某水利枢纽工程砂砾石坝壳料碾压试验及参数选择

某水利枢纽工程砂砾石坝壳料碾压试验及参数选择

贺晓燕

   合阳县水利工程质量安全监督站    

摘要：黏土心墙砂砾石坝，砂砾石作为坝体主要筑坝材料和主要组成部分，在土石坝中应用广泛。施工填筑中要确保砂砾料相对密度和级配满足要求。以该水利枢纽工程为依托，介绍了砂砾石料碾压参数确定方法。根据砂砾石填筑施工过程，砂砾石填筑相对密度≥0.75，满足设计填筑要求。后期现场应用表明，26t振动碾，高频率27～32(Hz)，行进速度控制在不大于3.0(km/h)，砂砾料虚铺85cm,碾压8遍，能够满足相对密度0.75设计指标。

关键词：碾压试验参数 砂砾料 相对密度 

天然河道砂砾石具有造价低，适用性高的特点。该水利枢纽工程具有调水、灌溉、发电等多项功能的大型枢纽工程，水库总库容19.6亿方。工程规模Ⅰ等大（1）型；主要由粘土心墙砂砾石坝（主坝）、右岸岸坡溢洪道、左岸混凝土坝（副坝）、左岸发电兼灌溉洞、电站厂房及左岸鱼道等建筑物组成。

本文依托该水利枢纽工程砂砾石料碾压试验结果，探究保证砂砾石料碾压填筑质量的碾压试验过程和方法，验证确定的碾压参数于施工实际填筑的相符性，确保坝体填筑压实质量。

1 碾压试验

1.1碾压工艺试验的目的

砂砾石碾压工艺试验目的为确保坝体填筑质量，通过砂砾石料摊铺及碾压试验，确定施工工艺参数，用以指导施工；复核设计填筑标准的合理性和可行性，选择经济合理、科学可靠的砂砾石料施工参数及质量控制指标，并制定铺筑施工的实施细则。结合图纸及实际施工情况进行，同一材料应按照一种铺料方式、同一型号振动碾、选择同一铺料厚度和不同碾压遍数分区碾压。碾压完成后检测压实层的干密度（相对密度）、级配等指标。

1.2.碾压工艺试验场地的布置及工艺流程

本次坝料碾压试验场地在左岸坝基进行，选择地势相对较平整的基础面，采用推土机推找平，人工配合机械精平后26t振动碾碾压16遍，基础坚实不再沉降，然后进行砂砾石料碾压试验；在室内用振动台法进行相对密度试验。

碾压试验工艺流程：

1.2.1 铺料厚度的确定：根据设计图纸及施工规范要求，考虑到砂砾石料与黏土心墙摊铺及反滤料摊铺厚度的匹配，且该工程砂砾石料源总体粒径偏小，5mm以下沙含量仅为14%，存在级配不良、断层现象，所以初选砂砾石料虚铺厚44cm、64cm、85cm，选择适宜的摊铺厚度和碾压变数，同时考虑到本身料源在河床段含水较高，因此没有在考虑洒水参数。

1.2.2 碾压遍数确定：根据以往工程经验，碎石用26T自行式震动碾压而成。选择虚铺厚度44cm、虚铺厚度64cm，初拟振动碾压为4、6、8遍，初拟虚铺厚度85cm，震动碾压6次、8次、10次；做3次碾压遍数比较试验。

综合考虑砂砾石料级配不良，砂砾石料含水率高，且大粒径（≥200mm）以上含量很少，不能在碾压时形成良好的骨架作用，所以本工程要求静碾压2遍，并将此作为强制碾压遍数，便于现场碾压面平整和压实质量控制。

1.2.3 对砂砾石料选择不同铺料厚度、三种不同碾压遍数组合，确定出最佳碾压遍数技术参数，同时并布置沉降观测点（同取样点）,进行砂砾石料碾压前后沉降量试验及干密度（相对密度）、最大粒径及级配测定。

1.2.4 室内振动台法测定不同砾石含量下的相对密度试验，以确定该料的压实质量控制指标。

1.2.5用所选的最佳碾压参数进行校核试验，进行碾压沉降量和碾压前后级配变化测定，进行碾压沉降量和压实程度的测定。通过碾压试验，达到满足设计及规范要求的最佳施工工艺参数。

              砂砾石料碾压工艺试验初选参数表

1.3、碾压试验及成果

1.3.1.试验项目及成果整理

试验项目包括压实后干密度(相对密度)、颗粒级配、＜0.075mm含量、含水量、最大粒径。干密度测定采用灌水法，含水量测定采用烘干法，颗粒级配筛分是将试坑内测定干密度用的全料分级筛分。根据试验测定成果，绘制颗分级配曲线，并对碾压前后的全料颗粒级配进行对比分析级配变化情况。以三种铺料厚度为参数，绘制碾压遍数-干密度(相对密度)关系曲线、碾压遍数-沉降量关系曲线。

从施工质量安全性考虑，本次校核试验计划参数为，铺料厚度64cm，振动碾压6遍；铺料厚度85cm，振动碾压8遍，进行复核对比试验，试验结果能够满足相对密度0.75设计指标。

砂砾石料碾压试验所确定的施工碾压参数及填筑技术标准见下表：

2.相对密度确定

相对密度（Dr）即为在不同砾石含量状态下的最大压实干密度所对应的相对压实度，本河床砂砾石料场由于最大粒径200mm颗粒极少，级配不够良好且分部不均匀，在同等压实条件下的相对密实状态不同，差别较大。鉴于这种情况，在确定最大、最小干密度时，采用等重量替代法进行室内振动台法相对密度试验。依据料场勘察资料，分析确定了反映料场级配变化范围的代表级配。采用代表级配分别进行标准试验，测出不同砾石含量下的最大、最小干密度值。绘制砾石含量、干密度、相对密度三因素相关曲线图（ρd～P5～Dr），该级配线涵盖了料场的不同级配料源情况，根据室内试验取得的最大、最小干密度对应的相对密度指标，以此作为坝体填筑控制砂砾石料压实质量的依据。

在施工过程中用灌水法测定干密度，并将试坑中的混合料进行筛分，计算出P5（砾石含量），对照三因素相关图查出实测的相对密度。

3.结论

3.1、为保证坝体填筑压实质量，业主方要求监理单位全过程参与施工现场取样，同时监理单位试验室按照7%的抽检频次现场取样。业主第三方对砂砾料相对密度试验结果进行现场抽查和复核，满足设计要求。

3.2、参数选择可根据现场施工方、监理方和业主第三方检测结果对碾压遍数进行动态调整增加碾压遍数。

3.3、截至目前为止，砂砾石坝壳料共取样检测302组，最终检测结果相对密度0.75～0.97，平均0.86，大于0.8相对密度占比83%。小于5mm沙含量8%～23%，平均15.2%，均满足设计指标。第三方检测现场试验复核结果符合设计要求，其碾压参数满足设计要求，说明本次碾压试验成果基本符合坝体填筑压实效果。

3.4、施工单位加强大坝施工期沉降观测，定期进行数据统计分析，及时反馈坝体填筑质量。

参考文献：

1《土工试验规程》SL237-1999；

2《水电水利工程粗粒土试验规程》DL/T5356—2006；

3《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2013；

4《土石坝筑坝材料碾压试验规程》NB/T35016-2013；

5《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准-土石方工程》SL 631-2012；

6《水利水电工程注水试验规程》SL354-2007；

7施工报告《某水利枢纽工程砂砾石坝壳料碾压试验》报告

8相关施工规范和技术要求；设计图纸、设计文件、技术文件、招标文件技术部分等。

作者简介：

贺晓燕：1975年4月26日出生，工程师，大学专科，工作单位：合阳县水利工程质量安全监督站，主要从事水利工程质量检测试验等。

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