關于水利工程碾壓應用技術的分析

□史明煥（貴州弘波質量檢測有限公司）

0 引言

土方填筑碾壓施工是水利工程中的一個重要施工項目，確保土方填筑碾壓施工質量，能夠有效保證水利工程整體質量。因此，在實際工程中，應通過科學的碾壓試驗，確定其實際施工方法。

1 工程概況

塘沖水庫是六洞河第二級綜合開發利用水利工程，上銜上塘水庫，下接附廓水庫。塘沖水庫樞紐工程位于滾馬鄉塘沖村河段，壩址控制流域面積185 km2，多年平均年徑流量1.02億m3。塘沖水庫工程樞紐主要由大壩樞紐工程、灌區樞紐工程、供水樞紐工程組成。大壩壩頂高程為706.50m，防浪墻頂高程707.70m，壩頂長392.78m，大壩基礎置于弱風化上限，河床趾板建基面高程為653m，最大壩高53.50m。

2 碾壓試驗

2.1 試驗場地布置

試驗場地位于大壩主堆區與下游堆石區壩基間，寬42m，長46m，碾壓機具為機械驅動單鋼輪振動碾高檔碾壓22遍，然后進行基層密度檢測，共計挖坑5個。圖1為塘沖水庫試驗平面圖。

圖1 塘沖水庫試驗平面圖

基層處理合格后，即進行沉降方格網布置，方格網規格為2.00m×2.00m，并進行方格網高程測量，高差＜10 cm，則基層平整度滿足試驗要求，于是按要求進行分區：特殊墊層區、墊層區、過渡區、主堆石區、下游堆石區。

2.2 碾壓方式

2.2.1 上料方式

特殊墊層料、墊層料、過渡料采用進占法；主堆石料、下游堆石料采用后退法，梅花型堆料，用推土機或挖機推平。

2.2.2 鋪料厚度

按現場施工實際鋪料厚度能力進行。

2.2.3 碾壓方式

使用機械驅動單鋼輪振動碾進行碾壓，采用直線行車往返錯距式，重迭率為振動碾壓輪寬的10%（即20cm），行車速度（受碾壓機具限制）用其最慢速度（2.00-2.50km/h）進行碾壓。注意應進行充分灑水，然后進行碾壓。碾壓時遍數記數按往返各算一遍的方式進行。各試驗區的碾壓組合式為：靜碾2+高振碾2+高振碾2+……直至碾壓后干密度、沉降基本沒有變化為止。

3 各分區料碾壓成果

3.1 特殊墊層區

試驗場地寬4.00m，長36.00m。設計鋪料厚度≤22 cm，實際鋪料厚度24.40 cm。

3.1.1 級配

對碾壓前的特殊墊層料進行3組篩分試驗，3組料均超徑，最大粒徑48 cm，超徑5.24%～11.33%，細顆粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量為12.86%～13.92%，其中有1組級配不良。分別對碾壓4、6、8、10遍的10個試坑進行篩分試驗，均有超徑和細顆粒含量偏少現象，石料粒徑隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，即：粗粒料含量減少，中、細粒含量增加。除Ⅰ-6-1試坑為級配不良外，各試坑級配均良好。

3.1.2 密度

隨著碾壓遍數的增加，容重值增加，孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的10個試坑進行密度試驗，所得平均密度為2.01 g/cm3、2.11 g/cm3、2.24 g/cm3、2.27 g/cm3，對應的孔隙率為25.20%、21.50%、16.90%、15.50%。

3.1.3 滲透

在碾壓8遍后進行測試，滲透系數為7.50×10-2cm/s。

3.1.4 沉降

隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應的沉降量分別為23，15，7，6，6，6mm。

3.2 墊層區

試驗場地寬6.00m，長36.00m。設計鋪料厚度45 cm，實際鋪料厚度45.80 cm。

3.2.1 級配

對碾壓前的墊層料進行3組篩分試驗，最大粒徑56 cm無超徑，細顆粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量為13.97%～17.11%，級配良好。分別對碾壓4、6、8、10遍的13個試坑進行篩分試驗，無超徑，細顆粒含量偏少，石料粒徑隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，即：粗粒料含量減少，中、細粒含量增加。除Ⅱ-6-1、Ⅱ-6-2兩個試坑為級配不良外，各試坑級配均良好。

3.2.2 密度

隨著碾壓遍數的增加，容重值增加，孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的13個試坑進行密度試驗，所得平均密度為1.99，2.03，2.11，2.17 g/cm3,對應的孔隙率為26.0%、24.5%、21.7%、19.4%。

3.2.3 滲透

在碾壓8遍后進行測試，滲透系數為2.88×10-2cm/s。

3.2.4 沉降

隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應的沉降量為39，14，7，6，5，5mm。

3.3 過渡區

試驗場地寬4.00m，長36.00m。設計鋪料厚度45 cm，實際鋪料厚度45.40 cm。

3.3.1 級配

對碾壓前的過渡料進行3組篩分試驗，最大粒徑250 cm無超徑，細顆粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量為9.93%～12.85%，級配良好。分別對碾壓4、6、8、10遍的14個試坑進行篩分試驗，無超徑，石料粒徑隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，即：粗粒料含量減少，中、細粒含量增加。各試坑級配均良好。

3.3.2 視比重

視比重值由材料本身性質決定，與碾壓遍數無關，現場實測值為2.73。

3.3.3 密度

隨著碾壓遍數的增加，容重值增加，孔隙率減小。分別對碾壓4、6、8、10遍的14個試坑進行密度試驗，所得平均密度為1.99，2.18，2.25，2.23 g/cm3,對應的孔隙率為27.2%、20.2%、17.7%、18.2%。

3.3.4 滲透

滲透系數是在碾壓8遍后測試的，滲透系數為2.2×10-2cm/s。

3.3.5 沉降

隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10遍所對應的沉降量為18，16，9，7，5，3mm。

3.4 主堆區

試驗場地寬18m，長42m，設計鋪料厚度為90 cm，實際鋪料厚度為87 cm。

3.4.1 級配

對碾壓前的主堆石料進行3組篩分試驗，最大粒徑620 cm無超徑，有2組細顆粒含量(d＜5mm)偏少，級配良好。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的18個試坑進行篩分試驗，無超徑，石料粒徑隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，巖石破碎比較嚴重，即：粗粒料含量減少，中、細粒含量增加。除Ⅳ-4-1、Ⅳ-4-3、Ⅳ-6-4三個試坑為級配不良外，各試坑級配均良好。

3.4.2 視比重

視比重值由材料本身性質決定，與碾壓遍數無關，現場實測值為2.69。

3.4.3 密度

隨著碾壓遍數的增加，容重值增加，孔隙率減小。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行密度試驗，所得平均密度為1.97，1.98，2.04，2.05，2.07，2.06 g/cm3，對應的孔隙率為26.9%、26.3%、24.10%、23.70%、23.00%、23.40%。

3.4.4 滲透

在碾壓8遍后進行測試，滲透系數為1.20 cm/s。

3.4.5 沉降隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10、12遍所對應的沉降量為15，34，18，15,8,6,5mm。

3.5 下游堆石區

試驗場地寬14m，長42m，設計鋪料厚度為90 cm，實際鋪料厚度為88.10 cm。遍數計數方式為往返各算一遍。

3.5.1 級配

對碾壓前的下游堆石料進行3組篩分試驗，最大粒徑480 cm無超徑，有2組細顆粒含量(d＜5mm)偏少，級配良好。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行篩分試驗，無超徑，石料粒徑隨著碾壓遍數的增加，級配結構隨之變化，巖石破碎比較嚴重，即：粗粒料含量減少，中、細粒含量增加。除Ⅴ-2-1、Ⅴ-6-2、Ⅴ-8-2、Ⅴ-8-4、Ⅴ-8-5、Ⅴ-10-2、Ⅴ-12-1，7個試坑為級配不良外，各試坑級配均良好。

3.5.2 視比重

視比重值由材料本身性質決定，與碾壓遍數無關，現場實測值為2.73。

3.5.3 密度

隨著碾壓遍數的增加，容重值增加，孔隙率減小。分別對碾壓2、4、6、8、10、12遍的20個試坑進行密度試驗，所得平均密度為1.94，1.97，1.99，2.04，2.05，2.14 g/cm3,對應的孔隙率為29.00%、27.80%、27.20%、25.30%、24.80%、21.70%。

3.5.4 滲透

滲透系數是在碾壓8遍后測試的，滲透系數為6.15×10-1cm/s。

3.5.5 沉降

隨著碾壓遍數的增加，沉降量減小。靜碾2遍和動碾2、4、6、8、10、12遍所對應的沉降量為12，31，13，12，9，4，2mm。

4 壩體填筑碾壓施工方法分析

通過以上上壩材料的現場碾壓試驗成果，得出其碾壓施工方法如下：

4.1 特殊墊層料

采用山推SR20M型機械驅動單鋼輪振動碾，直線行車往返錯距式（往返各算一遍）。行車速度2.00 km/h，重迭率為10%（20 cm），上料方式為后退法，鋪料厚度≤25 cm，灑水量為5%～10%;碾壓方式：先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設計要求（干密度：2.23 g/cm3、孔隙率16.9%）且經濟合理，對局部薄弱處應增加碾壓遍數以保證滿足設計要求。

4.2 墊層料

采用山推SR20M型機械驅動單鋼輪振動碾，直線行車往返錯距式（往返各算一遍），行車速度2.00～2.50 km/h，重迭率為10%（20 cm），上料方式為后退法，鋪料厚度≤45 cm，灑水量為5%～10%；碾壓方式：先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設計要求（干密度：2.17 g/cm3、孔隙率19.4%）且經濟合理，對局部薄弱處應增加碾壓遍數以保證滿足設計要求。

4.3 過渡料

采用山推SR20M型機械驅動單鋼輪振動碾，直線行車往返錯距式（往返各算一遍）。行車速度2.00～2.50 km/h，重迭率為10%（20 cm），上料方式為后退法，鋪料厚度≤45 cm，灑水量為15%～20%，碾壓方式：先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓8遍達到設計要求（干密度：2.25 g/cm3、孔隙率17.70%）且經濟合理，對局部薄弱處應增加碾壓遍數以保證滿足設計要求。

4.4 主堆石體料

采用山推SR20M型機械驅動單鋼輪振動碾，直線行車往返錯距式（往返各算一遍）。行車速度2.00～2.50 km/h，重迭率為10%（20 cm），上料方式為進占法，鋪料厚度≤90 cm，灑水量為15%～20%，由于高檔振動碾壓12遍未達到設計要求，建議設計調整參數，碾壓方式：先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓10遍（干密度：2.07 g/cm3、孔隙率23.00%）較經濟合理，對局部薄弱處應增加碾壓遍數以保證滿足設計要求。

4.5 下游堆石體料

采用山推SR20M型機械驅動單鋼輪振動碾，直線行車往返錯距式（往返各算一遍）。行車速度2.00～2.50 km/h，重迭率為10%（20 cm），上料方式為進占法，次堆體為≤90 cm，由于高檔振動碾壓12遍未達到設計要求，建議設計調整參數，碾壓方式：先靜碾壓2遍后再高檔振動碾壓10遍（干密度：2.05 g/cm3、孔隙率24.8%）較經濟合理，對局部薄弱處應增加碾壓遍數以保證滿足設計要求。

5 結語

綜上所述，在水利工程土方填筑碾壓施工中，應重視碾壓試驗，有效控制碾壓施工質量，一方面能夠提高水利工程的建設質量，另一方面也可延長水利工程的使用壽命。

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