石板溝水庫壩殼料碾壓試驗施工探析

岳 芳

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 石板溝水庫概況

石板溝水庫位于金強河上游左岸支流石板溝上，庫區(qū)主要為石板溝溝道，溝谷較開闊，呈基本對稱的“U”字形，河谷底寬 150～350 m 不等，兩側(cè)無階地。工程所在地區(qū)屬高寒半干旱濕潤氣候，氣溫低、日照短、無霜期短、多風、天氣多變是該地區(qū)最為顯著的氣候特征。水庫總庫容為190.2 萬m3，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模?、判?。大壩為壤土心墻砂礫石壩，壩頂長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源為水庫上游庫底開挖的砂礫石料經(jīng)篩分所得。

2 碾壓試驗?zāi)康?/h2>

進行現(xiàn)場碾壓試驗的目的是根據(jù)現(xiàn)有的機械設(shè)備，利用經(jīng)實驗室檢驗符合設(shè)計要求的壩殼料，驗證在試驗段的不同鋪土厚度和含水率條件下所測得的碾壓參數(shù)，是否符合設(shè)計填筑要求的施工參數(shù)。試驗過程中要掌握含水率對碾壓效果的影響、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)（包括碾壓機具的選擇）及施工工藝，并用以指導壩體大規(guī)模填筑施工。

3 碾壓試驗施工工藝

3.1 試驗場地選擇及布置

3.1.1 場地選擇 場地應(yīng)堅實平整，至少能容納一個完整的試驗組合。試驗單元兩側(cè)應(yīng)有足夠?qū)挾?，可供施工機械與重車行走、回車錯道。試驗單元順壩軸線方向的兩端留5 m 作為停車和錯車非試驗區(qū)。

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

圖1 壩殼料試驗場地規(guī)劃

3.2 碾壓試驗程序

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

3.2.2 碾壓施工 試驗段由專人指揮22T 壓路機采用進退錯距法碾壓。每區(qū)段按照各靜壓2 遍，再振動4、6、8 遍進行。碾輪每遍重疊40 cm 左右，行車速度3～4 km/h。碾壓前測量松鋪面高程，具體為靜壓2遍、振動碾壓4 遍后開始測量1 次高程，同樣方法測量碾壓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，灌水法檢測濕密度，試樣含水率采用快速測定法檢驗。試驗完畢將試坑所挖出的砂礫料全部均勻回填原坑，并用重錘分層夯實直至達到設(shè)計要求。

3.2.3 檢測基本工藝 沉陷量用水準儀測量，精度±1 mm；含水量用快速測定法測定；密度采用灌水法測定。

3.3 碾壓試驗方案

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

3.4 試驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

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

式中，Dr.ds為壓實相對密度；ρds為壓實干密度；ρd.max為試驗最大干密度；ρd.min為試驗最小干密度。

3.4.1 試驗數(shù)據(jù)分析 工地實驗室依據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999) 在碾壓試驗開始之前對壩殼料進行了擊實試驗，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)計要求壩殼料填筑相對密度≥0.82，每一層選取6 個檢測點位采用灌水法進行取樣，取檢測點位的干密度平均值計算相對密度。試驗路段在進行下一層填土時不得對上一土層進行大的擾動，干密度檢測完畢后進行下一步施工。

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

由以上數(shù)據(jù)可知，松鋪厚度為60～65 cm，22T振動壓路機碾壓8 遍均能滿足設(shè)計相對密度要求，鋪設(shè)厚度為65 cm 時機械利用率最高。

3.4.1.2 試驗結(jié)果。干密度與含水量關(guān)系曲線根據(jù)各鋪層厚度振動碾壓8 遍所測數(shù)據(jù)進行繪制，詳見圖2～4。

試驗過程中干密度隨壓實遍數(shù)的增加逐漸增加，以最大干密度2.33 g/cm3為標準干密度時，振動壓實6 遍時壓實干密度達2.30 g/cm3，相對密度為0.72；振動壓實8 遍時壓實干密度達2.35 g/cm3，相對密度為0.84；振動壓實10 遍時壓實干密度有所下降，為2.34 g/cm3，相對密度為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 碾壓機械設(shè)備。2 臺 50E 裝載機、1 臺 SD22 推土機鋪料、10 輛 20T 自卸汽車、3 臺 22T 光面振動碾、1輛15m3灑水車、2 臺1T 振動碾、2 臺蛙式打夯機。

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，碾壓振動頻率28～32 Hz?，F(xiàn)場取樣干密度2.35 g/cm3, 含水率5.0%，相對密度0.84，滿足設(shè)計標準。

4 施工注意事項

壩殼料攤鋪要平整均勻，防止高低不平影響壓實效果；行車速度要按確定的碾壓參數(shù)嚴格控制，保證碾壓遍數(shù)；嚴格控制料源質(zhì)量，含水率過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；試驗過程中碾壓遍數(shù)低于最終確定碾壓遍數(shù)的區(qū)段要進行補壓，超過松鋪厚度填筑的部位要清理至要求層厚后進行重新碾壓，直至滿足設(shè)計相對密度要求；填筑時邊坡部位按照1～1.5 m 進行超寬碾壓，確保經(jīng)過削坡后壩坡相對密度也能滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

通過對試驗段碾壓效果的檢測和數(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 振動壓路機靜壓2 遍、強振6 遍比較經(jīng)濟合理，效果較好。