大坝堆石料相对密度试验方法应用研究

大坝堆石料相对密度试验方法应用研究

周鹏飞

中国水利水电建设工程咨询西北有限公司   陕西  西安   710000

摘要:通过对堆石料进行现场相对密度试验和现场原位碾压试验，得到堆石料的最大、最小干密度，并相互验证其合理性，进而说明堆石料孔隙率施工检测数值的合理性。试验结果表明: 现有相对密度试验方法无法适应堆石料的最大、最小干密度测试，存在较大的偏差，采取现场大型原位碾压试验取得的孔隙率数据较为真实客观。介绍了在碾压试验现场进行大型相对密度试验的方法，即通过坑测法和附加质量法在相同和不同测点进行试验检测;比较了不同测试方法的检测成果及相对密度控制的可行性。综合分析表明，用附加质量法检测堆石料相对密度具有可行性。

关键词:堆石料；相对密度；碾压质量；坑测法；附加质量法

引言

为了获得现场堆石料实际碾压结果，现场试验检测方法采用坑测法和附加质量法在相同和不同测点进行试验检测。坑测法只选在代表性的碾压遍数下进行试验，也只能反映碾压完成后的堆石料密度及其他参数，无法反映碾压过程中的密度变化情况。附加质量法可在任何碾压遍数下进行检测，可实时获得碾压过程中堆石料密度及变化情况。因此，本文依据堆石料相对密度控制法试验检测成果分析判定堆石料实际碾压状况，并对附加质量法检测成果进行评价，同时也验证设计指标的合理性，为大坝优化设计和施工技术参数控制提供科学依据。

一、大坝堆石料相对密度试验方法应用的研究背景

目前，堆石料填筑设计标准通常按孔隙率进行评价，很少采用相对密度进行控制，但从近几年水电工程碾压试验及坝体填筑检测结果来看，在大型碾压机械出现以后，堆石料碾压孔隙率很容易达到设计要求。同时由于填筑料级配的变化，同一孔隙率的填筑料具有不同的强度和压缩变形等性质。鉴于上述情况，本文研究采用在碾压试验现场进行大型相对密度试验的方法，通过技术措施取得堆石料的最小干密度和最大干密度，得到堆石料的相对密度值并判断现场堆石料的实际碾压状况，分析相对密度法对堆石料填筑质量控制的可行性[1]。

二、相对密度控制法及现场试验

1、试验方法

现场相对密度试验先进行最小干密度试验，然后通过碾压设备进行振动碾压至最大干密度。最小干密度试验采用人工配合反铲松填法。试验按环的大小分别进行最大粒径为 100、200、400、800 mm的现场试验( 上、平均、下包线) 。按照《水利水电粗颗粒试验规程》 DL /T 5356—2006、《土石筑坝材料碾压试验规程》NB /T 35016—2013、《碾压式土石坝施工规范》DL /T 5129—2013、《碾压式土石坝设计规范》DL /T 5395—2007 规范要求，通过人工筛分把每一级料全部筛分出来，筛完后人工配料、人工装样、获取试样体积。采用 32t 自行式振动平碾碾压10 遍，在每个试样环范围内微动进退振动碾压 15 min。在碾压过程中，根据试验料及周边料的沉降情况及时补充料源，使振动碾不与试样环直接接触。碾压完成后进行现场灌水，获取碾压后土体的体积，计算最大干密度值，均进行 2 组平行试验。试样环下部封闭，上部碾压前采用粒径 20 mm 的砾石进行填平，并取砾石质量( 高度约 20 cm) 。根据装填的总土质量和试样环的体积计算最小干密度和最大干密度。

2、现场大型相对密度试验

场地基础处理试验场地选择在两河口水电站工程下游堆石料该场地填筑后沉降时间较长且基本趋于稳定。堆石料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ大面采用32t光面振动碾碾压，振动平碾的行使方向以及铺料方向平行于大坝轴线，碾压采用错距法，不同坝料骑缝碾压宽度不小于0.5m。碾压遍数为动碾10遍，碾重32t、激振力为590kN、行走速度控制在2.5±0.3km/h。振动碾的工作质量、频率、振幅应及时标定，确保其始终保持良好的性能和状态投入运行。严禁无振碾压、欠碾和漏碾；现场划定30m×30m的试验区域，在场地周边填筑厚度为1m的堆石料后振动碾压10遍。对靠近试验区一侧的坡面进行修整，剔除较大粒径堆石料并采用反滤料Ⅰ和反滤料Ⅱ各占50%的混合料对修整后的坡面进行平整处理，然后用振动夯板进行夯实。现场测量网格点采用1m×1m布置，包括斜坡面中部与坡顶各布置一个测点，采用全站仪进行场测量和铺料厚度控制[2]。

3、铺料和碾压

铺料时为防止试验区斜坡面边沿压塌，采用铺设钢板的形式对斜坡面进行保护，在靠近边沿容易造成大粒径堆石料集中的部位安排反铲进行处理，以尽量避免大粒径块石集中。铺料厚度按每场试验的参数要求确定，自卸汽车卸料后用推土机摊铺平整使厚度满足要求并由测量人员控制。为保证周边的侧向约束，场地宽度方向加宽2m，长度方向加长6m，以便于错车和停车，并在长度方向填筑一个斜坡道，以利于自卸汽车运输作业。碾压前先拉测绳划分碾压范围和条块，用石灰画线做好标识，以控制振动碾碾压范围，保证碾压质量。碾压时采用32t自行式平碾振动碾压8遍、10遍时、12遍时，，并在每两遍间进行沉降测量，碾压要求振动碾行驶平直、稳定，碾迹重叠且无漏碾或超碾过宽现象，行车速度控制在2.5～3.0km/h，并由碾压指挥人员用秒表测控行车速度。铺料完成后，对应下层的点位进行铺料厚度测量，并对振动碾压8遍、10遍时、12遍时，每 2遍的沉降进行测量，以计算对应不同碾压遍数下的体积与密度。

4、试验检测

铺料完成后，采用坑测法、附加质量法、沉压值法分别对松铺料、振碾 8 遍、振碾 10

遍、振碾12遍时的堆石料密度进行检测，每种状态检测 3 个点。

三、试验成果分析

通过现场生产性碾压试验成果分析，采用湖南中大YZ32型32吨自行式振动平碾，低频高振（激振力590KN），按铺料厚度100cm，振动8遍、10遍、12遍不同参数组合进行试验，实测干密度随碾压遍数增加呈递增趋势，孔隙率随碾压遍数增加呈递减趋势。铺料厚度在振动8遍、10遍时、12遍时，孔隙率均能满足设计≤21%的要求，且加水量对孔隙率的影响不大。

由于坑测试验具有破坏性，无法获取堆石料密度的变化趋势。为此，采用附加质量法对3个连续跟踪检测测点进行全过程检测。从检测成果来看:附加质量法检测数据基本反映了堆石料碾压过程中的密度变化情况，说明采用附加质量法技术获取最佳施工碾压参数思路可行，效果良好，也为分析堆石料实际碾压状态提供了更为全面的数据支撑。在试验过程中开展了附加质量法与坑测法的对比试验。从对比的结果来看，在松散铺料下，附加质量法与坑测法的对比结果相对误差偏大，随着碾压遍数的增加，相对误差逐步减小。原因是在松散铺料状态下振动能量衰减较快，对测试信号有一定影响。今后需要对附加质量法开展进一步研究，以提高在松散铺料情况下的探测精度；附加质量法特点具有快速、准确、实时和无破坏性等特点，也为大坝填筑施工提供了一种便捷实用的重要检测手段。

结束语

随着我国高土石的陆续规划和建设，岩土力学、渗流理论和设计技术的不断发展土石坝的设计更趋经济和安全；石坝散粒体结构所具有的适应变形能力使其在地震多发、具有深厚覆盖层的西部地区更具合理性；超大型土石方施工机械制造技术，进一步提高了土石方施工的机械化水平，从而在工期、造价等方面比其他坝型更具竞争优势，使这传统的、经验性的技术更加精准化、科学化，进而促进行业的不断进步和可持续发展 。

参考文献：

[1]郭永新.大坝堆石料相对密度试验方法应用研究[J].商品与质量, 2020, 000(045):84-85.

[2]张正勇,包永侠,唐德胜.阿尔塔什大坝堆石料相对密度研究和施工应用[J].水力发电, 2018, 44(2):4.