土石壩現場碾壓試驗

□張思遠(貴州省水利水電勘測設計研究院)

1.試驗目的

通過現場試驗，確定本工程復合土工膜心墻風化料壩主要分區料在各種不同施工參數情況下經碾壓后的各項物理力學指標及級配，優選壩料壓實技術的壓實參數，為大壩施工及施工質量控制提供依據。確定經濟合理的施工壓實參數。

2.試驗標準、內容和方法

2.1 試驗標準

《碾壓式土石壩設計規范》SL274-2001；《碾壓式土石壩施工規范》DL/T5129-2001；《土工試驗規程》SL237—1999《;水利水電工程天然建筑材料勘探規程》SL251—2000。

2.2 試驗內容

試驗內容包括：粘土料、粘土夾風化石、風化料的級配、比重、密度、滲透、沉降。

2.3 試驗檢測方法

2.3.1 顆粒分析

風化料和粘土夾風化石碾壓前進行顆粒分析。風化料碾壓2遍、4遍時不進行顆粒分析。風化料其余碾壓6、8、10遍分別對Ⅴ區、Ⅵ區各進行3組顆粒分析。顆粒分析采用篩析法，共檢測20組。

2.3.2 比重

參照勘察設計期間的比重試驗成果。

2.3.3 密度

密度檢測采用挖坑灌水法進行，風化料采用1.50m方形套環，粘土、粘土夾風化石料采用1.00m方形套環。共檢測57組，基底6組、粘土料18組、粘土夾風化石料15組、風化料18組。

2.3.4 滲透

滲透檢測采用現場試坑滲水法，共檢測12組，粘土、粘土夾風化石、風化料6區各檢測2組。

2.3.5 沉降

沉降檢測采用全站測量儀觀測方格網點高程，降方格網布置，方格網規格為2.0m×2.0m。

2.3.6 干密度試驗

在碾壓現場取粘土料和粘土夾風化石料進行室內擊實試驗，粘土料采用輕型擊實，粘土夾風化石料采用重型擊實。

3.碾壓試驗機具介紹

裝料：用小松PC220-7型挖掘機2臺；機號：DBH5315，斗容量為1.0（1.05）m3。運料：用三環征程30T自卸車3臺。鋪料：山推160推土機推平。測量：全站儀1臺。碾壓機具：廈工三重XG6204M機械式振動壓路機，其技術參數如下：

型號：XG6204M 牽引力：88kN

工作質量：20T 壓實寬度：2.13m

振動頻率：28Hz 名義振幅2.0/1.2mm

激振力：350/210kN 工作速度：2.4km/h

額定功率：95kW 最小轉彎半徑：≤6500mm

振動輪直徑×寬度：1550mm×2130mm額定轉速：2100r/min

4.試驗材料

本次試驗主要是對粘土料、粘土夾風化石料、風化料進行試驗，排水堆石區料采用設計推薦的填筑參數。

粘土料在庫區內左岸開采的粘土，粘土夾風化石料采用左壩肩開采的粘土夾風化石，風化料采用壩下游右岸山坡上的玄武巖風化料，其具體設計要求見表1及圖1。各分區壩料性質及設計要求見表1。

5.試驗場地布置

碾壓試驗場地選擇在壩上游堆石區進行，場地長48m，寬30m,場地兩端應留出8～10m的斜坡道，坡度不陡于1:5，以便試驗機械行駛，見圖2。

6.上料方式，鋪料厚度及碾壓方式的確定

表1 各分區壩料要求和填筑參數表

圖1 風化料級配曲線圖

圖2 碾壓場地平面圖（場平均高程圖）

6.1 均采用退鋪法，即汽車在已壓實的層面上后退卸料，然后用推土機整平。

6.2 鋪料厚度，按設計要求鋪料厚度（±10%）進行。設計粘土料壓實厚度30/40cm，鋪料厚度40/50cm，實際平均鋪料厚度41.1/50.9cm。設計粘土夾風化石壓實厚度40/60cm，鋪料厚度50/70cm，實際平均鋪料厚度49.6/69.8cm。設計風化料壓實厚度60/80cm，鋪料厚度67.5/90cm，實際平均鋪料厚度68.4/90.4cm。

6.3 碾壓方式，碾壓機具采用施工單位已有機具，廈工三重XG6204M機械式振動壓路機進行振動碾進行碾壓。根據以往工程的經驗，采用直線行車往返錯距式，重迭率不小于振動碾壓輪寬的10%（即20cm），行車速度用其最慢速度（2.0～2.4km/h）進行碾壓。料推平后，經沉降方格網觀測，按設計要求鋪料厚度（±10%）進行鋪料后，然后進行碾壓。遍數計數方式為碾壓時往返各算一遍的方式進行。

各試驗區的碾壓組合方式為：粘土料和粘土夾風化石料采用：靜碾壓2+靜碾壓2+……，直至碾壓后干密度、沉降基本沒有什么變化為止。風化料采用靜碾壓2+高擋振動碾壓2遍+高擋振動碾壓2遍+……，直至碾壓后干密度、沉降基本沒有什么變化為止。

7.現場碾壓試驗成果

7.1 粘土料（Ⅰ、Ⅱ區）碾壓試驗成果：

7.1.1 室內擊實試驗

在現場取有代表性的粘土料到室內做液塑限和輕型擊實試驗，成果見表2。

表2 輕型擊實試驗表

7.1.2 密度

Ⅰ區碾壓遍數分別為4、6、8遍所對應的干密度平均值分別為 1.26、1.31、1.34g/cm3，對應的壓實度平均值為 93%、97%、99%。Ⅱ區碾壓遍數分別為4、6、8遍所對應的干密度平均值分別為1.25、1.31、1.33g/cm3，對應的孔隙率平均值為92%、96%、98%。

從壓實結果看，干密度隨著碾壓遍數的增加而規律性增加，壓實度相應隨之增大。同時，隨著碾壓遍數的繼續增加至6遍后，干密度的增加速度明顯趨于緩慢。

7.1.3 滲透

滲透系數是在碾壓8遍后測試的Ⅰ、Ⅱ區試驗塊中各測試兩點滲透系數平均值分別為1.65×10-4cm/s、2.32×10-4cm/s。

7.1.4 沉降

Ⅰ區碾壓遍數分別為2、4、6、8、10遍所對應的沉降量為55、31、32、24、-30mm。Ⅱ區碾壓遍數分別為 2、4、6、8、10遍所對應的沉降量為 52、30、26、22、-21mm。

從壓實結果看，Ⅰ區的碾壓效果比Ⅱ區的碾壓效果好，Ⅰ區靜碾6遍有一個試點達不到設計要求，平均值達到了，靜碾8遍各試點均能達到設計要求。Ⅱ區靜碾6遍有一個試點達不到設計要求，平均值達到了，靜碾8遍各試點均能達到設計要求。Ⅰ、Ⅱ區靜碾8遍均能達到設計要求。

7.2 粘土夾風化石料（Ⅲ、Ⅳ區）碾壓試驗成果：

7.2.1 室內擊實試驗

在現場取有代表性的粘土夾風化石料到室內做液塑限和重型擊實試驗，成果見表3。

表3 重型擊實試驗成果表

7.2.2 密度

Ⅲ區碾壓遍數分別為6、8遍所對應的干密度平均值分別為1.53、1.55g/cm3，對應的壓實度平均值為96%、98%。Ⅳ區碾壓遍數分別為6、8、10遍所對應的干密度平均值分別為1.46、1.54、1.56g/cm3，對應的壓實度平均值為92%、97%、98%。

從壓實結果看，干密度隨著碾壓遍數的增加而規律性增加，壓實度相應隨之增大。

7.2.3 滲透

Ⅲ區滲透系數是在碾壓8遍后測試的，在試驗區中各測試兩點滲透系數平均值分別為7.23×10-4cm/s；Ⅳ區滲透系數是在碾壓10遍后測試的，在試驗區中各測試兩點滲透系數平均值分別為 6.58×10-4cm/s。

7.2.4 沉降

Ⅲ區碾壓遍數分別為 2、4、6、8、10遍所對應的沉降量為43、25、19、13、4mm。Ⅳ區碾壓遍數分別為 2、4、6、8、10、12遍所對應的沉降量為 45、27、18、15、8、-6mm。

從壓實結果看，Ⅲ區的碾壓效果比Ⅳ區的碾壓效果好，Ⅲ區靜碾8遍各試點均能達到設計要求。Ⅳ區靜碾8遍有一個試點達不到設計要求，平均值達到了，靜碾10遍各試點均能達到設計要求。

7.3 風化料（Ⅴ、Ⅵ區）碾壓試驗成果

7.3.1 級配

碾壓前在風化料場進行了一組篩分，級配都在包絡線內，級配良好。對Ⅴ、Ⅵ區碾壓6遍、8遍、10遍分別各取3個試坑進篩分，根據篩分資料和現場實際試驗情況可知，隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，粗粒料含量減少，中、細粒含量增加，試坑級配均良好。

7.3.2 比重

比重值與材料本身性質決定，與碾壓遍數無關，測試2組，其實測值F均為2.69。

7.3.3 密度

Ⅴ區碾壓遍數分別為6、8、10遍所對應的干密度平均值分別為1.80、1.82、1.85g/cm3，對應的孔隙率平均值為33.1%、32.4%、31.1%。Ⅵ區碾壓遍數分別為6、8、10遍所對應的干密度平均值分別為1.72、1.78、1.81g/cm3，對應的孔隙率平均值為36.1%、33.8%、32.8%。從壓實結果看，干密度隨著碾壓遍數的增加而規律性增加，孔隙率相應隨之減小。

7.3.4 滲透

滲透系數是在碾壓8遍后測試的，Ⅴ、Ⅵ區試驗塊中各測試兩點滲透系數平均值分別為3.27×10-2cm/s、6.67×10-2cm/s。

7.3.5 沉降

Ⅴ區碾壓遍數分別為 2、4、6、8、10、12遍所對應的沉降量為31、18、14、10、6、-3mm。Ⅵ區碾壓遍數分別為 2、4、6、8、10、12遍所對應的沉降量為 29、18、14、9、7、3mm。隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。

從壓實結果看，Ⅴ區的碾壓效果比Ⅵ區的碾壓效果好。Ⅴ區動碾8遍就能滿足設計要求。Ⅵ區碾10遍就能滿足設計要求。Ⅴ區動碾8遍和Ⅵ區動碾10遍效果差不多。

8.結論

通過試驗，主要分區料的確定經濟合理的施工的施工壓實參數。優選壩料壓實技術的壓實參數，為大壩施工及施工質量控制提供必要依據。