骆察尼大坝黏土碾压参数试验

孟闻远，郑 怡

(1.华北水利水电学院，河南郑州 450011;2.三门峡水利勘测设计院，河南三门峡 472300)

骆察尼大坝黏土碾压参数试验

孟闻远1，郑 怡2

(1.华北水利水电学院，河南郑州 450011;2.三门峡水利勘测设计院，河南三门峡 472300)

黏土心墙堆石坝是一种常用的坝型，黏土的碾压质量决定大坝运行中防渗效果的好坏.以骆察尼大坝为例，通过黏土的现场碾压试验，分析其压实特性，并探讨粘性土料最优含水率、最佳铺料厚度和碾压遍数等施工参数的取舍，从而为同类型条件下的施工提供参考.

黏土心墙坝;压实特性;最优含水率;最佳铺料厚度;碾压遍数

堆石坝是由堆石和防渗体，经抛填或碾压而成.这种坝的优点是可充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法较简便，抗震性能好.黏土心墙堆石坝是一种常见的堆石坝形式，我国的小浪底水电站就是这种坝型的典型代表.由于采用的防渗材料主要以黏土为主，因此，黏土碾压质量的优劣将决定大坝运行阶段防渗效果的好坏.确定合理的碾压参数，才能保证黏土心墙堆石坝的安全和有效地运行.笔者以骆察尼大坝为例，对碾压参数进行了现场试验研究，并提出了一些建议，为同类条件下的施工提供参考.

1 工程概况

骆察尼大坝是我国在博茨瓦纳承建的一座黏土心墙堆石坝，除防洪作用外，还兼顾为周围居民提供饮用及灌溉用水.大坝左岸有1个150 m宽的敞开式溢洪道，坝后布置有泵站、水处理厂，还包括约8.444 km球墨铸铁管道(直径600 mm和700 mm)和1个3 500 m3水池，大坝顶长1.4 km，最大坝高30 m，坝址区基本为片麻岩.该地区年降水量约300～400 mm，旱季为4—10月，雨季为11月到次年3月，1979年以来最大流量为139.47 m3.料场距坝轴上游1.5 km，含腐殖土较多，可开采深度为20～140 cm，多数为40 cm.黏土填料设计参数见表1.

表1 黏土填料设计要求

2 黏土碾压试验

2.1 试验目的

①确定经济合理的施工压实参数，包括不同填筑材料铺料厚度、碾压器械、碾压遍数、行走速度、加水方式和加水量;②验证与核实设计填筑碾压施工参数、设计填筑质量控制标准;③研究和完善填筑施工工艺和措施，制定填筑施工实施细则;④检验所选用碾压机械的适应性和性能的可靠性.

2.2 碾压的基本程序

黏土碾压试验的基本程序，如图1所示.

图1 填筑碾压试验程序

1)试料装运.采用挖掘机与自卸汽车进行碾压材料的装运.填筑料派专人指挥，严格控制超径料的装入，严禁粗料或细料集中装放.

2)铺料.采用后退法铺料，便于推土机跟进平整和运料车辆行驶.铺填层厚由测量人员监控.

3)平料.采用推土机推平，再辅以人工找平，保证填筑层厚度和平整度满足试验要求.

4)层厚与沉降量测量.采用测量仪器进行测量.在试料静碾2遍后进行层厚测量，每碾压2遍进行1次沉降量测量.

5)碾压.振动碾在碾压试验区范围2 m外起振，在专人指挥下进行碾压，采用前进、后退全振动方法，采用搭接法碾压，搭接宽度不小于20 cm.要求振动碾行驶平直、稳定，行车速度控制在2.5～3.0 km/h，由碾压指挥人员用秒表控制行车速度.

6)填筑料密度测量、级配分析、最大干密度和最优含水率试验均按规范要求进行.填筑料密度现场试验采用核子密度仪法和环刀法，并进行对比，取得参数的适宜值，含水率测量采用烘干法，级配分析采用筛网人工筛分法，最大干密度和最优含水率采用室内击实试验确定.

2.3 碾压场次安排

碾压试验采用18 t凸块振动碾，不考虑机械参数的比选，而主要进行填筑碾压施工参数的比选试验，填筑碾压参数主要包括铺层厚度、碾压遍数等.现场填筑碾压试验按各个参数的不同取值组合进行试验，碾压试验参数取值主要依据技术条款提供的填筑碾压参数，并参考其他类似工程采用的施工参数进行确定［1］.初步确定的施工参数规划值为:虚铺层厚200，300，400 mm;预计厚度150，240，320 mm;碾压遍数4，6，8遍.且要求黏土在现场洒水至饱和状态后运至碾压试验现场.

室内最大干密度和含水率试验共取试样33组，得出最大干密度为1.932 g/cm3，最优含水率为9.2%.现场干密度的试验取样10组，结果见表2与表3.

3 试验结果分析

3.1 碾压遍数与干密度的关系

铺土厚度为200，300，400 mm时，在材料基本相同的情况下，干密度随着碾压遍数的增加而增加.

从试验结果来看，铺土厚度为200 mm时，碾压4，6，8遍，其密度均能满足填筑要求;铺土厚度为300 mm时，碾压6，8遍，其密度均能满足填筑要求;铺土厚度为400 mm时，碾压4，6，8遍，其干密度均不能满足填筑要求.

考虑到施工的经济性及合理性，尽可能在最大铺土厚度和最小碾压遍数的情况下达到填筑要求，因此，取厚度为300 mm，碾压遍数为6遍.

3.2 碾压遍数与沉降率的关系

随着碾压遍数增加，沉降率亦增大.同时，随着碾压遍数的增加，沉降率的增加幅度逐渐减缓.由试验结果可知，在碾压6遍后沉降率减缓，取碾压遍数为6遍是合理的.

3.3 碾压参数建议值

根据试验结果及以上分析，建议碾压参数为:层厚300 mm;碾压遍数 6遍;行走速度为 2.5～3.0 km/h;击实干密度 1.932 g/cm3;施工控制压实度98%;施工控制干密度1.893 g/cm3.

表2 采用核子密度仪法测得的干密度试验结果

表3 采用环刀法测得的干密度试验结果

4 结语

从试验结果和施工方便考虑，土料碾压厚度取300 mm，碾压遍数为6遍;防渗体土料应用进占法卸料，汽车不应在已压实土料面上行驶;防渗体土料采用振动凸块碾压实，振动碾工作重量应大于10 t，碾压应沿坝轴线方向进行;碾压时，碾压机具开行方向应与坝轴线平行，碾压方法采用进退错距法;当粘性土含水量偏低或偏高时，须进行洒水或晾晒，此工作主要在料场进行;心墙与周边砂壳应平衡上升，若心墙上升过快易造成干裂，影响质量［2－3］.

笔者通过实际工程中的试验，得出了土料以腐殖土为主条件下的碾压参数，可为同类型条件下的施工提供参考.但是，由于土料类型的不同，黏土碾压参数的选择存在一定的差异，笔者只讨论了其中一种类型的黏土碾压参数，对于其它黏土类型碾压参数的选择有待继续研究.

［1］李重民，石建军.张峰水库大坝黏土心墙填筑碾压试验及施工参数确定［J］.山西水利:技术与应用，2007，23(4):58－59.

［2］中国水利水电科学研究院.DL/T 5129—2001碾压式土石坝施工规范［S］.北京:中国电力出版社，2001.

［3］黄河水利委员会勘测规划设计研究院.SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2002.

Test of Clay Rolling Compaction Parameters for Lotsane Dam

MENG Wen-yuan，ZHENG Yi
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Sanmenxia Water Survey and Design Institute，Sanmenxia 472300，China)

Nowadays a clay core rockfill dam is a common dam type，but clay rolling compaction quality will determine the anti-seepage effect of the dam.Taking Lotsane Dam as an example，the compaction characteristics of the clay were analyzed and the choice of construction parameters such as the optimum moisture content of clay materials，the best layer thickness，the rolling times were discussed by on-site rolling test of the clay，which would provide a reference for the construction under the same conditions.

clay core rockfill dam;compaction characteristics;optimum moisture content;best thickness of layer;rolling times

1002－5634(2011)05－0051－03

2011－05－18

孟闻远(1965—)，男，河南郾城人，教授，博士，主要从事数值计算新方法、结构动静态分析及稳定性分析等方面的研究.

(责任编辑:乔翠平)