张峰水库围堰碾压试验施工参数确定方法

崔翔晖

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概况

张峰水库位于晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上，控制流域面积4990km2，总库容3.94亿m3，是一座以城市生活和工业供水、农村人畜饮水为主，兼顾防洪、发电等综合利用的大（二）型水利枢纽工程。枢纽工程由拦河大坝、导流泄洪洞、供水发电隧洞、溢洪道、渠首电站及川坡电站组成。大坝是山西省首座黏土斜心墙堆石坝，坝顶高程763.8m，坝高72.2m，坝顶长634.0m，坝顶宽10m。

水库围堰包括上、下游围堰，均为土质围堰。上游围堰工程包括堰基高喷体防渗、堰体与左岸岩石连接处混凝土齿墙、围堰填筑、下游堆石棱体等，上游围堰长344m，最大堰高23.24m，顶宽8～12m。下游围堰工程包括围堰填筑等。位于导流泄洪洞出口挑流冲坑上游侧，围堰长143m，最大堰高7.38m，堰顶宽5m。

2 试验目的

一是确定上游围堰碾压施工时的铺料厚度、压实遍数、松铺系数。二是确定MC-3型核子密度仪干密度测值与环刀法干密度测值相关曲线，利用核子密度仪操作简便、读数快捷的特点来加快施工进度。

3 碾压试验场地选择

碾压试验场地选择在桩号0+030—0+040的填筑段，要求场地应平坦，地基坚实。试验时，先在地基上铺压1层试验土料，然后在其上进行碾压试验，其含水率应控制在最优含水率附近。每个试验组合不小于2m×5m（宽×长），且应在顺碾压方向和垂直方向两端各留出至少1个碾宽。

4 碾压试验方案

张峰水库所选3个料场均为素土，对不同料场的土料进行击实试验。据回填料特征和现有压实机械功能，参考有关资料，拟定碾压试验方案为：采用16t平面振动碾，铺料厚度为30cm时，压实遍数为4遍、6遍、8遍；铺料厚度为40~150cm时，均采用最佳遍数。当测点位置在底部1/3处时，采用MC—3型核子密度仪法进行测值；当测点位置在底部20~30cm时，采用环刀法进行测值。

5 碾压试验方法及结果

5.1 碾压参数选择

5.1.1 压实遍数

固定铺料厚度，压实机械不变，逐渐增加压实遍数至干密度减小时停止，每一规定遍数均用MC-3型核子密度仪测对应点压实干密度值5个，土的碾压遍数根据施工经验分别取4遍、6遍和8遍，然后分别对不同碾压区域进行干密度测试，每个区域取5个测点，并取其平均值，分析干密度变化规律确定合理经济的压实遍数，检测结果见表1。

表1 平面振动碾不同碾压遍数的压实干密度

由表1可知，铺料厚度相同时，碾压遍数在6遍和8遍时干密度值较大，且碾压遍数为8遍时，干密度值比6遍时变小，因此，将干密度平均值最大的压实遍数作为最佳碾压遍数，即碾压遍数为6遍。

5.1.2 铺料厚度

铺料厚度分别取30cm，40cm，50cm，并将碾压遍数确定为6遍，经在不同区域进行试验并用MC-3型核子密度仪测压实干密度及环刀法进行复核，分别取得测值5个，检测结果见表2。

表2 平面振动碾不同铺料厚度的压实干密度 单位：g/cm3

由表2可知，平面振动碾在铺料厚度为30cm时压实干密度最大且能满足设计要求，因此压实机械的最佳铺料厚度确定为30cm。

5.1.3 松铺系数

压实前、后分别测量该层高度，沉陷测量采用水准仪测量，测点网格2m×2m，精度±1mm。测定压实后土层厚度，并观察压实土层底部有无虚土层、上下层面结合是否良好、有无光面及剪力破坏现象。测量沉陷观测点高程与压前相应点高程之差即为碾压沉陷值（压缩量），振动碾压开始后进行测量，碾压6遍后测量对应点的沉降量，并取各个测点值的平均值确定松铺系数，由检测结果可知，松铺系数为1.11。

表3 松铺系数测量结果

5.2 碾压试验工艺

第一，填筑前在有效碾压场范围内选定沉陷观测点，测量记录试验场地的高程，测点间距2m×2m；划出试验区域和试验单元及机械进出场的方向；在碾压场周边间距4m打入木桩，并在木桩上准确标示控制高程，以控制铺料厚度；在场地中线一侧的相连2个试验小块铺设土质、天然含水量、厚度均相同的土料，中线侧的2个试验小块土质和土厚相同，含水量较天然含水量分别增加或减少某一幅度（根据填筑土料击实试验确定范围）。第二，自卸车卸料采用后退法，自卸车一车一点卸料，呈梅花形铺料。第三，平料时采用推土机推平至预定厚度及平整度，必要时辅以人工耙平，以达到起伏差和平整度的要求。第四，每个试验小块按规定要求碾压至计划遍数，相应在填筑面上取样作密度试验。第五，每个试验小块每次取样数为5个，测定干密度；测定压实后土层厚度，并做好记录。

5.3 检测工艺

沉陷测量：采用水准仪测量，测点网格2m×2m，精度±1mm。

含水率测定：采用酒精燃烧法，连续烧3次，精确至0.01g。

密度测定：采用MC-3型核子密度仪检测并辅以环刀法，环刀基本参数应符合GB/T15406—2007规定，精确至0.01g/cm3。

5.4 含水率与压实干密度关系

在进行环刀法取样的同时检测土料的含水率，由表4和击实报告可知，土料含水率控制在10%～17%的范围即可。

表4 含水率与压实干密度的关系

5.5 率定MC-3型核子密度仪

采用MC-3型核子密度仪测压实干密度的同时用环刀法测15个对应点干密度值，利用最小二乘法原理进行线性回归，确定核子密度仪测值与环刀法测值的相关曲线，结果见表5。

表5 仪器测值与环刀法测值对照表

6 质量控制措施

第一，用于碾压试验的土料在取土场要进行含水量检测，其含水量应在土料的最优含水量±2%范围内。如果含水量过大，土料摊铺后进行翻晒，如果含水量偏小，土料摊铺后采用洒水车按照计算的水量进行洒水，然后进行虚土搅拌，使土料的含水量保持均匀。第二，所有用于碾压试验的土料必须进行检测，土内不得含有树根、杂草、砖块或其他腐植物。第三，碾压试验基底为耕地或松土时，先清除有机土、种植土，平整后按规定要求压实。在深耕地段，将松土翻挖，土块打碎，然后回填、整平、压实。第四，碾压试验前由技术人员对现场施工人员进行碾压试验施工技术交底，试验员配合质检员对碾压试验施工过程严格控制，并严格执行“三检制”，确保施工质量。第五，在施工中严格执行规范和设计要求，对监理提出的问题及时处理。第六，如果填土出现“弹簧土”、层间中空、松土层或剪力破坏现象时，应根据具体情况采取置换、挖除等措施处理，并经监理验收后方可继续施工。

7 碾压试验结论及建议

综上所述，该碾压试验结论为：最佳碾压遍数为6遍；铺料厚度为34cm；含水率应控制在10%～17%；相关曲线y=1.0931x-0.1115（x为仪器测值、y为实测值）；设计要求压实度应达到96%，试验最大干密度为1.74g/cm3，因此实际控制时实测值应达到1.67g/cm3，根据相关曲线计算仪器测值应达到1.63g/cm3。

8 结语

在水利水电建设工程建设项目中，土质坝（围堰）可就地取材、高效率利于施工机械、适用于各种地形、地质及气候条件，具有广泛的应用范围，因而土质坝碾压参数选择对节省投资的意义尤为重要。为此，施工前应仔细调查当地土质条件、气候条件、施工布置及施工条件等，合理确定碾压参数，为加快施工进度，降低施工成本，保证工程质量发挥应用作用。