土石坝堆石料碾压试验组织及分析

土石坝堆石料碾压试验组织及分析

王红刚

中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610225

摘要：土石坝堆石料填筑质量的保证是大坝整体安全有效运行的重要质量控制点之一，如何合理有效的组织、在确保大坝填筑施工和质量控制的前提下最大限度的节约成本、时间也是非常重要的。

关键词：土石坝坝壳料碾压试验合理组织

堆石料的填筑质量与防渗料同样重要，通过对堆石料正式填筑前的碾压试验，通过试验数据进行分析和判断，为坝料填筑确定了合理的填筑干密度及孔隙率等指标，并推荐最优的碾压施工参数，就需要对碾压试验引起足够重视。

1.概述

在碾压试验时如何合理的有效的组织开展碾压试验工作，涉及较多专业及部门下面以长河坝水电站响水沟堆石料碾压试验为例进行简要分析，来探讨如何组织好堆石料的碾压试验工作。

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，系大渡河干流水电规划“三库22级”的第10级电站，大坝土质防渗体采用砾石土直心墙，用于坝壳填筑的堆石料，采用微、弱风化或新鲜的开采花岗岩或石英闪长岩料。要求最大粒径不大于1000mm，D15≤30mm，小于5mm的颗粒含量不大于20%。碾压后孔隙率不大于21%。

2碾压试验目的

确定堆石料的最佳压实方法（包括选碾压设备类型、机械参数、碾压遍数、铺土厚度、洒水量等施工参数等）；压实后堆石料的各种物理性质、力学、渗透性质，为设计提供安全、经济、合理的计算参数；复核堆石料设计技术指标及填筑标准的合理性；

3碾压试验的组织实施

一般堆石料碾压试验分为10个步骤，分别为试验参数组合的确定→碾压试验场平整、压实及测量→坝料开采（含料源检测）→坝料的运输及卸料→坝料摊铺→碾压→测量→现场试验检测→室内试验及数据整理分析→复核碾压试验。

3.1试验组合

现场试验参数的组合一般有三个主要施工参数：铺料厚度、碾压遍数、含水率。针对不同的料源要求及种类，以三个参数可进行不同组合，但组合时应考虑碾压试验的经济性，没有必要对所有的组合进行试验，必竟一个组合的碾压试验需要各方面的配合及工作，成本较高，这就需要有选择性组合，并按最优方案实施。

长河坝水电站碾压试验在响水沟堆石料在三个施工参数所有组合的情况进行，碾压参数共有27种组合（行车速度按2.7±0.2km/h进行控制）。表1中为铺料厚度80cm，100cm，120cm中的80cm一种碾压铺料厚度，分计为9种组合，工作量及成本较高，且时间较长。

表1碾压试验组合情况（铺料厚度80cm）

针对这种情况，有必要对以上组合进行优化，以节约时间及成本。通过分析，试验可分为两个阶段：初选试验阶段、加水试验阶段，具体见表2。

在初选试验阶段可暂时不考虑含水率，以天然含水率进行试验对不同铺料厚度，碾压遍数进行组合，并根据试验结果初选出一种最优组合参数进入下一阶段试验工作。

在初选试验阶段的基础上，有针对性的进行加水试验阶段，比较选择加水量对试验结果的影响。

表2优化碾压试验组合情况

从表中对比可以看出，表1组合时三种铺料厚度共有27种试验组合，而优化后只有11种试验组合，试验时间、工作量、成本节约近60%。优化后试验组合在初选试验阶段就已选出了满足技术要求或设计要求的试验组合，在加水试验阶段是一个复核及进一步优化阶段，从这一点来说，碾压试验参数组合优化工作是非常必要的。

3.2试验场地要求

试验场地能够真实地模拟大坝填筑施工情况，试验场地经平整，坚实平整，铺一层试验层厚的试验料，碾压密实验收后铺料，试验场地处理及标准要求如下：

3.3坝料开采、运输

碾压试验用料一般为爆破料、天然料或回采料等，不管什么料源，均需经过颗粒分析试验合格后由反铲装车，用汽车装运至碾压试验场。

3.4坝料摊铺

坝壳料现场铺料宜采用进占法，用推土机进行平料；在距填筑面前沿4～6m距离设置移动式标杆，推土机操作手根据标杆控制填料层厚，避免超厚或过薄。推土机平料后，对影响碾压质量的超径料由反铲进行了剔除处理，同时人工配合进行局部填料、找平。

3.5碾压

碾压设备使用宜自行式振动平碾，工作质量、碾宽、振动频率、振幅为、激振力、碾压时行进速度等应根据设备技术参数来确定，错碾方式为搭接15～20cm，按“进退法”碾压，碾压遍数按一进一退2遍计算。

3.6测量

测量测点布置采用1.5×2.0m的网格网，根据不同的碾压铺料厚度、碾压遍数共来划分为若干个分区，每个区布置有16个测点以上。测点采用白灰标识，碾压两遍后仍按标识测量，如有损毁重新标识测量。

3.7现场试验检测

现场试验参数主要有：原位密度试验、颗粒级配分析试验、原位渗透试验三个。原位密度试验一般采用挖坑灌水法、现场颗粒级配分析采用筛析法、原位渗透试验一般采用双环法进行。

3.8室内试验及数据整理分析

根据现场取样试验结果，经整理、计算各项指示，得出其铺料厚度、碾压遍数、沉降率及孔隙率（或干密度）等之间的关系，可用以下成果图进行比较分析，例如以长河坝堆石料碾压试验成果为例可得出以下成果图表：

表3响水沟堆石料碾压试验成果表

图280cm厚度实测沉降典型图

通过分析可进一步分析，得出在同一铺料厚度条件下，堆石料孔隙率与碾压遍数的关系成反比，即孔隙率随碾压遍数的增加而减小；通过沉降过程线分析，可得出铺土厚度80cm时碾压6遍时沉降趋于稳定，碾压遍数大于6遍时，沉降值趋于变化不大，碟压6遍时土料已达密实状态。

根据以上分析我们就可以得出初选阶段的主要结论如下：

（1）石料级配参数基本满足设计要求；

（2）试验机械、机具及工艺满足现场碾压要求；

（3）根据现场颗粒分析及密度试验成果，并结合施工因素综合分析，本次碾压试验中最大粒径为800mm，则铺料厚度为100cm最佳。

3.9加水复核碾压试验

根据初选碾压试验成果，及确定最优参数进行复核阶段，复核阶段主要是对初阶段进行进一步的验证及论证加水量对成果的影响，复核碾压阶段主要工作内容为：加水试验（充分加水5%，10%），加水量试验中加水体积采用与堆石料的体积比控制。

4结语

（1）通过碾压试验工作要充分了解并分析坝料的各项碾压性能并提出最优的施工参数组合，在保证碾压试验的成果真实有效并能真实的反映的坝料的碾压性能的前提下节约成本及时间。

（2）碾压过程中的沉降量观测是检验坝料在碾压过程中的物理变化的重要指标之一，不能只最简单测量最终沉降量了事。

（3）实际施工中由于现场试验检测（主要为大粒径堆石现场密实度检测）占用时间较长不利于快速施工，且试验点的代表性一般，因此填筑施工质量控制可采用“双控法”。

目前国内国外新建土石坝较多，在充分使用当地筑坝材料时要注意各地区坝料均各不相同，对于有类似工程的坝料还需进行有针对性的碾压试验工作，不能一概而论。

作者简介：王红刚（1979-），男、甘肃天水人、高级工程师、从事水利水电工程施工技术及管理工作。