堆石壩碾壓試驗及其質量控制措施

李天賜

堆石壩碾壓試驗及其質量控制措施

李天賜

（福建省水利水電工程局有限公司，福建泉州 362000）

壩體的沉陷變形是碾壓堆石壩的關鍵技術問題，對壩體采取填筑生產性碾壓試驗是非常必要的。結合堆石壩工程施工情況，對碾壓試驗進行了分析，同時提出了切實可行的碾壓質量控制措施，為同類工程提供參考。

大壩工程；碾壓試驗；大壩填筑

壩體的沉陷變形是碾壓堆石壩的關鍵技術問題，而壩體的沉陷變形主要由堆石體的壓縮模量控制，壓縮模量的量值是隨堆石體壓實密度的提高和堆石級配的改善而提高，主壩填筑石料硬度較大，因此，進行在填筑施工前必須對其采取試驗。

通過采取試驗工作，以選取合理的碾壓機械、定取出合理的填筑碾壓相關施工參數，從而有效地確保該主壩填筑以及碾壓施工質量。

1 工程概況

該工程為江西省德興市九區銅金礦5000t/d采選技術改造工程尾礦設施—初期壩工程。初期壩設計壩高為25m，壩頂標高為▽85m，壩底標高為▽60m，壩長為105m，形成庫容170萬m3。壩型采用碾壓堆石透水壩，上下游邊坡采用40cm厚干砌石護坡，且上游邊坡同時用一層500g/㎡無紡土工布作反濾層，壩頂寬度為5.0m，上下游邊坡采用1:2.0，在標高▽75m處各設置一道2m寬馬道。

初期壩堆石約9萬m3，選取該大壩工程極限抗壓強度不小于Mu50的石材，同時要求石材的軟化系數不應小于0.75，粒度小于2cm顆粒含量不超過5%，另外還應當避免選取片狀石料。堆石料填筑要求沒有水平和垂直層面，需犬牙交錯，孔隙率≤30%，石料筑壩干容重≥2.0t/ m3。

2 碾壓試驗

通過對堆石壩采取碾壓試驗，可核實壩料設計填筑標準的合理性；確定達到設計填筑標準的壓實方法（包括進行壩體不同區域碾壓遍數以及碾壓厚度等進行試驗）及控制措施。同時可對堆石料、墊層料分別進行試驗及取得的工藝控制參數。

通過分析試驗數據指導全標段填方施工控制的依據，使得填筑施工規范化。

2.1 碾壓試驗程序

為了控制壩體堆石的碾壓質量，經施工、檢測、監理、業主四方代表現場碾壓試驗，現場采用LG520A壓路機碾壓，挖試坑灌水的方式進行試驗，采取的碾壓試驗有生產性碾壓試驗和填筑碾壓試驗。

（1）生產性碾壓試驗。該大壩工程采取施工現場的填筑試驗，主要是合理地確定出填筑施工所采用的機械設備、填筑施工工藝。

尤其是重點合理定取填筑碾壓施工參數：如碾壓遍數、孔隙率、壓實模量、填筑層厚度、行車速度等。另外，考慮到筑壩材料的分區及不同巖性的選擇，試驗的循環組合次數將非常多，比選試驗的工作量巨大。對于特殊墊層料因工程量較小，此次試驗不做考慮，在實際填壩過程中進行生產性試驗。

（2）填筑碾壓試驗。該大壩在進行填筑碾壓試驗方面采取如圖1所示的程序。

圖1 填筑碾壓試驗程序圖

2.2 確保碾壓試驗的準確性

為有效地保證該大壩工程的填筑以及碾壓施工質量，在進行各個填筑以及碾壓試驗時嚴格地按照規范要求，有效地保證試驗的準確性。

（1）為模擬施工實際情況，采用不同斗容的挖掘機與不同載重噸位的自卸汽車進行試料裝運，裝運時嚴格控制超徑料的裝入，要求混合裝運，嚴禁粗料或細料集中裝放，裝料時派有專人指揮和質量控制。

堆石料采用進占法鋪料，便于推土機跟進平整和運料車輛行駛；鋪填層厚由現場質檢員控制。平料采用大功率推土機推平，同時還應當結合人工找平，從而有效地確保了該大壩工程填筑層厚度和頂面平整度滿足試驗要求。

（2）碾壓試驗場地。根據施工現場的實際情況，試驗場地確定為21m×18m，結合該工程情況，場地布置在上下游方向壩上0+050至壩上0+015，左右方向壩左0+050至壩左0+075，壩軸線以上的區域。同時鑒于該試驗場地基面起伏較大，對其采取回填、壓實、平整等一系列工作，然后挖坑檢測滿足要求后作該次試驗場地。

結合試驗場地的實際情況，采用“后退法”鋪料，并按預定堆石區不大于1000mm、800mm的鋪層厚度控制。該鋪料方法可改善堆石料的分離情況。

試驗前按設計規定灑水，加水量為鋪料體積的10%左右。為避免在振動過程中細料損失過多，同時結合考慮大塊石料偏多的情況，為了有效地確保碾壓段能充分濕水，嚴格控制加水量，而且要求對灑水區采取連續灑水。碾壓為全振實，碾壓時碾子錯車重疊范圍為20～30cm。

碾壓遍數：按前進、后退往返計1遍。經動碾80cm層厚碾壓約3～5遍和100cm層厚碾壓4～6遍，使沉陷基本穩定，即停止試驗。

（3）推土機平料時，采用標桿嚴格控制其厚度，待平整達到要求后，按10%加水(即每方加水100kg)，由帶水表的噴頭計量噴灑均勻，采用LG520A壓路機開始從上游邊緣起壓，碾壓行駛方向平行于壩軸線，行車速度控制在2～3km/h，嚴格按碾壓試驗確定的碾壓參數進行施工。

通塊碾壓完成后，由監理指定部位，挖坑取樣檢測碾壓后的壓實度，干、濕容重，含水率、孔隙率等試驗作為原始記錄，同時由相應資質的檢測單位，經檢測合格后，繼而進行上層堆石的鋪料和碾壓施工，依次做上述試驗，每次都認真做好記錄。

該工程的具體碾壓參數見表1。筑壩的石料采用石料場的自然級配，粒徑一般采用不大于400mm規格的，試驗材料采用的石料粒徑、級配試驗結果見表2。

表1 碾壓試驗成果表

表2 石料試驗粒徑、級配試驗成果表

3 碾壓施工質量控制措施

為了有效地確保該堆石壩工程的施工質量，施工過程中嚴格按照相關規范要求，同時在施工完成后對其采取壩體填筑檢查及其質量抽驗。結合工程實踐經驗，該工程對壩體碾壓質量檢驗重點項目為石料的級配情況、碾壓遍數等。同時對于堆石區上游坡反濾層共分為3層：第1層d=200mm圓礫或角礫，第2層無紡土工布，第3層d=200mm粗砂，按1:2邊坡比從開挖標高鋪設至壩頂。反濾層鋪筑的反濾料粒徑、級配、不均勻系數、含泥量等均應符合設計要求。經檢驗合格后方可使用。

在施工中經對堆石體干容重進行檢測，該工程通過采取挖坑灌水法進行堆石體的干容重檢測，試驗時采用直徑為200cm的特定鋼環，以碾壓層厚度為試驗深度。試驗結果見表3。

表3 試坑灌水法實測干容重成果表

工程實踐表明，對于堆石壩碾壓施工來說，其中的關鍵是要有效地確保填料層厚，具體可從以下兩個方面考慮。

（1）通過結合填料鋪填厚度、自卸車斗容計算出每車填料可鋪填的面積，然后在倉面上畫出方格，控制卸料間距。

（2）可通過采用全站儀等測量儀器來準確地控制層厚，填料粗平之后，在倉面上放點，標出超填高度或欠填高度，然后進行精平，或在填筑范圍外打樁，標示高程，拉線控制層厚。

另外，為了有效地確保碾壓符合工程要求，必須采取沉降監測。在每層填料松鋪前，在基礎面埋設鋼板，并用振動碾靜碾一遍以固定，同時在填料松鋪后，在對應位置填料表面埋設鋼板，并用振動碾靜碾一遍以固定，然后采用全站儀對每層填料基礎面、表面埋設的鋼板進行觀測，測出振動碾壓2遍、4遍、6遍、8遍、10遍后的壓縮沉降量，進而計算壓縮沉降率。

4 結 語

通過結合大壩工程實例，提出采取的碾壓試驗方法，該級配石料經現場碾壓試驗，試驗結果均符合設計要求；同時為了有效地控制碾壓施工質量，詳細地提出其施工控制技術，從工程實踐效果表明，所采取的碾壓施工技術是切實可行的。

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10.3969/j.issn.1008-1305.2014.04.026

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1008-1305（2014）04-0075-03

李天賜（1982年-），男，工程師。