坝体填筑碾压试验在水利工程施工中的应用

李松

(贵州水利实业有限公司，贵阳550002)

1 实例工程概况

遵义中桥水库工程位于贵州省遵义市中心城区东北面，地处湘江左岸支流仁江下游新田湾河段内，坝址距仁江河口13.6 km，距遵义市城区中心21.0 km，距中桥集镇2.4 km，现有简易公路通到水库坝址下游540 m处。中桥水库是以城市供水、农田灌溉兼集镇及农村人畜饮水的水利工程。中桥水库正常蓄水位812.00 m，最大坝高56 m，坝顶宽6.5 m，相应库容5 570万m3，兴利库容5 230万m3，总库容7 380万m3;设计城市供水量30.00万m3/d;农田灌溉面积2 008 hm2，多年平均灌溉供水量923万m3/a;集镇及农村饮水供水量1.34万m3/d;总供水量12 480万m3/a，开发利用率54.8%。中桥水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等。其主要枢纽建筑物由钢筋混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、左岸放水隧洞和右岸放空兼冲沙隧洞等组成。

在水库大坝的建设过程中，需要选择合适的、满足工程要求的填筑质量，需要对大坝的坝体填筑碾压机械的适当性和可靠性进行检测，因而在实际施工中，会运用到坝体填筑碾压试验。大坝坝体填筑分别分为6个主要填筑区，从上游至下游分别为上游盖重区(1B)、铺盖区(1A)、特殊垫层区(2B)、垫层区(2A)、过度区(3A)、主堆石区(3B)、下游堆石料区(3C)。

2 坝体填筑设计技术要求

2.1 垫层料(2A)和特殊垫层料(2B)

2.1.1 材料要求

2A区为满足级配要求的垫层填筑材料，从料场开采清洁的、坚固的新鲜硬岩料加工，2A区垫层填筑材料的级配范围:最大粒径80 mm，＜5 mm粒径的含量 30% ～40%，＜0.075 mm粒径的含量为0%～8%的连续级配，碾压后干容重达到2.25 t/m3以上，孔隙率≤18%。

2B区为非塑性的、满足级配要求的新鲜硬岩人工制备，要求颗粒坚硬、耐久、无黏土和有机物等杂质，从料场开采清洁的、坚固的新鲜灰岩料加工。2B区特殊垫层料填筑材料的级配范围:最大粒径＜40 mm，碾压后干容重达到2.3 t/m3以上，孔隙率≤17%。

2.1.2 铺料要求

2A区的垫层料连续摊铺在规定的料区内，填筑层厚度为0.4 m;2B区特殊垫层料采用人工配合机械薄层摊铺，每层厚度≤0.2 m。

2.2 过渡层料(3A)

2.2.1 材料要求

过渡料为非塑性的、碾压后级配良好的细堆石料，从料场开采的清洁的、新鲜的硬岩。颗粒坚硬和耐久，不含黏土和有机物。3A过渡层填筑材料的级配范围:最大粒径300 mm，＜5 mm粒径的含量为20%～30%，，碾压后干容重达到2.15 t/m3以上，孔隙率≤20%。

2.2.2 铺料要求

填筑层厚度0.4 m。

2.3 主堆石料(3B)及下游堆石区(3C)

2.3.1 材料要求

3B区为满足级配要求的主堆石填筑材料，为材质坚硬的硬岩。3B区主堆石填筑材料主要为料场开挖石料。3B料最大粒径600 mm，＜5 mm粒径的含量为20%以内，碾压后干容重达到2.1 t/m3以上，孔隙率≤22%。3C料最大粒径800 mm，碾压后干容重达到2.05 t/m3以上，孔隙率≤25%。

2.3.2 铺料要求:填筑层厚分别为0.8 m。

3 坝体碾压试验准备

3.1 坝料制备试验

坝料的开采爆破试验在料场选取有代表性的部位进行，通过爆破试验确定符合大坝堆石料要求的爆破作业参数。

3.1.1 石料场爆破试验

按规范要求，用于坝体填筑的过渡料、垫层料和堆石料等各种上坝石料，必须满足相应的级配曲线。因而，在石料场开始规模开采前，根据规范要求及监理人指示，在料场进行与实际施工条件相仿的现场生产性爆破试验。

3.1.2 爆破试验的目的和内容

3.1.2.1 爆破试验目的

为堆石料开采提供能满足级配要求的深孔微差挤压钻孔爆破参数;为过渡料开采提供能满足级配要求的深孔微差挤压钻孔爆破参数。

3.1.2.2 爆破试验内容

各种钻爆参数试验、开采爆破起爆网络试验、爆破振动影响、石料粒径、级配曲线及成品率等。

3.1.3 爆破试验地点和规模

1)爆破试验在料场上的开采区域进行。

2)爆破试验的规模为:每个试验岩块长40～50 m，宽20～25 m，具体为:光面爆破孔20～30个，爆破孔4～5排(其中缓冲孔1排)，约30～40个孔。本次爆破试验的次数共8次，分别对过渡料和堆石料级配曲线、钻爆参数试验各进行2次。

为确保开采出优质的配料，由有爆破资质证书的爆破工程师担任主设计，采用目前较为先进的爆破技术，在大规模石料钻爆开采前，结合生产进行级配料开采及其它试验，为本工程级配料开采提供科学的依据。

4 坝体填筑碾压试验

大坝填筑前，选定有代表性的填筑石料，模拟正常填筑施工状况，对坝体各区料进行碾压试验，以确定合理的碾压参数、铺料方式、铺料厚度、超径石处理、振动碾的类型及重量、碾压行进线路、碾压遍数、铺料过程中的加水量，并对压实层的孔隙率、干密度、沉降量、压实后级配等进行试验，垫层料、过渡料、主堆石料还需进行渗透性试验。

4.1 大坝填筑料碾压试验目的

试验的目的是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;选择合适的振动碾压机械，检验所选填筑碾压机械的适当性和性能可靠性;确定经济合理的填筑碾压参数;为设计单位最终核定施工控制填筑质量标准提供依据，确保大坝填筑施工质量。

4.2 填筑碾压试验的内容

现场填筑碾压试验采用将来大坝填筑拟选用的施工机械、施工方式和施工工艺，对各种筑坝材料进行不同填筑碾压参数的比选与研究。填筑碾压施工参数主要包括:碾压机具、行车速度、铺料方式、铺层厚度、碾压遍数、洒水量、压实前后的级配、孔隙率、干容重、渗透系数等。填筑碾压试验就是对同一种岩性的筑坝材料，按各种施工参数的不同取值组合进行试验，现场试验主要依据设计提供的填筑碾压参数，先对填筑碾压参数进行取值范围的拟定，采用逐步淘汰法，确定碾压参数最优值。

4.3 填筑碾压试验场地规划

碾压试验场地，先进行找平层填筑，碾压密实，并经监理工程师验收合格后才能正式进行碾压试验。

4.4 填筑碾压试验方法

1)填筑碾压试验程序，见图1。

2)填筑碾压试验方法

为确保填筑碾压试验成果真实、可靠，试验中每一个工序环节均严格按以下要求进行:

试料装运:装运时严格控制超径料的装入，要求混合装运，严禁粗料或细料集中装放，装料时派有专人指挥和质量控制，保证试料按设计要求进行装料。

主堆石料采用进占法铺料，便于推土机跟进平整和运料车辆行驶;过渡料与垫层料采用后退法铺料，有利于减少试验料分离现象的发生。

平料:采用大功率推土机推平，再辅以人工找平，保证填筑层厚度和顶面平整度满足试验要求。

层厚与沉降量测量:采用水准仪测量，测量点间距2 m，层厚测量在堆石料静碾2遍后进行，沉降量测量每碾压2遍均进行一次。

洒水:采用人工洒水法，每场试验根据计算好的加水量(体积比)安排2～4名专人洒水，洒水量要求均匀，以使堆石料有较长的湿润时间。

碾压:振动碾在碾压试验区范围线2 m以外起振，按划好的行车线进行碾压，采用前进、后退全振动的方法，碾迹重叠控制在10～15 cm，行车速度＜2 km/h。

密度测定:采用挖坑灌水法，试环为直径200 cm、高20 cm的特定钢环，试坑直径为1～1.6 m，深度为单层碾压层厚度。

级配分析:采用方格网筛人工筛分法，将从试坑挖出的试样全部筛分。

含水率测定:采用炒干法。

渗透试验:对垫层料、过渡料采用双环法，进行现场渗透试验。成果整理及分析报审。

图1 填筑碾压试验程序图

将上述各种料源的填筑碾压试验资料进行系统整理，绘制相关图，并根据试验资料进行分析，结合工程条件确定填筑碾压参数及压实方法，并编写填筑碾压试验报告，报监理工程师审批。

5 结语

伴随着经济的不断发展，水利工程行业的发展也十分迅速，坝体填筑碾压试验的应用也越来越广泛。作为一种较为实用的工程试验，坝体填筑碾压试验对于坝体质量、性能的检测有着很大的作用，能够较为准确的确定坝体的填筑碾压数值，对于提高工程的施工效率，保证大坝的质量有着十分积极的意义。在实际的水利工程中，要按实验要求进行实验，保证实验的完整性，确保实验数据的真实可靠，为工程施工带来便利。

［1］谢鹤.龙马水电站面板堆石坝坝体填筑施工工艺［J］.电力学报，2011(4):22.

［2］李玉霖.某水库混凝土面板堆石坝地基处理［J］.贵阳学院学报(自然科学版)，2011(2):44－45.