均質(zhì)土壩填筑碾壓工藝性試驗(yàn)分析研究

靳恒，馬志強(qiáng) ，宋康康，趙亞南，趙涵章

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100089；2.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

陜西省斗門水庫(kù)工程位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，距西安市中心約20km，斗門水庫(kù)工程為引漢濟(jì)渭輸配水工程的調(diào)蓄水庫(kù)，是以城市供水、改善生態(tài)環(huán)境為主，兼顧防洪等綜合利用的平原水庫(kù)。

斗門水庫(kù)總庫(kù)容5052萬(wàn)m3，庫(kù)區(qū)總面積10.4km2，庫(kù)周總長(zhǎng)14.9km。按南、北池布置，南、北池之間設(shè)雙向擋水隔壩，南池為城市供水水源，調(diào)蓄引漢濟(jì)渭南干線水源供灃東、灃西新城的生活用水，南池總庫(kù)容2897萬(wàn)m3，面積3.4km2，其中水面面積 3.0km2，設(shè)計(jì)向?yàn)枛|灃、西新城年平均供水8773萬(wàn)m3；北池為生態(tài)水源地，兼顧灃河防洪，蓄滯灃河洪水和城市雨洪，北池總庫(kù)容2155萬(wàn) m3，面 積 7.0km2，其中水面面積6.4km2，年可向西安生態(tài)水系中的漢城湖、漢護(hù)城河、高新湖3個(gè)湖泊補(bǔ)給生態(tài)用水1456萬(wàn)m3。

斗門水庫(kù)工程分為南池系統(tǒng)和北池系統(tǒng)。南池系統(tǒng)由南池圍壩、引漢濟(jì)渭引水管線、

圖1 填筑平面圖

供水管線、南池退水涵等建筑物組成；北池系統(tǒng)布置“一進(jìn)三退”通道，由北池圍壩、灃河攔河樞紐、分洪渠、灃河退水渠、太平河退水渠及太平河補(bǔ)水管線等建筑物組成。

2 工程地質(zhì)與水文條件

斗門水庫(kù)位于西安市西郊灃河右岸原昆明湖遺址上，控制流域面積1253km2。黃灃河流域地勢(shì)東南高、西北低，南邊是呈東西走向的秦嶺山脈，北麓與廣大平原呈斷層接觸，平原堆積了第四系疏松地層。山前地帶是洪積扇，東部為塬谷相間的黃土臺(tái)塬，西部為沖積平原。按其成因和形態(tài)特征，可分為五個(gè)地貌單元，即秦嶺中高山區(qū)、山前洪積扇、沖洪積扇、黃土臺(tái)塬及河谷階地。灃河干、支流峪口以上為秦嶺山區(qū)，其高程在600～2000m，干流源頭高程2886m，大部分地區(qū)被森林覆蓋，植被良好。峪口以下為渭河平原，地勢(shì)平坦。

3 土壩填筑碾壓試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)碾壓試驗(yàn)，確定相關(guān)施工技術(shù)參數(shù)，如鋪料厚度（h）、碾壓遍數(shù)（n）、干密度（ρd）及壓實(shí)度（η）等，為大壩填筑施工和質(zhì)量控制提供依據(jù)[1]。

①核實(shí)土料設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

②確定達(dá)到設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)方法（包括壓實(shí)機(jī)械類型、機(jī)械參數(shù)、施工參數(shù)等）。

③研究填筑工藝。

3.2 碾壓施工參數(shù)

根據(jù)規(guī)范要求及以往施工經(jīng)驗(yàn)初步擬定松鋪厚度、含水率及碾壓遍數(shù)等參數(shù)，振動(dòng)碾行駛速度控制在1.5～2.0km/h，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)不同鋪土厚度、碾壓遍數(shù)進(jìn)行組合試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)取得在同種碾壓機(jī)械與含水率下的松鋪厚度、碾壓遍數(shù)的最優(yōu)值[2]。

本次試驗(yàn)初擬碾壓參數(shù)為根據(jù)壩體填筑施工技術(shù)要求確定現(xiàn)場(chǎng)土料最佳含水率，鋪土厚度分別擬定碾壓區(qū)域：圍壩、隔壩及渠堤土方填筑壓實(shí)度98%、91%區(qū)，鋪土厚度30cm、35cm、40cm；組合為6遍組合，靜壓2遍+振動(dòng)4遍；8遍組合，靜壓2遍+振動(dòng)6遍；10遍組合，靜壓2遍+振動(dòng)8遍。建筑物臺(tái)背土方回填壓實(shí)度95%、93%區(qū)：鋪土厚度25cm、30cm、35cm；4遍組合，靜壓1遍+弱振動(dòng)3遍；6遍組合，靜壓1遍+弱振動(dòng)5遍；8遍組合，靜壓1遍+弱振動(dòng)7遍。

3.3 施工機(jī)械選擇

本工程采用22t振動(dòng)平碾、22t振動(dòng)凸塊碾，詳見振動(dòng)碾性能指標(biāo)表1。

振動(dòng)碾性能指標(biāo) 表1

3.4 碾壓施工流程

根據(jù)施工總平面布置，試驗(yàn)場(chǎng)地選定在圍壩或隔壩填筑施工區(qū)域內(nèi)，長(zhǎng)120m，寬50m，并灑灰線標(biāo)識(shí)試驗(yàn)前，由142kW推土機(jī)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行整平，22t壓路機(jī)壓實(shí)，要求場(chǎng)地平坦，地基堅(jiān)實(shí)，并在攤鋪試驗(yàn)料前，先在地基上鋪壓一層土料，其含水量率控制在最優(yōu)含水量率附近，將此層作為基層，然后在其上進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。為測(cè)定土料在碾壓過(guò)程中的沉陷量（△h），須在場(chǎng)地外埋設(shè)混凝土臨時(shí)水準(zhǔn)基點(diǎn)，以便測(cè)量所鋪土料碾壓前、后厚度（h），計(jì)算沉陷量（△h）[3]。

圖2 碾壓試驗(yàn)工藝流程圖

3.5 碾壓施工方法

3.5.1 含水率調(diào)整

試驗(yàn)檢測(cè)土料含水量，若填筑土料平均含水量比設(shè)定的含水量低，則進(jìn)行加水摻和，直到土料含水量符合設(shè)定的數(shù)值；若填筑土料偏濕，則采用分層取土，就地翻曬，輪換使用料區(qū)供料，也可將土料運(yùn)到填筑面，攤鋪翻曬，使土料含水量降低到設(shè)定的數(shù)值。

經(jīng)對(duì)擬用的碾壓試驗(yàn)土料進(jìn)行含水率隨機(jī)6處取樣檢測(cè)，實(shí)測(cè)含水率最大值18.7%、最小值14.9%，平均含水率16.9%。試驗(yàn)結(jié)果表明該土料天然含水率滿足最優(yōu)含水率-2～3%允許偏差要求。

3.5.2 填筑料裝運(yùn)

采用挖掘機(jī)配合10t自卸汽車從池底土料場(chǎng)裝運(yùn)土料至試驗(yàn)場(chǎng)地。

3.5.3 鋪料

圍壩、隔壩及渠堤土方填筑采用“進(jìn)占法”進(jìn)行鋪料，便于推土機(jī)跟進(jìn)平整和運(yùn)輸車輛快速卸料。鋪設(shè)厚度由測(cè)量技術(shù)人員監(jiān)控。建筑物臺(tái)背土方回填采用裝載機(jī)卸料，小型挖機(jī)鋪料，人工輔助整平。鋪設(shè)厚度由測(cè)量技術(shù)人員監(jiān)控[4]。

3.5.4 土料平整

土料到位后，采用挖掘機(jī)、推土機(jī)攤鋪、整平，人工輔助找平，鋪填推平應(yīng)一次到位，鋪填厚度控制誤差-5～0cm。

3.3.5 層厚測(cè)量

采用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。為了測(cè)量鋪料厚度和沉陷量，預(yù)先在場(chǎng)外設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)；每一場(chǎng)碾壓前，確定取樣部位，先測(cè)出基準(zhǔn)值后，再進(jìn)行鋪料；鋪料推平后，測(cè)量標(biāo)高值，以便測(cè)量計(jì)算碾壓沉陷量。每碾壓2遍測(cè)量一次沉降量，每次測(cè)量前后均校核場(chǎng)外基準(zhǔn)點(diǎn)。碾壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)施工圖見圖3。

圖3 碾壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)施工圖

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、對(duì)不同壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)區(qū)域獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析[5]、圍，壩、隔壩及渠堤土方填筑壓實(shí)度98%及91%試驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)分析，得出壓實(shí)度試驗(yàn)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2和表3，碾壓沉降量成果整理見表4。

壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果匯總表 表2

壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果匯總表 表3

碾壓沉降量 表4

4.2 確定最優(yōu)施工參數(shù)

根據(jù)壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)數(shù)據(jù)及曲線圖分析可知，壓實(shí)度98%、91%試驗(yàn)區(qū)，鋪料35cm時(shí)最經(jīng)濟(jì)，且壓實(shí)質(zhì)量可靠，優(yōu)選8遍碾壓組合：靜壓2遍+強(qiáng)振6遍；建筑物臺(tái)背回填壓實(shí)度95%、93%試驗(yàn)區(qū)，鋪料30cm時(shí)最經(jīng)濟(jì)，并考慮建筑物安全，壓實(shí)質(zhì)量可靠。壓實(shí)度95%區(qū)選定8遍碾壓組合：靜壓1遍+弱振7遍。壓實(shí)度93%區(qū)選定6遍碾壓組合：靜壓1遍+弱振5遍。碾壓組合：靜壓2遍+強(qiáng)振6遍，振動(dòng)碾往返碾壓算2遍。碾壓機(jī)械：22t凸塊振動(dòng)碾，行進(jìn)速度1檔，1.5～2.0km/h。

①壓實(shí)度98%最優(yōu)施工參數(shù)

鋪土厚度：35cm；松鋪系數(shù)：1.17。

②壓實(shí)度91%最優(yōu)施工參數(shù)

鋪土厚度：35cm；松鋪系數(shù)：1.18。

碾壓組合：靜壓2遍+強(qiáng)振4遍，振動(dòng)碾往返碾壓算2遍。

碾壓機(jī)械：22t凸塊振動(dòng)碾，行進(jìn)速度1檔，1.5～2.0km/h。

③壓實(shí)度95%最優(yōu)施工參數(shù)

鋪土厚度：30cm；松鋪系數(shù)：1.25。

碾壓組合：碾壓8遍，靜壓1遍+弱振7遍，振動(dòng)碾往返碾壓算2遍。

碾壓機(jī)械：22t凸塊振動(dòng)碾，行進(jìn)速度1檔，1.5～2.0km/h。

④壓實(shí)度93%最優(yōu)施工參數(shù)

鋪土厚度：30cm；松鋪系數(shù)：1.21。

碾壓組合：碾壓6遍，靜壓1遍+弱振5遍，振動(dòng)碾往返碾壓算2遍。

碾壓機(jī)械：22t凸塊振動(dòng)碾，行進(jìn)速度1檔，1.5～2.0km/h。

5 結(jié)語(yǔ)

土壩填筑碾壓試驗(yàn)是土壩填筑中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，土壩填筑前的碾壓試驗(yàn)，為壩體施工確定了最優(yōu)參數(shù)，并為施工確立了相應(yīng)的可靠指標(biāo)。大型水利工程斗門水庫(kù)的土壩填筑碾壓工藝性試驗(yàn)的所獲成果，為水庫(kù)均質(zhì)土壩工程填筑施工提供了科學(xué)依據(jù)，也為其他同類水庫(kù)的填筑碾壓試驗(yàn)提供了參考并起到了一定的借鑒作用。