯(cuò)車凈距要求。

5.3 過渡料準(zhǔn)備

壩料在料場(chǎng)選擇經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可、具有代表性的過渡料，并在試驗(yàn)前一次性備足。

6 碾壓試驗(yàn)流程、鋪填、碾壓方式

6.1 碾壓試驗(yàn)流程

壓實(shí)平整→基準(zhǔn)面測(cè)量→鋪料（進(jìn)占法）→整平（控制鋪填厚度）→碾壓（6、8、10遍）→測(cè)量→干密度、含水率檢測(cè)→下一場(chǎng)試驗(yàn)。

6.2 碾壓方法

振動(dòng)碾車速為2 km/h，碾壓遍數(shù)采取前進(jìn)、后退為二遍計(jì)，輪壓堆疊15～30 cm。

6.3 松鋪及壓實(shí)厚度量測(cè)

試驗(yàn)組合均按1.0 m×1.0 m布置網(wǎng)格測(cè)點(diǎn)，用儀器測(cè)量基準(zhǔn)面、鋪料層面及不同壓實(shí)次數(shù)后，在固定測(cè)點(diǎn)上測(cè)量高度來計(jì)算松鋪厚度。

6.4 壓實(shí)干密度的檢測(cè)

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL273-1999）的要求用灌水法進(jìn)行，灌水法塑料布厚度為0.2 mm，（雙層）體積校正系數(shù)參考相關(guān)資料采用校正系數(shù)為1.003。每一個(gè)試驗(yàn)組測(cè)干密度三個(gè)。

7 碾壓試驗(yàn)的成果

碾壓試驗(yàn)的成果見表4、表5。

表4 過渡料干密度檢測(cè)成果

表5 壓實(shí)后沉降量成果 單位：cm

在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，以最大鋪料厚度和最少碾壓次數(shù)作為最優(yōu)組合參數(shù)。由上表可以得：鋪料厚度為50 cm，碾壓次數(shù)為8次。

在最優(yōu)參數(shù)組合的情況下（鋪料厚度為50 cm，碾壓次數(shù)為8次），沉降量的平均值經(jīng)過計(jì)算為4.48 cm，實(shí)際鋪料厚度平均值為49.1 cm，從而得出最優(yōu)參數(shù)組合情況下的松鋪系數(shù)為1.2。

8 碾壓試驗(yàn)結(jié)果分析

8.1 料源級(jí)配的影響

過渡料的顆粒級(jí)配，選用最大粒徑、小于某顆粒粒徑的含量（這里用小于0.075 mm和小于5 mm顆粒含量）來衡量級(jí)配的優(yōu)劣。一般最大粒徑越大，壓實(shí)干密度越高，上壩料不均勻系數(shù)越大，壓實(shí)性能越好，也更容易獲取最大的壓實(shí)密度。但過渡料最大粒徑與鋪料厚度有關(guān)，最大粒徑應(yīng)小于鋪料厚度的2/3，如最大粒徑相近于鋪料厚度則不能確保壓實(shí)質(zhì)量。

從碾壓結(jié)果可以得出：過渡料最大粒徑偏小，小于5 mm粒徑含量偏大，盡管不均勻系數(shù)較大，但壓實(shí)干密度偏低，主要因素是上壩壩料細(xì)料偏多，顆粒級(jí)配不合理造成的，因而嚴(yán)格控制好上壩料源的質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。

8.2 碾壓次數(shù)的影響

壓實(shí)干密度隨碾壓次數(shù)的增加而增高，碾壓6～8次壓實(shí)干密度增長(zhǎng)值較大，碾壓10次壓實(shí)干密度增長(zhǎng)值較小。從碾壓試驗(yàn)成果分析，碾壓10次干密度仍增加較大，可能是因料源中細(xì)顆粒含量較小，不均勻系數(shù)較低，需要增加碾壓次數(shù)來提高壓實(shí)密度而造成的。

過渡料壓實(shí)后的沉降量與碾壓次數(shù)有很大的關(guān)系，由資料顯示：壓實(shí)沉降量7～9 cm時(shí)能得到很好的壓實(shí)效果，而從壓實(shí)結(jié)果來看，一般碾壓8次，壓實(shí)沉降量、干密度值能達(dá)到控制及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，詳見上表。

8.3 鋪填厚度的影響

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果、根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，在碾壓次數(shù)一樣，松鋪厚度不一樣時(shí)，壓實(shí)干密度隨鋪填厚度的減小而增大。按照干密度檢測(cè)結(jié)果可以得出：壓實(shí)次數(shù)都為8次，鋪料厚40 cm時(shí)，壓實(shí)干密度為2.25t/m3；鋪料厚50cm時(shí)，壓實(shí)干密度為2.23t/m3。

9 結(jié)論

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)分析，就如何滿足設(shè)計(jì)要求的碾壓參數(shù)和施工工藝有下面幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

1）參照已建工程堆石壩填筑施工經(jīng)驗(yàn)，碾壓試驗(yàn)加水和不加水的壓實(shí)結(jié)果是一樣的，所以不加水。

2）設(shè)計(jì)提出的過渡料壓實(shí)密度控制指標(biāo)是合理可行的，施工中必須給予保證，并盡最大努力提高壓實(shí)密度。施工選定的碾壓機(jī)械20 t振動(dòng)碾，碾壓行車速度2 km/h能夠滿足施工需要。

3）過渡料級(jí)配是否科學(xué)是有效增加壓實(shí)干密度、降低沉降變形的重要因素，施工過程中應(yīng)盡可能給予保證，同時(shí)確保上壩料級(jí)配的良好性和施工的規(guī)范性。過渡料松鋪厚度50 cm，碾壓次數(shù)8次，能達(dá)到設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)。

4）施工時(shí)，為減小顆粒分離宜采用進(jìn)占法和退鋪法相結(jié)合的填筑方法，并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的目視檢查和質(zhì)量控制。

5）碾壓試驗(yàn)過程中的取樣及計(jì)算方法科學(xué)合理，確保了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在施工過程中進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)，可以延用。