張峰水庫圍堰碾壓試驗施工參數(shù)確定方法

崔翔暉

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概況

張峰水庫位于晉城市沁水縣鄭莊鎮(zhèn)張峰村沁河干流上，控制流域面積4990km2，總庫容3.94億m3，是一座以城市生活和工業(yè)供水、農(nóng)村人畜飲水為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的大（二）型水利樞紐工程。樞紐工程由攔河大壩、導(dǎo)流泄洪洞、供水發(fā)電隧洞、溢洪道、渠首電站及川坡電站組成。大壩是山西省首座黏土斜心墻堆石壩，壩頂高程763.8m，壩高72.2m，壩頂長634.0m，壩頂寬10m。

水庫圍堰包括上、下游圍堰，均為土質(zhì)圍堰。上游圍堰工程包括堰基高噴體防滲、堰體與左岸巖石連接處混凝土齒墻、圍堰填筑、下游堆石棱體等，上游圍堰長344m，最大堰高23.24m，頂寬8～12m。下游圍堰工程包括圍堰填筑等。位于導(dǎo)流泄洪洞出口挑流沖坑上游側(cè)，圍堰長143m，最大堰高7.38m，堰頂寬5m。

2 試驗?zāi)康?/h2>

一是確定上游圍堰碾壓施工時的鋪料厚度、壓實遍數(shù)、松鋪系數(shù)。二是確定MC-3型核子密度儀干密度測值與環(huán)刀法干密度測值相關(guān)曲線，利用核子密度儀操作簡便、讀數(shù)快捷的特點來加快施工進度。

3 碾壓試驗場地選擇

碾壓試驗場地選擇在樁號0+030—0+040的填筑段，要求場地應(yīng)平坦，地基堅實。試驗時，先在地基上鋪壓1層試驗土料，然后在其上進行碾壓試驗，其含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率附近。每個試驗組合不小于2m×5m（寬×長），且應(yīng)在順碾壓方向和垂直方向兩端各留出至少1個碾寬。

4 碾壓試驗方案

張峰水庫所選3個料場均為素土，對不同料場的土料進行擊實試驗。據(jù)回填料特征和現(xiàn)有壓實機械功能，參考有關(guān)資料，擬定碾壓試驗方案為：采用16t平面振動碾，鋪料厚度為30cm時，壓實遍數(shù)為4遍、6遍、8遍；鋪料厚度為40~150cm時，均采用最佳遍數(shù)。當(dāng)測點位置在底部1/3處時，采用MC—3型核子密度儀法進行測值；當(dāng)測點位置在底部20~30cm時，采用環(huán)刀法進行測值。

5 碾壓試驗方法及結(jié)果

5.1 碾壓參數(shù)選擇

5.1.1 壓實遍數(shù)

固定鋪料厚度，壓實機械不變，逐漸增加壓實遍數(shù)至干密度減小時停止，每一規(guī)定遍數(shù)均用MC-3型核子密度儀測對應(yīng)點壓實干密度值5個，土的碾壓遍數(shù)根據(jù)施工經(jīng)驗分別取4遍、6遍和8遍，然后分別對不同碾壓區(qū)域進行干密度測試，每個區(qū)域取5個測點，并取其平均值，分析干密度變化規(guī)律確定合理經(jīng)濟的壓實遍數(shù)，檢測結(jié)果見表1。

表1 平面振動碾不同碾壓遍數(shù)的壓實干密度

由表1可知，鋪料厚度相同時，碾壓遍數(shù)在6遍和8遍時干密度值較大，且碾壓遍數(shù)為8遍時，干密度值比6遍時變小，因此，將干密度平均值最大的壓實遍數(shù)作為最佳碾壓遍數(shù)，即碾壓遍數(shù)為6遍。

5.1.2 鋪料厚度

鋪料厚度分別取30cm，40cm，50cm，并將碾壓遍數(shù)確定為6遍，經(jīng)在不同區(qū)域進行試驗并用MC-3型核子密度儀測壓實干密度及環(huán)刀法進行復(fù)核，分別取得測值5個，檢測結(jié)果見表2。

表2 平面振動碾不同鋪料厚度的壓實干密度 單位：g/cm3

由表2可知，平面振動碾在鋪料厚度為30cm時壓實干密度最大且能滿足設(shè)計要求，因此壓實機械的最佳鋪料厚度確定為30cm。

5.1.3 松鋪系數(shù)

壓實前、后分別測量該層高度，沉陷測量采用水準(zhǔn)儀測量，測點網(wǎng)格2m×2m，精度±1mm。測定壓實后土層厚度，并觀察壓實土層底部有無虛土層、上下層面結(jié)合是否良好、有無光面及剪力破壞現(xiàn)象。測量沉陷觀測點高程與壓前相應(yīng)點高程之差即為碾壓沉陷值（壓縮量），振動碾壓開始后進行測量，碾壓6遍后測量對應(yīng)點的沉降量，并取各個測點值的平均值確定松鋪系數(shù)，由檢測結(jié)果可知，松鋪系數(shù)為1.11。

表3 松鋪系數(shù)測量結(jié)果

5.2 碾壓試驗工藝

第一，填筑前在有效碾壓場范圍內(nèi)選定沉陷觀測點，測量記錄試驗場地的高程，測點間距2m×2m；劃出試驗區(qū)域和試驗單元及機械進出場的方向；在碾壓場周邊間距4m打入木樁，并在木樁上準(zhǔn)確標(biāo)示控制高程，以控制鋪料厚度；在場地中線一側(cè)的相連2個試驗小塊鋪設(shè)土質(zhì)、天然含水量、厚度均相同的土料，中線側(cè)的2個試驗小塊土質(zhì)和土厚相同，含水量較天然含水量分別增加或減少某一幅度（根據(jù)填筑土料擊實試驗確定范圍）。第二，自卸車卸料采用后退法，自卸車一車一點卸料，呈梅花形鋪料。第三，平料時采用推土機推平至預(yù)定厚度及平整度，必要時輔以人工耙平，以達到起伏差和平整度的要求。第四，每個試驗小塊按規(guī)定要求碾壓至計劃遍數(shù)，相應(yīng)在填筑面上取樣作密度試驗。第五，每個試驗小塊每次取樣數(shù)為5個，測定干密度；測定壓實后土層厚度，并做好記錄。

5.3 檢測工藝

沉陷測量：采用水準(zhǔn)儀測量，測點網(wǎng)格2m×2m，精度±1mm。

含水率測定：采用酒精燃燒法，連續(xù)燒3次，精確至0.01g。

密度測定：采用MC-3型核子密度儀檢測并輔以環(huán)刀法，環(huán)刀基本參數(shù)應(yīng)符合GB/T15406—2007規(guī)定，精確至0.01g/cm3。

5.4 含水率與壓實干密度關(guān)系

在進行環(huán)刀法取樣的同時檢測土料的含水率，由表4和擊實報告可知，土料含水率控制在10%～17%的范圍即可。

表4 含水率與壓實干密度的關(guān)系

5.5 率定MC-3型核子密度儀

采用MC-3型核子密度儀測壓實干密度的同時用環(huán)刀法測15個對應(yīng)點干密度值，利用最小二乘法原理進行線性回歸，確定核子密度儀測值與環(huán)刀法測值的相關(guān)曲線，結(jié)果見表5。

表5 儀器測值與環(huán)刀法測值對照表

6 質(zhì)量控制措施

第一，用于碾壓試驗的土料在取土場要進行含水量檢測，其含水量應(yīng)在土料的最優(yōu)含水量±2%范圍內(nèi)。如果含水量過大，土料攤鋪后進行翻曬，如果含水量偏小，土料攤鋪后采用灑水車按照計算的水量進行灑水，然后進行虛土攪拌，使土料的含水量保持均勻。第二，所有用于碾壓試驗的土料必須進行檢測，土內(nèi)不得含有樹根、雜草、磚塊或其他腐植物。第三，碾壓試驗基底為耕地或松土?xí)r，先清除有機土、種植土，平整后按規(guī)定要求壓實。在深耕地段，將松土翻挖，土塊打碎，然后回填、整平、壓實。第四，碾壓試驗前由技術(shù)人員對現(xiàn)場施工人員進行碾壓試驗施工技術(shù)交底，試驗員配合質(zhì)檢員對碾壓試驗施工過程嚴格控制，并嚴格執(zhí)行“三檢制”，確保施工質(zhì)量。第五，在施工中嚴格執(zhí)行規(guī)范和設(shè)計要求，對監(jiān)理提出的問題及時處理。第六，如果填土出現(xiàn)“彈簧土”、層間中空、松土層或剪力破壞現(xiàn)象時，應(yīng)根據(jù)具體情況采取置換、挖除等措施處理，并經(jīng)監(jiān)理驗收后方可繼續(xù)施工。

7 碾壓試驗結(jié)論及建議

綜上所述，該碾壓試驗結(jié)論為：最佳碾壓遍數(shù)為6遍；鋪料厚度為34cm；含水率應(yīng)控制在10%～17%；相關(guān)曲線y=1.0931x-0.1115（x為儀器測值、y為實測值）；設(shè)計要求壓實度應(yīng)達到96%，試驗最大干密度為1.74g/cm3，因此實際控制時實測值應(yīng)達到1.67g/cm3，根據(jù)相關(guān)曲線計算儀器測值應(yīng)達到1.63g/cm3。

8 結(jié)語

在水利水電建設(shè)工程建設(shè)項目中，土質(zhì)壩（圍堰）可就地取材、高效率利于施工機械、適用于各種地形、地質(zhì)及氣候條件，具有廣泛的應(yīng)用范圍，因而土質(zhì)壩碾壓參數(shù)選擇對節(jié)省投資的意義尤為重要。為此，施工前應(yīng)仔細調(diào)查當(dāng)?shù)赝临|(zhì)條件、氣候條件、施工布置及施工條件等，合理確定碾壓參數(shù)，為加快施工進度，降低施工成本，保證工程質(zhì)量發(fā)揮應(yīng)用作用。