堆石坝碾压试验及其质量控制措施

2014-02-18李天赐

水利技术监督 2014年4期

关键词：堆石堆石坝石料

李天赐

堆石坝碾压试验及其质量控制措施

李天赐

（福建省水利水电工程局有限公司，福建泉州 362000）

坝体的沉陷变形是碾压堆石坝的关键技术问题，对坝体采取填筑生产性碾压试验是非常必要的。结合堆石坝工程施工情况，对碾压试验进行了分析，同时提出了切实可行的碾压质量控制措施，为同类工程提供参考。

大坝工程；碾压试验；大坝填筑

坝体的沉陷变形是碾压堆石坝的关键技术问题，而坝体的沉陷变形主要由堆石体的压缩模量控制，压缩模量的量值是随堆石体压实密度的提高和堆石级配的改善而提高，主坝填筑石料硬度较大，因此，进行在填筑施工前必须对其采取试验。

通过采取试验工作，以选取合理的碾压机械、定取出合理的填筑碾压相关施工参数，从而有效地确保该主坝填筑以及碾压施工质量。

1 工程概况

该工程为江西省德兴市九区铜金矿5000t/d采选技术改造工程尾矿设施—初期坝工程。初期坝设计坝高为25m，坝顶标高为▽85m，坝底标高为▽60m，坝长为105m，形成库容170万m3。坝型采用碾压堆石透水坝，上下游边坡采用40cm厚干砌石护坡，且上游边坡同时用一层500g/㎡无纺土工布作反滤层，坝顶宽度为5.0m，上下游边坡采用1:2.0，在标高▽75m处各设置一道2m宽马道。

初期坝堆石约9万m3，选取该大坝工程极限抗压强度不小于Mu50的石材，同时要求石材的软化系数不应小于0.75，粒度小于2cm颗粒含量不超过5%，另外还应当避免选取片状石料。堆石料填筑要求没有水平和垂直层面，需犬牙交错，孔隙率≤30%，石料筑坝干容重≥2.0t/ m3。

2 碾压试验

通过对堆石坝采取碾压试验，可核实坝料设计填筑标准的合理性；确定达到设计填筑标准的压实方法（包括进行坝体不同区域碾压遍数以及碾压厚度等进行试验）及控制措施。同时可对堆石料、垫层料分别进行试验及取得的工艺控制参数。

通过分析试验数据指导全标段填方施工控制的依据，使得填筑施工规范化。

2.1 碾压试验程序

为了控制坝体堆石的碾压质量，经施工、检测、监理、业主四方代表现场碾压试验，现场采用LG520A压路机碾压，挖试坑灌水的方式进行试验，采取的碾压试验有生产性碾压试验和填筑碾压试验。

（1）生产性碾压试验。该大坝工程采取施工现场的填筑试验，主要是合理地确定出填筑施工所采用的机械设备、填筑施工工艺。

尤其是重点合理定取填筑碾压施工参数：如碾压遍数、孔隙率、压实模量、填筑层厚度、行车速度等。另外，考虑到筑坝材料的分区及不同岩性的选择，试验的循环组合次数将非常多，比选试验的工作量巨大。对于特殊垫层料因工程量较小，此次试验不做考虑，在实际填坝过程中进行生产性试验。

（2）填筑碾压试验。该大坝在进行填筑碾压试验方面采取如图1所示的程序。

图1 填筑碾压试验程序图

2.2 确保碾压试验的准确性

为有效地保证该大坝工程的填筑以及碾压施工质量，在进行各个填筑以及碾压试验时严格地按照规范要求，有效地保证试验的准确性。

（1）为模拟施工实际情况，采用不同斗容的挖掘机与不同载重吨位的自卸汽车进行试料装运，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。

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；铺填层厚由现场质检员控制。平料采用大功率推土机推平，同时还应当结合人工找平，从而有效地确保了该大坝工程填筑层厚度和顶面平整度满足试验要求。

（2）碾压试验场地。根据施工现场的实际情况，试验场地确定为21m×18m，结合该工程情况，场地布置在上下游方向坝上0+050至坝上0+015，左右方向坝左0+050至坝左0+075，坝轴线以上的区域。同时鉴于该试验场地基面起伏较大，对其采取回填、压实、平整等一系列工作，然后挖坑检测满足要求后作该次试验场地。

结合试验场地的实际情况，采用“后退法”铺料，并按预定堆石区不大于1000mm、800mm的铺层厚度控制。该铺料方法可改善堆石料的分离情况。

试验前按设计规定洒水，加水量为铺料体积的10%左右。为避免在振动过程中细料损失过多，同时结合考虑大块石料偏多的情况，为了有效地确保碾压段能充分湿水，严格控制加水量，而且要求对洒水区采取连续洒水。碾压为全振实，碾压时碾子错车重叠范围为20～30cm。

碾压遍数：按前进、后退往返计1遍。经动碾80cm层厚碾压约3～5遍和100cm层厚碾压4～6遍，使沉陷基本稳定，即停止试验。

（3）推土机平料时，采用标杆严格控制其厚度，待平整达到要求后，按10%加水(即每方加水100kg)，由带水表的喷头计量喷洒均匀，采用LG520A压路机开始从上游边缘起压，碾压行驶方向平行于坝轴线，行车速度控制在2～3km/h，严格按碾压试验确定的碾压参数进行施工。

通块碾压完成后，由监理指定部位，挖坑取样检测碾压后的压实度，干、湿容重，含水率、孔隙率等试验作为原始记录，同时由相应资质的检测单位，经检测合格后，继而进行上层堆石的铺料和碾压施工，依次做上述试验，每次都认真做好记录。

该工程的具体碾压参数见表1。筑坝的石料采用石料场的自然级配，粒径一般采用不大于400mm规格的，试验材料采用的石料粒径、级配试验结果见表2。

表1 碾压试验成果表

表2 石料试验粒径、级配试验成果表

3 碾压施工质量控制措施

为了有效地确保该堆石坝工程的施工质量，施工过程中严格按照相关规范要求，同时在施工完成后对其采取坝体填筑检查及其质量抽验。结合工程实践经验，该工程对坝体碾压质量检验重点项目为石料的级配情况、碾压遍数等。同时对于堆石区上游坡反滤层共分为3层：第1层d=200mm圆砾或角砾，第2层无纺土工布，第3层d=200mm粗砂，按1:2边坡比从开挖标高铺设至坝顶。反滤层铺筑的反滤料粒径、级配、不均匀系数、含泥量等均应符合设计要求。经检验合格后方可使用。

在施工中经对堆石体干容重进行检测，该工程通过采取挖坑灌水法进行堆石体的干容重检测，试验时采用直径为200cm的特定钢环，以碾压层厚度为试验深度。试验结果见表3。

表3 试坑灌水法实测干容重成果表

工程实践表明，对于堆石坝碾压施工来说，其中的关键是要有效地确保填料层厚，具体可从以下两个方面考虑。

（1）通过结合填料铺填厚度、自卸车斗容计算出每车填料可铺填的面积，然后在仓面上画出方格，控制卸料间距。

（2）可通过采用全站仪等测量仪器来准确地控制层厚，填料粗平之后，在仓面上放点，标出超填高度或欠填高度，然后进行精平，或在填筑范围外打桩，标示高程，拉线控制层厚。

另外，为了有效地确保碾压符合工程要求，必须采取沉降监测。在每层填料松铺前，在基础面埋设钢板，并用振动碾静碾一遍以固定，同时在填料松铺后，在对应位置填料表面埋设钢板，并用振动碾静碾一遍以固定，然后采用全站仪对每层填料基础面、表面埋设的钢板进行观测，测出振动碾压2遍、4遍、6遍、8遍、10遍后的压缩沉降量，进而计算压缩沉降率。