黏土心墻堆石壩碾壓試驗(yàn)技術(shù)的探討

張松強(qiáng)

摘 要：為保證水庫(kù)壩體填筑質(zhì)量，需進(jìn)行壩體填筑材料的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，確定上庫(kù)主副壩各種填筑材料達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)所需的各項(xiàng)碾壓參數(shù)指標(biāo)。對(duì)試驗(yàn)的依據(jù)，試驗(yàn)材料等進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)施工控制參數(shù)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的處理措施和建議。

關(guān)鍵詞：碾壓試驗(yàn)；顆粒分析；黏±心墻

引文：

某工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水建筑物、地下廠房洞室群、地面開(kāi)關(guān)站及場(chǎng)內(nèi)公路等組成。本工程為永久性建筑物為I級(jí)建筑物。副壩位于主壩大左側(cè)，為黏土心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)220m，壩頂寬度7m，壩頂高程237.36m，最大壩高27.86m。壩體上游邊坡l：2.75，下游邊坡l：2.25。上、下游坡面均設(shè)干砌石護(hù)坡。黏土心墻防滲體頂部高程為236.81m。上、下游邊坡均為l：O.2，心墻厚度3.o～14.8m。在黏土心墻防滲體兩側(cè)設(shè)置過(guò)渡料。

1設(shè)計(jì)對(duì)壩體各分區(qū)填筑料及碾壓試驗(yàn)要求

下水庫(kù)副壩堆石體的填筑料利用地下廠房及隧洞的開(kāi)挖料，從交通洞口的堆料場(chǎng)直接挖??；反濾料、過(guò)渡料、墊層料由碎石加T系統(tǒng)生產(chǎn)；砂料為河砂，黏土從指定的土料場(chǎng)挖取。（1）黏土心墻。頂寬3m，上、下游坡度為1：02，上壩的黏土心墻料的含水率控制在最優(yōu)含水量的l%～3%左右，黏土心墻料碾壓后要求黏土料壓實(shí)度達(dá)到98%，滲透系數(shù)不大于lxlO-5～cm/s。高塑性黏土要求黏粒含量不小于30%，填筑含水率控制在19%左右，干密度控制在1.72～1.75g/cm3。（2）反濾層。反濾層厚1.5m，取自開(kāi)挖的花崗巖新鮮洞渣料軋篩而成，碾壓后級(jí)配良好的細(xì)堆石料，顆粒堅(jiān)硬、耐久，無(wú)黏土和有機(jī)物等雜質(zhì)。（3）過(guò)渡層。過(guò)渡層厚1.5m，取自開(kāi)挖的花崗巖新鮮洞渣料軋篩而成.碾壓后級(jí)配良好的細(xì)堆石料，顆粒堅(jiān)硬、耐久，無(wú)黏土和有機(jī)物等雜質(zhì)。壓實(shí)干密度pd≥2.02t/m3，相應(yīng)孔隙率23%，最大粒徑dmax≤300mm，填筑層厚30、40cm，用18t振動(dòng)碾碾壓。（4）粗砂碎石墊層。粗砂碎石墊層厚0.5m，粗砂碎石墊層由過(guò)渡料和粗砂組成，兩者摻和比例為1：1。（5）堆石。要求采用開(kāi)挖的新鮮洞渣料，碾壓壓實(shí)后堆石區(qū)干密度pd≥2.15t/m3，最大粒徑dmax≤600mm，填筑層厚80cm，灑水后用18、22t振動(dòng)碾碾壓。

2試驗(yàn)的場(chǎng)地準(zhǔn)備及場(chǎng)次設(shè)計(jì)

碾壓試驗(yàn)施工前，利用推土機(jī)對(duì)碾壓場(chǎng)地進(jìn)行修整，利用18t自行式振動(dòng)碾碾壓，預(yù)鋪40～50cm厚0.5～2cm碎石，使平整場(chǎng)地并具有良好的透水性，適量灑水后，用18t自行式振動(dòng)碾碾壓16遍。并控制其沉降量平均每遍不大于lmm時(shí)，作為壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，使其達(dá)到充分密實(shí)后，作為碾壓試驗(yàn)的場(chǎng)地。

按計(jì)劃碾壓試驗(yàn)首先針對(duì)五種壩體填筑料及其鋪料厚度不同，安排了堆石料、反濾料、過(guò)渡料和墊層料、黏土心墻。共六大場(chǎng)試驗(yàn)，并考慮當(dāng)由于某種不確定因素影響（如暴雨、機(jī)械出力、量測(cè)器具等）。

3試驗(yàn)步驟

3.1堆石料碾壓試驗(yàn)

（1）鋪料：每場(chǎng)試驗(yàn)在鋪料前，都首先將場(chǎng)地整平，已挖過(guò)試坑的全部將試坑用碎石回填，并用18t自行式振動(dòng)碾振動(dòng)壓實(shí)，而后根據(jù)鋪場(chǎng)尺寸要求，進(jìn)行邊框放樣，并在周邊用標(biāo)桿標(biāo)出鋪料厚度。用自卸汽車(chē)運(yùn)料，卸料后由推土機(jī)整平，鋪料主要采用進(jìn)占法，即汽車(chē)始終行駛在鋪好的料面上。（2）小場(chǎng)劃分及測(cè)點(diǎn)設(shè)置：鋪料并整平后為方便各小場(chǎng)邊線(xiàn)的標(biāo)注及小場(chǎng)內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)出，先用振動(dòng)碾在鋪好的料面上碾壓（不振）一遍.而后按設(shè)計(jì)用油漆和向灰將各小場(chǎng)邊線(xiàn)標(biāo)出。（3）灑水與碾壓：碾壓前按試驗(yàn)要求對(duì)各小場(chǎng)進(jìn)行均勻?yàn)⑺坑伤碛?jì)量或通過(guò)磅稱(chēng)稱(chēng)量，按體積計(jì)算。碾壓采用前進(jìn)后退全振動(dòng)碾壓法，前進(jìn)后退碾壓一個(gè)循環(huán)按兩遍計(jì)，錯(cuò)位方法為前進(jìn)錯(cuò)位，錯(cuò)位后碾跡重疊20～30cm。（4）沉降測(cè)量：每碾壓兩遍對(duì)各小場(chǎng)內(nèi)沉降點(diǎn)進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，由相對(duì)高程值的變化來(lái)計(jì)算沉降量，直至各小場(chǎng)的碾壓遍數(shù)達(dá)到試驗(yàn)要求為止。（5）密度測(cè)定和顆粒分析：碾壓后每一小場(chǎng)都取有代表性部位挖兩個(gè)試坑進(jìn)行密度測(cè)定和顆粒級(jí)配分析。挖坑進(jìn)行密度測(cè)定的步驟是：堆石和過(guò)渡料，采用專(zhuān)門(mén)加工的直徑2.0m，高度0.2m的鋼環(huán)。反濾料、墊層料用直徑0.8m，高度0.2m的鋼環(huán)，將環(huán)放置在取樣位置的表面，將厚度0.2mm的塑料薄膜平鋪在環(huán)內(nèi)，然后向環(huán)內(nèi)注水至一定深度，記錄水量及水面至環(huán)頂?shù)木嚯x△H，此時(shí)該水體積稱(chēng)為試環(huán)體積，即Vt；排除環(huán)內(nèi)水體，去掉薄膜按要求挖試坑，挖出來(lái)的石料全部過(guò)篩分級(jí)稱(chēng)重，再加入薄膜注水測(cè)量試坑加環(huán)之體積v2，待水面距環(huán)頂A日時(shí)止，從而可求得試坑體積，從而求得試坑料的總干重和干密度。（6）滲透系數(shù)試驗(yàn)：碾壓后，在每一小場(chǎng)都進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)的測(cè)定。堆石料滲透試驗(yàn)采用試坑注水法單環(huán)式注水測(cè)定，試環(huán)由無(wú)縫鋼管車(chē)削而成，直徑略小于標(biāo)準(zhǔn)試環(huán)。

3.2黏土心墻碾壓試驗(yàn)

（1）土料的制備：土料場(chǎng)取土，采用PC200反鏟挖掘機(jī)挖裝，15t自卸汽車(chē)運(yùn)輸。在碾壓試驗(yàn)前，對(duì)土料場(chǎng)的黏土進(jìn)行土工界限含水率試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)的結(jié)果，土料的天然含水量為24.0%，超出最優(yōu)含水量19.0%。土料運(yùn)至碾壓場(chǎng)地進(jìn)行翻曬，經(jīng)測(cè)定土料的含水量接近最優(yōu)含水量時(shí)才進(jìn)行平整碾壓。（2）場(chǎng)地布置：在堆石料碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地的旁邊布置黏土碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地。先將場(chǎng)地整平，用18t自行式振動(dòng)碾振動(dòng)壓實(shí)，而后根據(jù)鋪場(chǎng)尺寸要求，進(jìn)行邊框放樣，并在周邊用標(biāo)桿標(biāo)出鋪料厚度。共布置6小場(chǎng)，每小場(chǎng)有效面積6m×10m。（3）鋪料：用自卸汽車(chē)運(yùn)料，卸料后由推土機(jī)整平，鋪料主.要采用進(jìn)占法，即汽車(chē)始終行駛在鋪好的料面上。（4）碾壓：采用18t自行式振動(dòng)碾進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓，碾跡搭接20cm。（5）密度測(cè)定：碾壓完成后，根據(jù)碾壓遍數(shù)每一小場(chǎng)取樣lO個(gè)。密度采用環(huán)刀法取樣，環(huán)刀直徑為10cm。含水率試驗(yàn)采用烘干法和酒精燃燒法。（6）滲透試驗(yàn)：黏土滲透試驗(yàn)采用環(huán)刀作為滲透容器，先進(jìn)行充分飽和；滲透系數(shù)肛剛，其中的A按環(huán)刀實(shí)際面積來(lái)計(jì)算。

4碾壓試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）加水與不加水對(duì)下庫(kù)黏土心墻堆石壩所利用的洞挖石料的壓實(shí)效果有較顯著的影響。碾壓前加水量多少對(duì)壓實(shí)效果的影響在第一大場(chǎng)次堆石料碾壓試驗(yàn)中專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了研究，以確定加水量的合理參數(shù)。（2）碾壓遍數(shù)對(duì)不同巖性的石料和不同鋪料厚度而言，都有一個(gè)最佳值，并非愈多愈好。墊層料和過(guò)渡料碾壓試驗(yàn)要求的鋪料厚度為30、40cm（實(shí)際厚度略大）。對(duì)于堆石壩體，沒(méi)有大塊石（均被壓成碎石）必然影響其抗滑穩(wěn)定性。（3）粗砂碎石墊層碾壓試驗(yàn)后的試坑顆分曲線(xiàn)。墊層料為人工制備料.碎石由軋石系統(tǒng)提供，在壩料鋪填時(shí)要注意對(duì)軋石系統(tǒng)的出料做進(jìn)一步調(diào)整，以改善其出料的級(jí)配構(gòu)成。

5結(jié)論及建議

（1）利用地下廠房及隧洞開(kāi)挖料作為上壩石料，料質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)，為理想的填壩材料。但其碾壓壓實(shí)效果與加水匿關(guān)系密切.壩體填筑最好采用碾壓前加水施工方法，使巖塊充分吸水軟化.同時(shí)加水后可增加顆粒間的潤(rùn)滑作用，以提高壓實(shí)質(zhì)量。對(duì)于18t重型振動(dòng)碾而言，增加10cm鋪料厚度對(duì)壓實(shí)效果影響不大，適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)即可。（3）加強(qiáng)上壩石料的質(zhì)鼉控制，協(xié)調(diào)好反濾料、過(guò)渡料、墊層料的生產(chǎn)與壩體填筑的關(guān)系。根據(jù)碎石場(chǎng)的生產(chǎn)能力及施工需要來(lái)安排備料，是保證壩體填筑進(jìn)度的關(guān)鍵。（4）控制好黏土的含水量，對(duì)高含水量的土料采用平面開(kāi)采，并對(duì)土料進(jìn)行翻曬，含水量符合要求方可填筑。對(duì)已碾壓的土料進(jìn)行灑水并覆蓋薄膜，防止土層表面圜失水產(chǎn)生龜裂。

參考文獻(xiàn)

[1]SL274--2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.endprint