石板溝水庫(kù)壩殼料碾壓試驗(yàn)施工探析

岳 芳

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 石板溝水庫(kù)概況

石板溝水庫(kù)位于金強(qiáng)河上游左岸支流石板溝上，庫(kù)區(qū)主要為石板溝溝道，溝谷較開(kāi)闊，呈基本對(duì)稱的“U”字形，河谷底寬 150～350 m 不等，兩側(cè)無(wú)階地。工程所在地區(qū)屬高寒半干旱濕潤(rùn)氣候，氣溫低、日照短、無(wú)霜期短、多風(fēng)、天氣多變是該地區(qū)最為顯著的氣候特征。水庫(kù)總庫(kù)容為190.2 萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模?、判汀４髩螢槿劳列膲ι暗[石壩，壩頂長(zhǎng)273 m、寬6 m，最大壩高36 m。心墻采用粉質(zhì)壤土，上游側(cè)設(shè)一層反濾層，下游側(cè)設(shè)兩層厚均為2 m 的反濾層。大壩主體壩殼填筑料來(lái)源為水庫(kù)上游庫(kù)底開(kāi)挖的砂礫石料經(jīng)篩分所得。

2 碾壓試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)的目的是根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備，利用經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求的壩殼料，驗(yàn)證在試驗(yàn)段的不同鋪土厚度和含水率條件下所測(cè)得的碾壓參數(shù)，是否符合設(shè)計(jì)填筑要求的施工參數(shù)。試驗(yàn)過(guò)程中要掌握含水率對(duì)碾壓效果的影響、鋪土厚度和碾壓遍數(shù)的關(guān)系、含水率與碾壓遍數(shù)的關(guān)系、碾壓遍數(shù)與沉降量的關(guān)系，確定合理的碾壓參數(shù)（包括碾壓機(jī)具的選擇）及施工工藝，并用以指導(dǎo)壩體大規(guī)模填筑施工。

3 碾壓試驗(yàn)施工工藝

3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇及布置

3.1.1 場(chǎng)地選擇 場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)平整，至少能容納一個(gè)完整的試驗(yàn)組合。試驗(yàn)單元兩側(cè)應(yīng)有足夠?qū)挾?，可供施工機(jī)械與重車行走、回車錯(cuò)道。試驗(yàn)單元順壩軸線方向的兩端留5 m 作為停車和錯(cuò)車非試驗(yàn)區(qū)。

3.1.2 場(chǎng)地布置 為避免重復(fù)勞動(dòng)、節(jié)省投資、縮短工期，碾壓試驗(yàn)結(jié)合壩體填筑進(jìn)行。以壩縱0+015～壩縱0+045、壩橫 0+120～壩橫 0+180（高程 2 825.40 m）為試驗(yàn)段進(jìn)行壩殼料碾壓試驗(yàn)，分條帶分別進(jìn)行不同碾壓遍數(shù)的碾壓和取樣工作，場(chǎng)地經(jīng)平整處理后振動(dòng)壓實(shí)，確?；A(chǔ)沉降量每壓一遍不超過(guò)2 mm，表面平整度不超過(guò)10 mm。場(chǎng)地規(guī)劃見(jiàn)圖1。

圖1 壩殼料試驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)劃

3.2 碾壓試驗(yàn)程序

3.2.1 碾壓前的工作 卸料：自卸車采用進(jìn)占法倒退卸料，使汽車始終在松土上行駛，避免在壓實(shí)土層上開(kāi)行造成超壓引起剪力破壞。鋪料整平：鋪料采用推土機(jī)整平，沿壩縱向設(shè)兩根標(biāo)高指示桿，并根據(jù)松鋪層厚掛線，以保證鋪土厚度符合要求。灑水：鋪料前首先進(jìn)行基礎(chǔ)面灑水濕潤(rùn)，以利于層間結(jié)合。攤鋪層的天然含水率經(jīng)檢測(cè)后若有所降低或不符合最優(yōu)含水率要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行壩面補(bǔ)灑。

3.2.2 碾壓施工 試驗(yàn)段由專人指揮22T 壓路機(jī)采用進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓。每區(qū)段按照各靜壓2 遍，再振動(dòng)4、6、8 遍進(jìn)行。碾輪每遍重疊40 cm 左右，行車速度3～4 km/h。碾壓前測(cè)量松鋪面高程，具體為靜壓2遍、振動(dòng)碾壓4 遍后開(kāi)始測(cè)量1 次高程，同樣方法測(cè)量碾壓6 遍和碾壓8 遍的高程，并做好記錄。碾壓完成后在預(yù)先設(shè)定的部位，灌水法檢測(cè)濕密度，試樣含水率采用快速測(cè)定法檢驗(yàn)。試驗(yàn)完畢將試坑所挖出的砂礫料全部均勻回填原坑，并用重錘分層夯實(shí)直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 檢測(cè)基本工藝 沉陷量用水準(zhǔn)儀測(cè)量，精度±1 mm；含水量用快速測(cè)定法測(cè)定；密度采用灌水法測(cè)定。

3.3 碾壓試驗(yàn)方案

采用淘汰法確定碾壓參數(shù)數(shù)值。填筑壩殼料為水庫(kù)上游庫(kù)底砂礫石料開(kāi)挖篩分所得。松鋪厚度擬采用60 cm、65 cm、70 cm 鋪料厚度進(jìn)行壓實(shí)效果比選。碾壓遍數(shù)擬定6、8、10 三種不同碾壓遍數(shù)進(jìn)行壓實(shí)效果比選。砂礫石壩殼料填筑質(zhì)量采用灌水法試驗(yàn)。終碾后進(jìn)行試驗(yàn)成果計(jì)算，分別計(jì)算各條帶的相對(duì)密度，繪制干密度、碾壓遍數(shù)和含水率關(guān)系曲線圖。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)成果得出相應(yīng)的碾壓試驗(yàn)結(jié)論，提交監(jiān)理工程師審批后用于正式施工。試驗(yàn)成果計(jì)算公式如下：

式中，Dr.ds為壓實(shí)相對(duì)密度；ρds為壓實(shí)干密度；ρd.max為試驗(yàn)最大干密度；ρd.min為試驗(yàn)最小干密度。

3.4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 工地實(shí)驗(yàn)室依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999) 在碾壓試驗(yàn)開(kāi)始之前對(duì)壩殼料進(jìn)行了擊實(shí)試驗(yàn)，得出最大干密度為2.45 g/cm3、最小干密度為1.92 g/cm3、控制干密度為2.33 g/cm3。該工程設(shè)計(jì)要求壩殼料填筑相對(duì)密度≥0.82，每一層選取6 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位采用灌水法進(jìn)行取樣，取檢測(cè)點(diǎn)位的干密度平均值計(jì)算相對(duì)密度。試驗(yàn)路段在進(jìn)行下一層填土?xí)r不得對(duì)上一土層進(jìn)行大的擾動(dòng)，干密度檢測(cè)完畢后進(jìn)行下一步施工。

3.4.1.1 松鋪厚度和碾壓遍數(shù)的確定。試驗(yàn)段Ⅰ區(qū)當(dāng)松鋪厚度為60 cm 時(shí)，碾壓6 遍后平均相對(duì)密度為0.73，平均壓實(shí)厚度為53.4 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.124；碾壓8 遍后平均相對(duì)密度為0.86，平均壓實(shí)厚度為52.4 cm，平均壓實(shí)系數(shù)1.145；碾壓10 遍后平均相對(duì)密度為0.83，平均壓實(shí)厚度為51.4 cm，平均壓實(shí)系數(shù)1.167。試驗(yàn)段Ⅱ區(qū)當(dāng)松鋪厚度為65 cm時(shí)，碾壓6 遍后平均相對(duì)密度為0.72，平均壓實(shí)厚度為57.5 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.130；碾壓8 遍后平均相對(duì)密度為0.84，平均壓實(shí)厚度為56.2 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.157；碾壓10 遍后平均相對(duì)密度為0.83，平均壓實(shí)厚度為55.4 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.173。試驗(yàn)段Ⅲ區(qū)當(dāng)松鋪厚度為70 cm 時(shí)，碾壓6 遍后平均相對(duì)密度為0.67，平均壓實(shí)厚度為61.8 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.133；碾壓8 遍后平均相對(duì)密度為0.71，平均壓實(shí)厚度為58.8 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.190；碾壓10 遍后平均相對(duì)密度為0.70，平均壓實(shí)厚度為58.3 cm，平均壓實(shí)系數(shù)為1.201。

由以上數(shù)據(jù)可知，松鋪厚度為60～65 cm，22T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓8 遍均能滿足設(shè)計(jì)相對(duì)密度要求，鋪設(shè)厚度為65 cm 時(shí)機(jī)械利用率最高。

3.4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果。干密度與含水量關(guān)系曲線根據(jù)各鋪層厚度振動(dòng)碾壓8 遍所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，詳見(jiàn)圖2～4。

試驗(yàn)過(guò)程中干密度隨壓實(shí)遍數(shù)的增加逐漸增加，以最大干密度2.33 g/cm3為標(biāo)準(zhǔn)干密度時(shí)，振動(dòng)壓實(shí)6 遍時(shí)壓實(shí)干密度達(dá)2.30 g/cm3，相對(duì)密度為0.72；振動(dòng)壓實(shí)8 遍時(shí)壓實(shí)干密度達(dá)2.35 g/cm3，相對(duì)密度為0.84；振動(dòng)壓實(shí)10 遍時(shí)壓實(shí)干密度有所下降，為2.34 g/cm3，相對(duì)密度為0.83。

圖2 ρd—ω 關(guān)系曲線（鋪土厚度60 cm）

圖3 ρd—ω 關(guān)系曲線（鋪土厚度65 cm）

圖4 ρd—ω 關(guān)系曲線（鋪土厚度70 cm）

3.4.2 確定施工參數(shù)

3.4.2.1 碾壓機(jī)械設(shè)備。2 臺(tái) 50E 裝載機(jī)、1 臺(tái) SD22 推土機(jī)鋪料、10 輛 20T 自卸汽車、3 臺(tái) 22T 光面振動(dòng)碾、1輛15m3灑水車、2 臺(tái)1T 振動(dòng)碾、2 臺(tái)蛙式打夯機(jī)。

3.4.2.2 壩體碾壓參數(shù)。壩殼料松鋪厚度65 cm，靜碾2 遍、振碾6 遍，碾壓速度3～4 km/h，碾壓振動(dòng)頻率28～32 Hz。現(xiàn)場(chǎng)取樣干密度2.35 g/cm3, 含水率5.0%，相對(duì)密度0.84，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 施工注意事項(xiàng)

壩殼料攤鋪要平整均勻，防止高低不平影響壓實(shí)效果；行車速度要按確定的碾壓參數(shù)嚴(yán)格控制，保證碾壓遍數(shù)；嚴(yán)格控制料源質(zhì)量，含水率過(guò)大的不合格料不能作為填料使用；壩殼料內(nèi)不能混有草根，不得摻混其他壩料；試驗(yàn)過(guò)程中碾壓遍數(shù)低于最終確定碾壓遍數(shù)的區(qū)段要進(jìn)行補(bǔ)壓，超過(guò)松鋪厚度填筑的部位要清理至要求層厚后進(jìn)行重新碾壓，直至滿足設(shè)計(jì)相對(duì)密度要求；填筑時(shí)邊坡部位按照1～1.5 m 進(jìn)行超寬碾壓，確保經(jīng)過(guò)削坡后壩坡相對(duì)密度也能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段碾壓效果的檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析可知，在天然含水率為5%的狀態(tài)下，松鋪厚度控制為65 cm,采用22T 振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2 遍、強(qiáng)振6 遍比較經(jīng)濟(jì)合理，效果較好。