土石坝现场碾压试验

□张思远(贵州省水利水电勘测设计研究院)

1.试验目的

通过现场试验，确定本工程复合土工膜心墙风化料坝主要分区料在各种不同施工参数情况下经碾压后的各项物理力学指标及级配，优选坝料压实技术的压实参数，为大坝施工及施工质量控制提供依据。确定经济合理的施工压实参数。

2.试验标准、内容和方法

2.1 试验标准

《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001；《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001；《土工试验规程》SL237—1999《;水利水电工程天然建筑材料勘探规程》SL251—2000。

2.2 试验内容

试验内容包括：粘土料、粘土夹风化石、风化料的级配、比重、密度、渗透、沉降。

2.3 试验检测方法

2.3.1 颗粒分析

风化料和粘土夹风化石碾压前进行颗粒分析。风化料碾压2遍、4遍时不进行颗粒分析。风化料其余碾压6、8、10遍分别对Ⅴ区、Ⅵ区各进行3组颗粒分析。颗粒分析采用筛析法，共检测20组。

2.3.2 比重

参照勘察设计期间的比重试验成果。

2.3.3 密度

密度检测采用挖坑灌水法进行，风化料采用1.50m方形套环，粘土、粘土夹风化石料采用1.00m方形套环。共检测57组，基底6组、粘土料18组、粘土夹风化石料15组、风化料18组。

2.3.4 渗透

渗透检测采用现场试坑渗水法，共检测12组，粘土、粘土夹风化石、风化料6区各检测2组。

2.3.5 沉降

沉降检测采用全站测量仪观测方格网点高程，降方格网布置，方格网规格为2.0m×2.0m。

2.3.6 干密度试验

在碾压现场取粘土料和粘土夹风化石料进行室内击实试验，粘土料采用轻型击实，粘土夹风化石料采用重型击实。

3.碾压试验机具介绍

装料：用小松PC220-7型挖掘机2台；机号：DBH5315，斗容量为1.0（1.05）m3。运料：用三环征程30T自卸车3台。铺料：山推160推土机推平。测量：全站仪1台。碾压机具：厦工三重XG6204M机械式振动压路机，其技术参数如下：

型号：XG6204M 牵引力：88kN

工作质量：20T 压实宽度：2.13m

振动频率：28Hz 名义振幅2.0/1.2mm

激振力：350/210kN 工作速度：2.4km/h

额定功率：95kW 最小转弯半径：≤6500mm

振动轮直径×宽度：1550mm×2130mm额定转速：2100r/min

4.试验材料

本次试验主要是对粘土料、粘土夹风化石料、风化料进行试验，排水堆石区料采用设计推荐的填筑参数。

粘土料在库区内左岸开采的粘土，粘土夹风化石料采用左坝肩开采的粘土夹风化石，风化料采用坝下游右岸山坡上的玄武岩风化料，其具体设计要求见表1及图1。各分区坝料性质及设计要求见表1。

5.试验场地布置

碾压试验场地选择在坝上游堆石区进行，场地长48m，宽30m,场地两端应留出8～10m的斜坡道，坡度不陡于1:5，以便试验机械行驶，见图2。

6.上料方式，铺料厚度及碾压方式的确定

表1 各分区坝料要求和填筑参数表

图1 风化料级配曲线图

图2 碾压场地平面图（场平均高程图）

6.1 均采用退铺法，即汽车在已压实的层面上后退卸料，然后用推土机整平。

6.2 铺料厚度，按设计要求铺料厚度（±10%）进行。设计粘土料压实厚度30/40cm，铺料厚度40/50cm，实际平均铺料厚度41.1/50.9cm。设计粘土夹风化石压实厚度40/60cm，铺料厚度50/70cm，实际平均铺料厚度49.6/69.8cm。设计风化料压实厚度60/80cm，铺料厚度67.5/90cm，实际平均铺料厚度68.4/90.4cm。

6.3 碾压方式，碾压机具采用施工单位已有机具，厦工三重XG6204M机械式振动压路机进行振动碾进行碾压。根据以往工程的经验，采用直线行车往返错距式，重迭率不小于振动碾压轮宽的10%（即20cm），行车速度用其最慢速度（2.0～2.4km/h）进行碾压。料推平后，经沉降方格网观测，按设计要求铺料厚度（±10%）进行铺料后，然后进行碾压。遍数计数方式为碾压时往返各算一遍的方式进行。

各试验区的碾压组合方式为：粘土料和粘土夹风化石料采用：静碾压2+静碾压2+……，直至碾压后干密度、沉降基本没有什么变化为止。风化料采用静碾压2+高挡振动碾压2遍+高挡振动碾压2遍+……，直至碾压后干密度、沉降基本没有什么变化为止。

7.现场碾压试验成果

7.1 粘土料（Ⅰ、Ⅱ区）碾压试验成果：

7.1.1 室内击实试验

在现场取有代表性的粘土料到室内做液塑限和轻型击实试验，成果见表2。

表2 轻型击实试验表

7.1.2 密度

Ⅰ区碾压遍数分别为4、6、8遍所对应的干密度平均值分别为 1.26、1.31、1.34g/cm3，对应的压实度平均值为 93%、97%、99%。Ⅱ区碾压遍数分别为4、6、8遍所对应的干密度平均值分别为1.25、1.31、1.33g/cm3，对应的孔隙率平均值为92%、96%、98%。

从压实结果看，干密度随着碾压遍数的增加而规律性增加，压实度相应随之增大。同时，随着碾压遍数的继续增加至6遍后，干密度的增加速度明显趋于缓慢。

7.1.3 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的Ⅰ、Ⅱ区试验块中各测试两点渗透系数平均值分别为1.65×10-4cm/s、2.32×10-4cm/s。

7.1.4 沉降

Ⅰ区碾压遍数分别为2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为55、31、32、24、-30mm。Ⅱ区碾压遍数分别为 2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为 52、30、26、22、-21mm。

从压实结果看，Ⅰ区的碾压效果比Ⅱ区的碾压效果好，Ⅰ区静碾6遍有一个试点达不到设计要求，平均值达到了，静碾8遍各试点均能达到设计要求。Ⅱ区静碾6遍有一个试点达不到设计要求，平均值达到了，静碾8遍各试点均能达到设计要求。Ⅰ、Ⅱ区静碾8遍均能达到设计要求。

7.2 粘土夹风化石料（Ⅲ、Ⅳ区）碾压试验成果：

7.2.1 室内击实试验

在现场取有代表性的粘土夹风化石料到室内做液塑限和重型击实试验，成果见表3。

表3 重型击实试验成果表

7.2.2 密度

Ⅲ区碾压遍数分别为6、8遍所对应的干密度平均值分别为1.53、1.55g/cm3，对应的压实度平均值为96%、98%。Ⅳ区碾压遍数分别为6、8、10遍所对应的干密度平均值分别为1.46、1.54、1.56g/cm3，对应的压实度平均值为92%、97%、98%。

从压实结果看，干密度随着碾压遍数的增加而规律性增加，压实度相应随之增大。

7.2.3 渗透

Ⅲ区渗透系数是在碾压8遍后测试的，在试验区中各测试两点渗透系数平均值分别为7.23×10-4cm/s；Ⅳ区渗透系数是在碾压10遍后测试的，在试验区中各测试两点渗透系数平均值分别为 6.58×10-4cm/s。

7.2.4 沉降

Ⅲ区碾压遍数分别为 2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为43、25、19、13、4mm。Ⅳ区碾压遍数分别为 2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为 45、27、18、15、8、-6mm。

从压实结果看，Ⅲ区的碾压效果比Ⅳ区的碾压效果好，Ⅲ区静碾8遍各试点均能达到设计要求。Ⅳ区静碾8遍有一个试点达不到设计要求，平均值达到了，静碾10遍各试点均能达到设计要求。

7.3 风化料（Ⅴ、Ⅵ区）碾压试验成果

7.3.1 级配

碾压前在风化料场进行了一组筛分，级配都在包络线内，级配良好。对Ⅴ、Ⅵ区碾压6遍、8遍、10遍分别各取3个试坑进筛分，根据筛分资料和现场实际试验情况可知，随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，粗粒料含量减少，中、细粒含量增加，试坑级配均良好。

7.3.2 比重

比重值与材料本身性质决定，与碾压遍数无关，测试2组，其实测值F均为2.69。

7.3.3 密度

Ⅴ区碾压遍数分别为6、8、10遍所对应的干密度平均值分别为1.80、1.82、1.85g/cm3，对应的孔隙率平均值为33.1%、32.4%、31.1%。Ⅵ区碾压遍数分别为6、8、10遍所对应的干密度平均值分别为1.72、1.78、1.81g/cm3，对应的孔隙率平均值为36.1%、33.8%、32.8%。从压实结果看，干密度随着碾压遍数的增加而规律性增加，孔隙率相应随之减小。

7.3.4 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的，Ⅴ、Ⅵ区试验块中各测试两点渗透系数平均值分别为3.27×10-2cm/s、6.67×10-2cm/s。

7.3.5 沉降

Ⅴ区碾压遍数分别为 2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为31、18、14、10、6、-3mm。Ⅵ区碾压遍数分别为 2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为 29、18、14、9、7、3mm。随着碾压遍数的增加，沉降量减小。

从压实结果看，Ⅴ区的碾压效果比Ⅵ区的碾压效果好。Ⅴ区动碾8遍就能满足设计要求。Ⅵ区碾10遍就能满足设计要求。Ⅴ区动碾8遍和Ⅵ区动碾10遍效果差不多。

8.结论

通过试验，主要分区料的确定经济合理的施工的施工压实参数。优选坝料压实技术的压实参数，为大坝施工及施工质量控制提供必要依据。