□史明煥(貴州弘波質(zhì)量檢測有限公司)
土方填筑碾壓施工是水利工程中的一個重要施工項目,確保土方填筑碾壓施工質(zhì)量,能夠有效保證水利工程整體質(zhì)量。因此,在實際工程中,應(yīng)通過科學(xué)的碾壓試驗,確定其實際施工方法。
塘沖水庫是六洞河第二級綜合開發(fā)利用水利工程,上銜上塘水庫,下接附廓水庫。塘沖水庫樞紐工程位于滾馬鄉(xiāng)塘沖村河段,壩址控制流域面積185 km2,多年平均年徑流量1.02億m3。塘沖水庫工程樞紐主要由大壩樞紐工程、灌區(qū)樞紐工程、供水樞紐工程組成。大壩壩頂高程為706.50m,防浪墻頂高程707.70m,壩頂長392.78m,大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化上限,河床趾板建基面高程為653m,最大壩高53.50m。
試驗場地位于大壩主堆區(qū)與下游堆石區(qū)壩基間,寬42m,長46m,碾壓機具為機械驅(qū)動單鋼輪振動碾高檔碾壓22遍,然后進行基層密度檢測,共計挖坑5個。圖1為塘沖水庫試驗平面圖。
圖1 塘沖水庫試驗平面圖
基層處理合格后,即進行沉降方格網(wǎng)布置,方格網(wǎng)規(guī)格為2.00m×2.00m,并進行方格網(wǎng)高程測量,高差<10 cm,則基層平整度滿足試驗要求,于是按要求進行分區(qū):特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)。
2.2.1 上料方式
特殊墊層料、墊層料、過渡料采用進占法;主堆石料、下游堆石料采用后退法,梅花型堆料,用推土機或挖機推平。
2.2.2 鋪料厚度
按現(xiàn)場施工實際鋪料厚度能力進行。
2.2.3 碾壓方式
使用機械驅(qū)動單鋼輪振動碾進行碾壓,采用直線行車往返錯距式,重迭率為振動碾壓輪寬的10%(即20cm),行車速度(受碾壓機具限制)用其最慢速度(2.00-2.50km/h)進行碾壓。注意應(yīng)進行充分灑水,然后進行碾壓。碾壓時遍數(shù)記數(shù)按往返各算一遍的方式進行。各試驗區(qū)的碾壓組合式為:靜碾2+高振碾2+高振碾2+……直至碾壓后干密度、沉降基本沒有變化為止。
試驗場地寬4.00m,長36.00m。設(shè)計鋪料厚度≤22 cm,實際鋪料厚度24.40 cm。
3.1.1 級配
對碾壓前的特殊墊層料進行3組篩分試驗,3組料均超徑,最大粒徑48 cm,超徑5.24%~11.33%,細顆粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量為12.86%~13.92%,其中有1組級配不良。分別對碾壓4、6、8、10遍的10個試坑進行篩分試驗,均有超徑和細顆粒含量偏少現(xiàn)象,石料粒徑隨著碾壓遍數(shù)的增加,級配結(jié)構(gòu)隨之變化,即:粗粒料含量減少,中、細粒含量增加。除Ⅰ-6-1試坑為級配不良外,各試坑級配均良好。
3.1.2 密度
隨著碾壓遍數(shù)的增加,容重值增加,孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的10個試坑進行密度試驗,所得平均密度為2.01 g/cm3、2.11 g/cm3、2.24 g/cm3、2.27 g/cm3,對應(yīng)的孔隙率為25.20%、21.50%、16.90%、15.50%。
3.1.3 滲透
在碾壓8遍后進行測試,滲透系數(shù)為7.50×10-2cm/s。
3.1.4 沉降
隨著碾壓遍數(shù)的增加,沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應(yīng)的沉降量分別為23,15,7,6,6,6mm。
試驗場地寬6.00m,長36.00m。設(shè)計鋪料厚度45 cm,實際鋪料厚度45.80 cm。
3.2.1 級配
對碾壓前的墊層料進行3組篩分試驗,最大粒徑56 cm無超徑,細顆粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量為13.97%~17.11%,級配良好。分別對碾壓4、6、8、10遍的13個試坑進行篩分試驗,無超徑,細顆粒含量偏少,石料粒徑隨著碾壓遍數(shù)的增加,級配結(jié)構(gòu)隨之變化,即:粗粒料含量減少,中、細粒含量增加。除Ⅱ-6-1、Ⅱ-6-2兩個試坑為級配不良外,各試坑級配均良好。
3.2.2 密度
隨著碾壓遍數(shù)的增加,容重值增加,孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的13個試坑進行密度試驗,所得平均密度為1.99,2.03,2.11,2.17 g/cm3,對應(yīng)的孔隙率為26.0%、24.5%、21.7%、19.4%。
3.2.3 滲透
在碾壓8遍后進行測試,滲透系數(shù)為2.88×10-2cm/s。
3.2.4 沉降
隨著碾壓遍數(shù)的增加,沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應(yīng)的沉降量為39,14,7,6,5,5mm。
試驗場地寬4.00m,長36.00m。設(shè)計鋪料厚度45 cm,實際鋪料厚度45.40 cm。
3.3.1 級配
對碾壓前的過渡料進行3組篩分試驗,最大粒徑250 cm無超徑,細顆粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量為9.93%~12.85%,級配良好。分別對碾壓4、6、8、10遍的14個試坑進行篩分試驗,無超徑,石料粒徑隨著碾壓遍數(shù)的增加,級配結(jié)構(gòu)隨之變化,即:粗粒料含量減少,中、細粒含量增加。各試坑級配均良好。
3.3.2 視比重
視比重值由材料本身性質(zhì)決定,與碾壓遍數(shù)無關(guān),現(xiàn)場實測值為2.73。
3.3.3 密度
隨著碾壓遍數(shù)的增加,容重值增加,孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的14個試坑進行密度試驗,所得平均密度為1.99,2.18,2.25,2.23 g/cm3,對應(yīng)的孔隙率為27.2%、20.2%、17.7%、18.2%。
3.3.4 滲透
滲透系數(shù)是在碾壓8遍后測試的,滲透系數(shù)為2.2×10-2cm/s。
3.3.5 沉降
隨著碾壓遍數(shù)的增加,沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應(yīng)的沉降量為18,16,9,7,5,3mm。
試驗場地寬18m,長42m,設(shè)計鋪料厚度為90 cm,實際鋪料厚度為87 cm。
3.4.1 級配
對碾壓前的主堆石料進行3組篩分試驗,最大粒徑620 cm無超徑,有2組細顆粒含量(d<5mm)偏少,級配良好。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的18個試坑進行篩分試驗,無超徑,石料粒徑隨著碾壓遍數(shù)的增加,級配結(jié)構(gòu)隨之變化,巖石破碎比較嚴(yán)重,即:粗粒料含量減少,中、細粒含量增加。除Ⅳ-4-1、Ⅳ-4-3、Ⅳ-6-4三個試坑為級配不良外,各試坑級配均良好。
3.4.2 視比重
視比重值由材料本身性質(zhì)決定,與碾壓遍數(shù)無關(guān),現(xiàn)場實測值為2.69。
3.4.3 密度
隨著碾壓遍數(shù)的增加,容重值增加,孔隙率減小。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行密度試驗,所得平均密度為1.97,1.98,2.04,2.05,2.07,2.06 g/cm3,對應(yīng)的孔隙率為26.9%、26.3%、24.10%、23.70%、23.00%、23.40%。
3.4.4 滲透
在碾壓8遍后進行測試,滲透系數(shù)為1.20 cm/s。
3.4.5 沉降隨著碾壓遍數(shù)的增加,沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10、12遍所對應(yīng)的沉降量為15,34,18,15,8,6,5mm。
試驗場地寬14m,長42m,設(shè)計鋪料厚度為90 cm,實際鋪料厚度為88.10 cm。遍數(shù)計數(shù)方式為往返各算一遍。
3.5.1 級配
對碾壓前的下游堆石料進行3組篩分試驗,最大粒徑480 cm無超徑,有2組細顆粒含量(d<5mm)偏少,級配良好。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行篩分試驗,無超徑,石料粒徑隨著碾壓遍數(shù)的增加,級配結(jié)構(gòu)隨之變化,巖石破碎比較嚴(yán)重,即:粗粒料含量減少,中、細粒含量增加。除Ⅴ-2-1、Ⅴ-6-2、Ⅴ-8-2、Ⅴ-8-4、Ⅴ-8-5、Ⅴ-10-2、Ⅴ-12-1,7個試坑為級配不良外,各試坑級配均良好。
3.5.2 視比重
視比重值由材料本身性質(zhì)決定,與碾壓遍數(shù)無關(guān),現(xiàn)場實測值為2.73。
3.5.3 密度
隨著碾壓遍數(shù)的增加,容重值增加,孔隙率減小。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行密度試驗,所得平均密度為1.94,1.97,1.99,2.04,2.05,2.14 g/cm3,對應(yīng)的孔隙率為29.00%、27.80%、27.20%、25.30%、24.80%、21.70%。
3.5.4 滲透
滲透系數(shù)是在碾壓8遍后測試的,滲透系數(shù)為6.15×10-1cm/s。
3.5.5 沉降
隨著碾壓遍數(shù)的增加,沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10、12遍所對應(yīng)的沉降量為12,31,13,12,9,4,2mm。
通過以上上壩材料的現(xiàn)場碾壓試驗成果,得出其碾壓施工方法如下:
采用山推SR20M型機械驅(qū)動單鋼輪振動碾,直線行車往返錯距式(往返各算一遍)。行車速度2.00 km/h,重迭率為10%(20 cm),上料方式為后退法,鋪料厚度≤25 cm,灑水量為5%~10%;碾壓方式:先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設(shè)計要求(干密度:2.23 g/cm3、孔隙率16.9%)且經(jīng)濟合理,對局部薄弱處應(yīng)增加碾壓遍數(shù)以保證滿足設(shè)計要求。
采用山推SR20M型機械驅(qū)動單鋼輪振動碾,直線行車往返錯距式(往返各算一遍),行車速度2.00~2.50 km/h,重迭率為10%(20 cm),上料方式為后退法,鋪料厚度≤45 cm,灑水量為5%~10%;碾壓方式:先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設(shè)計要求(干密度:2.17 g/cm3、孔隙率19.4%)且經(jīng)濟合理,對局部薄弱處應(yīng)增加碾壓遍數(shù)以保證滿足設(shè)計要求。
采用山推SR20M型機械驅(qū)動單鋼輪振動碾,直線行車往返錯距式(往返各算一遍)。行車速度2.00~2.50 km/h,重迭率為10%(20 cm),上料方式為后退法,鋪料厚度≤45 cm,灑水量為15%~20%,碾壓方式:先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設(shè)計要求(干密度:2.25 g/cm3、孔隙率17.70%)且經(jīng)濟合理,對局部薄弱處應(yīng)增加碾壓遍數(shù)以保證滿足設(shè)計要求。
采用山推SR20M型機械驅(qū)動單鋼輪振動碾,直線行車往返錯距式(往返各算一遍)。行車速度2.00~2.50 km/h,重迭率為10%(20 cm),上料方式為進占法,鋪料厚度≤90 cm,灑水量為15%~20%,由于高檔振動碾壓12遍未達到設(shè)計要求,建議設(shè)計調(diào)整參數(shù),碾壓方式:先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓10遍(干密度:2.07 g/cm3、孔隙率23.00%)較經(jīng)濟合理,對局部薄弱處應(yīng)增加碾壓遍數(shù)以保證滿足設(shè)計要求。
采用山推SR20M型機械驅(qū)動單鋼輪振動碾,直線行車往返錯距式(往返各算一遍)。行車速度2.00~2.50 km/h,重迭率為10%(20 cm),上料方式為進占法,次堆體為≤90 cm,由于高檔振動碾壓12遍未達到設(shè)計要求,建議設(shè)計調(diào)整參數(shù),碾壓方式:先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓10遍(干密度:2.05 g/cm3、孔隙率24.8%)較經(jīng)濟合理,對局部薄弱處應(yīng)增加碾壓遍數(shù)以保證滿足設(shè)計要求。
綜上所述,在水利工程土方填筑碾壓施工中,應(yīng)重視碾壓試驗,有效控制碾壓施工質(zhì)量,一方面能夠提高水利工程的建設(shè)質(zhì)量,另一方面也可延長水利工程的使用壽命。
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