青山水庫主壩填筑料綜合碾壓試驗(yàn)

鄭向榮

（葫蘆島市水利局,遼寧葫蘆島 125000）

1 工程簡介

葫蘆島市青山水庫工程位于遼寧省葫蘆島市六股河中游，工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞和碼頭組成。庫容6.61×104m3，為大Ⅱ型水庫。主壩為粘土心墻砂礫石壩，壩長735.63 m，壩頂高程96.29 m，最大壩高42.79 m，主壩防滲體采用粘土心墻，心墻兩側(cè)邊坡為1∶0.15，粘土心墻底部設(shè)有2 m厚混凝土墊層，最大斷面處混凝土墊層寬19.52 m。心墻上下游兩側(cè)的壩殼系由砂礫料填筑，上游壩坡采用0.35 m厚干砌石護(hù)坡，下游壩坡采用0.30 m厚碎石護(hù)坡。

2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

防滲粘土料：壓實(shí)度為0.98；反濾料：相對密度為0.70；

壩殼料：相對密度為0.75。

3 現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)參數(shù)

1）壓實(shí)機(jī)械：按照填筑碾壓試驗(yàn)計(jì)劃的要求，現(xiàn)場實(shí)際現(xiàn)有的施工機(jī)械為：粘土碾壓采用SR20MP自行式振動碾（凸塊）；反濾料碾壓采用D85推土機(jī)；壩殼料采用XS222J自行式振動碾（平板）。設(shè)備參數(shù)見下表1。

表1 設(shè)備參數(shù)表

2）行進(jìn)速度：在碾壓試驗(yàn)過程中，振動碾及推土機(jī)行進(jìn)速度為1檔行駛。

3）鋪土厚度：在碾壓過程中粘土為40 cm、50 cm；反濾料為40 cm、50 cm；壩殼料為70 cm、90 cm。

4）碾壓遍數(shù)：在碾壓過程中碾壓遍數(shù)為：4遍、6遍和8遍。

5）試驗(yàn)場地：結(jié)合工程實(shí)際情況選取在右壩頭渣場的平地上。

6）碾壓方式：碾壓粘土?xí)r，在專人指揮下，振動碾在場外起振，達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后，駛?cè)胩钪蟽?nèi)。采用前進(jìn)后退全振方法，錯位采用前進(jìn)法。碾跡重疊控制在30～50 cm以內(nèi)；碾壓反濾料時(shí)，在專人指揮下，推土機(jī)駛?cè)胩钪蟽?nèi)，采用單一前進(jìn)法循環(huán)法碾壓（從一側(cè)空地循環(huán)），錯位采用前進(jìn)法，推土機(jī)只能在壩殼料上進(jìn)行錯位碾壓，嚴(yán)禁在粘土料上錯位。碾跡重疊控制在15～20 cm以內(nèi)；碾壓壩殼料方式同粘土料。

7）鋪土、碾壓順序。在專人的指揮下進(jìn)行鋪料、碾壓，鋪料的順序?yàn)橄蠕佌惩亮?，其次反濾料，最后壩殼料，鋪料時(shí)要特別注意各料的邊緣，人工予以修邊，嚴(yán)謹(jǐn)混料；碾壓時(shí)先碾壓粘土料，其次反濾料，最后壩殼料。嚴(yán)禁反濾料禁侵占粘土料的范圍、壩殼料侵占反濾料的范圍。

4 現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)過程

4.1 粘土碾壓試驗(yàn)

1）將場地表層雜物及其它覆蓋物清除并整平后，先鋪填30 cm的試驗(yàn)土料進(jìn)行碾壓，使其達(dá)到0.98的壓實(shí)度。

2）將已選定料場的合格土料，用20 t自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場，在專人指揮下，采用進(jìn)占法卸料，推土機(jī)平料，人工配合修邊。按40 cm厚度均勻鋪在面積為8 m×30 m試驗(yàn)段之上。

3）根據(jù)碾壓試驗(yàn)計(jì)劃先靜壓2遍后，振動碾壓4遍，在每個(gè)試驗(yàn)場地均勻布點(diǎn)，用環(huán)刀法和烘干法檢測土樣12組，測其含水率，計(jì)算平均干密度值。

4）依此類推，用上述同樣方法振動碾壓6，8遍后分別取樣并計(jì)算平均干密度值。

5）重復(fù)上述步驟，測出鋪土厚度為50 cm的土料的含水率、干密度。

6）現(xiàn)場描述：通過對鋪土40 cm、50 cm兩組現(xiàn)場碾壓的觀察，填筑粘土料含水率在18%～20%之間，碾壓時(shí)無黏碾、彈簧土、涌土現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)碾壓8遍壓實(shí)后未發(fā)現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，取樣檢查上下壓實(shí)土層結(jié)合完好。

4.2 反濾料碾壓試驗(yàn)

1）將場地表層雜物及其它覆蓋物清除并整平后，用XS222J自行式振動碾進(jìn)行碾壓，使其相對密度不低于0.70。

2）將已選定料場的合格反濾料（顆粒級配料源必須滿足0.1 mm≤D15≤0.5 mm）采用20 t自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場，在專人指揮下，裝載機(jī)站在砂礫料上卸料、平料，人工予以配合修邊，按40 cm厚度均勻鋪在面積為2 m×30 m試驗(yàn)段之上。

3）根據(jù)碾壓試驗(yàn)計(jì)劃先靜壓2遍后，振動碾壓4遍，在每個(gè)試驗(yàn)場地均勻布點(diǎn)，用灌沙法和烘干法檢測試樣8組，測其含水率，計(jì)算平均干密度值和平均沉降量。

4）依此類推，用上述同樣方法振動碾壓6，8遍后分別取樣并計(jì)算平均干密度值和平均沉降量。

5）重復(fù)上述步驟，測出鋪土厚度為50 cm的反濾料的含水率、干密度、沉降量。

4.3 壩殼料碾壓試驗(yàn)

1）將場地表層雜物及其它覆蓋物清除并整平后，用XS222J自行式振動碾進(jìn)行碾壓，使其相對密度不低于0.75。

2）將已選定料場的合格砂礫料采用20 t自卸車運(yùn)輸至現(xiàn)場后，在專人指揮下，采用后退法卸料，推土機(jī)平料，按70 cm厚度均勻鋪在面積為8 m×30 m試驗(yàn)段之上。

3）根據(jù)碾壓試驗(yàn)計(jì)劃先靜壓2遍后，振動碾壓4遍，在每個(gè)試驗(yàn)場地均勻布點(diǎn)，用灌沙法和烘干法檢測試樣8組，測其含水率和沉降量，計(jì)算平均干密度值和平均沉降量。

4）依此類推，用上述同樣方法振動碾壓6，8遍后分別取樣并計(jì)算平均干密度值和平均沉降量。

5）重復(fù)上述步驟，測出鋪土厚度為90 cm的砂礫料的含水率、干密度、沉降量。

5 現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)檢測的成果

5.1 粘土碾壓成果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出：在不同鋪土厚度對應(yīng)情況下，分別碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度，見表2。

表2 碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度表

5.2 反濾料碾壓成果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出在不同鋪土厚度對應(yīng)情況下，分別碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度、含水率與沉降量，見表3。

表3 碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度、含水率與沉降量表

從碾壓遍數(shù)與沉降量關(guān)系曲線上可以看出，鋪土厚度為40 cm及50 cm時(shí)，碾壓4遍到碾壓6遍的沉降量為0.8 cm和0.9 cm,而從碾壓6遍到碾壓8遍的沉降量為0.3 cm和0.4 cm，可見沉降量顯著減小。

5.3 壩殼料碾壓成果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出在不同鋪土厚度對應(yīng)情況下，分別碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度、含水率與沉降量，見表4。

表4 碾壓4，6，8遍所對應(yīng)的平均干密度、含水率與沉降量表

在鋪料70 cm碾壓8遍時(shí)，取樣點(diǎn)1壓實(shí)度為1.19，在鋪料90 cm碾壓8遍時(shí)取樣點(diǎn)4壓實(shí)度為1.16，為現(xiàn)場取樣出現(xiàn)誤差所致（所取試坑中出現(xiàn)大粒徑的卵石）。

從碾壓遍數(shù)與沉降量關(guān)系曲線上可以看出，鋪土厚度為40 cm及50 cm時(shí)，碾壓4遍到碾壓6遍的沉降量為1.5 cm和1.7 cm,而從碾壓6遍到碾壓8遍的沉降量為0.7 cm和0.8 cm，可見沉降量顯著減小。

6 結(jié)論

1）碾壓參數(shù)確定原則。根據(jù)碾壓遍數(shù)和干密度關(guān)系得出當(dāng)壓實(shí)功能達(dá)到一定程度時(shí)，壓實(shí)功能再增加，干密度增長也不大，在既經(jīng)濟(jì)又能滿足設(shè)計(jì)要求的條件下確定碾壓遍數(shù)。

2）粘土料碾壓各施工參數(shù)。由碾壓遍數(shù)和干密度關(guān)系得出鋪土厚度為40 cm時(shí)4遍的不合格；6，8遍的干密度值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用鋪土厚度為50 cm，4遍不合格，6遍、8遍均為合格，且碾壓干密度相差不大，考慮方便施工、節(jié)約工程成本，所以建議采用鋪土厚度為50 cm，碾壓6遍數(shù)的施工工藝。

該土料經(jīng)現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)確定最優(yōu)含水率控制為18%～20%；現(xiàn)場施工土料含水率應(yīng)控制在18%～20%之間。土料過于干燥必須在料場灑水濕潤；含水量大時(shí)采用晾曬、翻曬工藝。嚴(yán)格控制在最優(yōu)含水率范圍內(nèi)方可上壩碾壓。

每層土料碾壓完，檢查表面無彈簧土、涌土、松土層、干土層及剪切破壞土出現(xiàn)，在下層土料鋪土前檢查壓實(shí)表面狀態(tài)，嚴(yán)禁在表面干燥狀態(tài)下，在其上鋪填新土層，應(yīng)予干燥表面均勻噴霧灑水濕潤后鋪筑新土層。

結(jié)論：采用SR20MP自行式振動碾（凸塊、自重20.9 t、壓實(shí)寬度2.14 m）一檔（2.55 km/h）碾壓50 cm的粘土6遍為經(jīng)濟(jì)合理的施工工藝。

3）反濾料碾壓各施工參數(shù)。反濾料的施工質(zhì)量控制指標(biāo)為相對密度，則現(xiàn)場控制的干密度應(yīng)不低于1.71 g/cm3，由碾壓遍數(shù)和干密度關(guān)系得出鋪料厚度為40 cm時(shí)4遍、6遍的干密度值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，8遍干密度值與6遍壓實(shí)密度變化不大；鋪料厚度為50 cm時(shí)4遍、6遍、8遍均合格，雖然鋪料厚度為50 cm碾壓4遍合格，考慮方便施工、節(jié)約工程成本、確保施工質(zhì)量建議采用碾壓6遍的施工工藝。

4）采用D85推土機(jī)（自重23 t、履帶寬0.6 m）一檔（2.53 km/h）碾壓50 cm的反濾料6遍為經(jīng)濟(jì)合理的施工工藝。

5）壩殼料碾壓各施工參數(shù)。壩殼料的施工質(zhì)量控制指標(biāo)為相對密度，由碾壓遍數(shù)和干密度關(guān)系得出鋪料厚度為70 cm時(shí)4遍的不合格；6遍、8遍的相對密度值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；鋪料厚度為90 cm時(shí)4遍不合格點(diǎn)較多，6遍、8遍均合格，考慮方便施工、節(jié)約工程成本、確保施工質(zhì)量，建議采用6遍的施工工藝。

6）采用XS222J自行式振動碾（平板、自重22 t、壓實(shí)寬度2.13 m）一檔(2.63 km/h),碾壓90 cm的壩殼料6遍,為經(jīng)濟(jì)合理的施工工藝。

7）通過現(xiàn)場試驗(yàn)取樣分析，粘土料上下層之間結(jié)合完好，采用SR20MP自行式振動碾（凸塊）進(jìn)行碾壓時(shí)結(jié)合面無需刨毛處理。

8）通過對粘土、反濾料、壩殼料的不同鋪土厚度不同碾壓遍數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)成果，確定設(shè)計(jì)壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)粘土壓實(shí)度為98%；反濾料相對密度為0.70；壩殼料相對密度為0.75，具有合理可行性。