天然高含水率火山灰質(zhì)土料填筑碾壓施工

胡宗容，劉莉萍

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066； 2.中電建路橋集團有限公司，北京100048)

1 工程概況

毛里求斯是印度洋西南部島國，屬亞熱帶海洋性氣候，分夏、冬兩季，終年濕熱，年平均氣溫25 ℃。5月～10月的天氣比較清涼，氣溫17～25 ℃；11月～4月氣溫25～30 ℃；1月～4月是雨季[1]。巴加泰勒(BAGATELLE)水壩項目位于毛里求斯中部的特里汝吉河(Terre Rouge River)上，大壩壩頂長2 550 m，最大壩高48 m，壩頂寬7 m。大壩由3部分組成：左岸土壩段長980 m、右岸土壩段長1 270 m、堆石壩段布置在壩體中間，連接左、右兩岸土壩，長300 m、壩頂寬7 m。巴加泰勒水壩工程總體平面布置見圖1。壩體填筑的任意料(火山灰土料)填筑工程量170萬m3，心墻料填筑工程量45.5萬m3，均來自于左、右岸土料場和壩基開采料。

圖1 巴加泰勒水壩工程總體平面布置

2 火山灰質(zhì)土料基本性質(zhì)

大于2 mm顆粒含量為0～24.0%，平均4.0%，土樣較為均勻；小于0.08 mm細粒含量為51.6%～90.3%，平均72.6%；小于0.005 mm粘粒含量為16.0%～26.0%，平均21.8%，土料分類定名為含砂高液限粘土(CHS)[2]。

土料天然含水率試驗共14組土樣，在不同深度不同位置取樣。試驗結(jié)果顯示，天然含水率最小值41.1%，最大值58%，平均值50.7%。對火山灰質(zhì)土填筑料采用普氏擊實方法(604 kJ/m3)進行了12組擊實試驗。試驗結(jié)果顯示，最大干密度為1.26～1.42 g/cm3，平均1.322 g/cm3；最優(yōu)含水率26.2%～42.5%，平均35.5%；天然含水率平均51.8%，比最優(yōu)含水率平均值大16.3%。擊實土進行了12組滲透系數(shù)試驗。成果顯示，土料滲透系數(shù)為1×10-7cm/s，為極弱透水性。總之，任意填筑料密度較小，含水率較高[3]，具有極弱透水性、中等壓縮性與較高抗剪強度。

3 含水率檢測

試驗研究時段選擇在8月～10月進行，避開雨季。

3.1 開采前

開采前，在料場取樣進行含水率檢測，共取樣10組。含水率檢測結(jié)果見表1。

表1 開采前天然含水率 %

3.2 裝車前

試驗采用推土機推料，裝載機裝料的方式開采土料。其中，推土機推料厚度分別為5～10、 10～15、15～20 cm。推土機推料后不直接裝車，晾曬0.5～1 h后開始裝車。不同開采厚度土料在裝車前分別取樣10組進行含水率檢測，檢測結(jié)果見表2。由表2知，薄層開采時，開采厚度越小，含水率降低越明顯[4]。

表2 不同開采厚度土料裝車前含水率 %

3.3 運輸過程中

土料開采完成后，用裝載機裝車，20 t自卸汽車運輸，后退法上料攤鋪[5]。汽車卸料后，推土機整平攤鋪前取樣進行含水率檢測。每種推料厚度分別取樣10組檢測。檢測結(jié)果見表3。

表3 攤鋪前土料含水率 %

3.4 攤鋪整平后

攤鋪采用推土機攤鋪整平，水準儀控制攤鋪厚度。攤鋪整平后，每個試驗塊各取樣10組進行含水率檢測。檢測結(jié)果見表4。

4 碾壓試驗

分別將不同開采厚度的土料進行攤鋪、碾壓，碾壓試驗[6]參數(shù)見表5。

碾壓試驗由20 t自卸汽車運輸、SD22推土機攤鋪整平，徐工16 t自行式凸塊振動碾碾壓，精密水準控制鋪土厚度。每個碾壓試驗塊面積為8 m×10 m。開采厚度為5～10、10～15、15～20 cm各碾壓試驗塊檢測結(jié)果分別見表6、7、8。碾壓前，取樣檢測最大干密度為1.32 g/cm3，最優(yōu)含水率為38.3%。

表4 攤鋪整平后含水率 %

表5 碾壓試驗參數(shù)

表6 開采厚度5～10 cm碾壓試驗檢測結(jié)果

表7 開采厚度10～15 cm碾壓試驗檢測結(jié)果

表8 開采厚度15～20 cm碾壓試驗檢測結(jié)果

5 成果應(yīng)用

左岸土料試驗成果見圖2。右岸土料試驗成果見圖3。從圖2、3可知，在施工過程中，土料含水率平均降低9.5%左右，最大值14.2%，最小值4.4%；土料填筑壓實度均達到90%以上，壓實度值分布在90%～95%之間居多，壓實效果滿足設(shè)計文件及技術(shù)要求；壓實后土料現(xiàn)場十字剪切試驗抗剪強度平均值達到了140 kPa，滿足設(shè)計要求。

6 結(jié) 語

從毛里求斯巴加泰勒水壩項目天然高含水率火山灰質(zhì)土料上壩填筑碾壓施工實踐可知，土料開采宜采用推土機薄層開采，開采厚度5～10 cm，含水率在裝車前可降低4.4%左右；在攤鋪過程中，先使用推土機攤鋪，由于推土機自重較

圖2 左岸土料試驗成果

圖3 右岸土料試驗成果

大，其履帶在攤鋪過程中再次將土料破碎、碾壓，整體攤鋪完成后再進行整體整平；推土機反復(fù)在鋪填土料上行走碾壓，促使土料中水分快速蒸發(fā)，此過程中，土料含水率可降低1%左右；碾壓時先整體靜碾2遍，后順序振動碾壓，在碾壓過程中，可降低含水率2.4%。

[1] 李偉, 張帆. 毛里求斯巴加泰勒大壩多點位移計在壩基沉降監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 四川水力發(fā)電, 2016, 35(3)： 44- 45.

[2] 祝學勇. 湖淤積中高液限粘土壓實特性與碾壓控制標準研究[D]. 濟南： 山東大學, 2015．

[3] 林軍, 武錦華. 淺談土料高含水率地區(qū)土壩的施工[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2004(3)： 62- 63．

[4] 何剛. 土料薄層開采技術(shù)應(yīng)用[J]. 西北水力發(fā)電, 2005, 21 (S2) ： 158- 159．

[5] 閆志珍. 天荒坪電站上水庫壩體高含水量土料填筑施工[J]. 水力發(fā)電, 1998(8)： 61- 63．

[6] 李朝政. 苗尾水電站高含水率心墻防滲土料碾壓試驗研究[J]. 水利與建筑工程學報, 2013, 2(11)： 158- 163．