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关于水利工程碾压应用技术的分析

2015-08-19史明焕贵州弘波质量检测有限公司

河南水利与南水北调 2015年2期
关键词:铺料遍数垫层

□史明焕(贵州弘波质量检测有限公司)

0 引言

土方填筑碾压施工是水利工程中的一个重要施工项目,确保土方填筑碾压施工质量,能够有效保证水利工程整体质量。因此,在实际工程中,应通过科学的碾压试验,确定其实际施工方法。

1 工程概况

塘冲水库是六洞河第二级综合开发利用水利工程,上衔上塘水库,下接附廓水库。塘冲水库枢纽工程位于滚马乡塘冲村河段,坝址控制流域面积185 km2,多年平均年径流量1.02亿m3。塘冲水库工程枢纽主要由大坝枢纽工程、灌区枢纽工程、供水枢纽工程组成。大坝坝顶高程为706.50m,防浪墙顶高程707.70m,坝顶长392.78m,大坝基础置于弱风化上限,河床趾板建基面高程为653m,最大坝高53.50m。

2 碾压试验

2.1 试验场地布置

试验场地位于大坝主堆区与下游堆石区坝基间,宽42m,长46m,碾压机具为机械驱动单钢轮振动碾高档碾压22遍,然后进行基层密度检测,共计挖坑5个。图1为塘冲水库试验平面图。

图1 塘冲水库试验平面图

基层处理合格后,即进行沉降方格网布置,方格网规格为2.00m×2.00m,并进行方格网高程测量,高差<10 cm,则基层平整度满足试验要求,于是按要求进行分区:特殊垫层区、垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区。

2.2 碾压方式

2.2.1 上料方式

特殊垫层料、垫层料、过渡料采用进占法;主堆石料、下游堆石料采用后退法,梅花型堆料,用推土机或挖机推平。

2.2.2 铺料厚度

按现场施工实际铺料厚度能力进行。

2.2.3 碾压方式

使用机械驱动单钢轮振动碾进行碾压,采用直线行车往返错距式,重迭率为振动碾压轮宽的10%(即20cm),行车速度(受碾压机具限制)用其最慢速度(2.00-2.50km/h)进行碾压。注意应进行充分洒水,然后进行碾压。碾压时遍数记数按往返各算一遍的方式进行。各试验区的碾压组合式为:静碾2+高振碾2+高振碾2+……直至碾压后干密度、沉降基本没有变化为止。

3 各分区料碾压成果

3.1 特殊垫层区

试验场地宽4.00m,长36.00m。设计铺料厚度≤22 cm,实际铺料厚度24.40 cm。

3.1.1 级配

对碾压前的特殊垫层料进行3组筛分试验,3组料均超径,最大粒径48 cm,超径5.24%~11.33%,细颗粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量为12.86%~13.92%,其中有1组级配不良。分别对碾压4、6、8、10遍的10个试坑进行筛分试验,均有超径和细颗粒含量偏少现象,石料粒径随着碾压遍数的增加,级配结构随之变化,即:粗粒料含量减少,中、细粒含量增加。除Ⅰ-6-1试坑为级配不良外,各试坑级配均良好。

3.1.2 密度

随着碾压遍数的增加,容重值增加,孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的10个试坑进行密度试验,所得平均密度为2.01 g/cm3、2.11 g/cm3、2.24 g/cm3、2.27 g/cm3,对应的孔隙率为25.20%、21.50%、16.90%、15.50%。

3.1.3 渗透

在碾压8遍后进行测试,渗透系数为7.50×10-2cm/s。

3.1.4 沉降

随着碾压遍数的增加,沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量分别为23,15,7,6,6,6mm。

3.2 垫层区

试验场地宽6.00m,长36.00m。设计铺料厚度45 cm,实际铺料厚度45.80 cm。

3.2.1 级配

对碾压前的垫层料进行3组筛分试验,最大粒径56 cm无超径,细颗粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量为13.97%~17.11%,级配良好。分别对碾压4、6、8、10遍的13个试坑进行筛分试验,无超径,细颗粒含量偏少,石料粒径随着碾压遍数的增加,级配结构随之变化,即:粗粒料含量减少,中、细粒含量增加。除Ⅱ-6-1、Ⅱ-6-2两个试坑为级配不良外,各试坑级配均良好。

3.2.2 密度

随着碾压遍数的增加,容重值增加,孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的13个试坑进行密度试验,所得平均密度为1.99,2.03,2.11,2.17 g/cm3,对应的孔隙率为26.0%、24.5%、21.7%、19.4%。

3.2.3 渗透

在碾压8遍后进行测试,渗透系数为2.88×10-2cm/s。

3.2.4 沉降

随着碾压遍数的增加,沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为39,14,7,6,5,5mm。

3.3 过渡区

试验场地宽4.00m,长36.00m。设计铺料厚度45 cm,实际铺料厚度45.40 cm。

3.3.1 级配

对碾压前的过渡料进行3组筛分试验,最大粒径250 cm无超径,细颗粒含量(d<5mm)偏少,d<5mm的含量为9.93%~12.85%,级配良好。分别对碾压4、6、8、10遍的14个试坑进行筛分试验,无超径,石料粒径随着碾压遍数的增加,级配结构随之变化,即:粗粒料含量减少,中、细粒含量增加。各试坑级配均良好。

3.3.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定,与碾压遍数无关,现场实测值为2.73。

3.3.3 密度

随着碾压遍数的增加,容重值增加,孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的14个试坑进行密度试验,所得平均密度为1.99,2.18,2.25,2.23 g/cm3,对应的孔隙率为27.2%、20.2%、17.7%、18.2%。

3.3.4 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的,渗透系数为2.2×10-2cm/s。

3.3.5 沉降

随着碾压遍数的增加,沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为18,16,9,7,5,3mm。

3.4 主堆区

试验场地宽18m,长42m,设计铺料厚度为90 cm,实际铺料厚度为87 cm。

3.4.1 级配

对碾压前的主堆石料进行3组筛分试验,最大粒径620 cm无超径,有2组细颗粒含量(d<5mm)偏少,级配良好。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的18个试坑进行筛分试验,无超径,石料粒径随着碾压遍数的增加,级配结构随之变化,岩石破碎比较严重,即:粗粒料含量减少,中、细粒含量增加。除Ⅳ-4-1、Ⅳ-4-3、Ⅳ-6-4三个试坑为级配不良外,各试坑级配均良好。

3.4.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定,与碾压遍数无关,现场实测值为2.69。

3.4.3 密度

随着碾压遍数的增加,容重值增加,孔隙率减小。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行密度试验,所得平均密度为1.97,1.98,2.04,2.05,2.07,2.06 g/cm3,对应的孔隙率为26.9%、26.3%、24.10%、23.70%、23.00%、23.40%。

3.4.4 渗透

在碾压8遍后进行测试,渗透系数为1.20 cm/s。

3.4.5 沉降随着碾压遍数的增加,沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为15,34,18,15,8,6,5mm。

3.5 下游堆石区

试验场地宽14m,长42m,设计铺料厚度为90 cm,实际铺料厚度为88.10 cm。遍数计数方式为往返各算一遍。

3.5.1 级配

对碾压前的下游堆石料进行3组筛分试验,最大粒径480 cm无超径,有2组细颗粒含量(d<5mm)偏少,级配良好。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行筛分试验,无超径,石料粒径随着碾压遍数的增加,级配结构随之变化,岩石破碎比较严重,即:粗粒料含量减少,中、细粒含量增加。除Ⅴ-2-1、Ⅴ-6-2、Ⅴ-8-2、Ⅴ-8-4、Ⅴ-8-5、Ⅴ-10-2、Ⅴ-12-1,7个试坑为级配不良外,各试坑级配均良好。

3.5.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定,与碾压遍数无关,现场实测值为2.73。

3.5.3 密度

随着碾压遍数的增加,容重值增加,孔隙率减小。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行密度试验,所得平均密度为1.94,1.97,1.99,2.04,2.05,2.14 g/cm3,对应的孔隙率为29.00%、27.80%、27.20%、25.30%、24.80%、21.70%。

3.5.4 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的,渗透系数为6.15×10-1cm/s。

3.5.5 沉降

随着碾压遍数的增加,沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为12,31,13,12,9,4,2mm。

4 坝体填筑碾压施工方法分析

通过以上上坝材料的现场碾压试验成果,得出其碾压施工方法如下:

4.1 特殊垫层料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾,直线行车往返错距式(往返各算一遍)。行车速度2.00 km/h,重迭率为10%(20 cm),上料方式为后退法,铺料厚度≤25 cm,洒水量为5%~10%;碾压方式:先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求(干密度:2.23 g/cm3、孔隙率16.9%)且经济合理,对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.2 垫层料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾,直线行车往返错距式(往返各算一遍),行车速度2.00~2.50 km/h,重迭率为10%(20 cm),上料方式为后退法,铺料厚度≤45 cm,洒水量为5%~10%;碾压方式:先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求(干密度:2.17 g/cm3、孔隙率19.4%)且经济合理,对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.3 过渡料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾,直线行车往返错距式(往返各算一遍)。行车速度2.00~2.50 km/h,重迭率为10%(20 cm),上料方式为后退法,铺料厚度≤45 cm,洒水量为15%~20%,碾压方式:先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求(干密度:2.25 g/cm3、孔隙率17.70%)且经济合理,对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.4 主堆石体料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾,直线行车往返错距式(往返各算一遍)。行车速度2.00~2.50 km/h,重迭率为10%(20 cm),上料方式为进占法,铺料厚度≤90 cm,洒水量为15%~20%,由于高档振动碾压12遍未达到设计要求,建议设计调整参数,碾压方式:先静碾压2遍后再高档振动碾压10遍(干密度:2.07 g/cm3、孔隙率23.00%)较经济合理,对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.5 下游堆石体料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾,直线行车往返错距式(往返各算一遍)。行车速度2.00~2.50 km/h,重迭率为10%(20 cm),上料方式为进占法,次堆体为≤90 cm,由于高档振动碾压12遍未达到设计要求,建议设计调整参数,碾压方式:先静碾压2遍后再高档振动碾压10遍(干密度:2.05 g/cm3、孔隙率24.8%)较经济合理,对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

5 结语

综上所述,在水利工程土方填筑碾压施工中,应重视碾压试验,有效控制碾压施工质量,一方面能够提高水利工程的建设质量,另一方面也可延长水利工程的使用寿命。

[1]曾细桃.水利工程土方填筑碾压施工技术分析[J].中国科技博览,2014(27):167-167.

[2]曹立刚.水利工程土方填筑碾压施工技术控制[J].华章,2013(31):52-53.

[3]徐青峰,张永强,史红雨.试分析土方回填施工技术在水利工程中的运用[J].江苏商报·建筑界,2013(24):162-163.

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