水库坝体填筑材料现场碾压试验分析

乐仁杰

【摘要】水库坝体的填筑工程好坏将直接影响到水库安全性，为了有效的保证水库坝体填筑的质量，我们首先需要选择填筑质量过硬的材料作为坝体的填筑内料。而若想了解其材料的性能，我们需要采用有效的试验方法对其进行分析。基于此，下面就结合作者的实际工作经验，简要的分析了水库坝体填筑材料现场的碾压试验，以供借鉴参考。

【关键词】水库坝体；填筑材料；现场碾压；试验

前言：

本文主要对水库坝体的填筑材料碾压试验做出探讨，并且结合实际施工案例，详细的介绍试验研究的方法以及试验研究的流程，并且针对其试验的结果进行系统性分析，为坝体设计、施工提出了一定的依据，为同类的水库坝体现场材料的碾压试验提供了参考。

1、 案例工程的概况分析

按照测量统计的分析，某水库工程主要是由主坝、7座副坝、溢洪道、左右岸灌溉引水隧洞及泵站组成，主坝坝型为沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高43.12m，坝顶总长652.03m，坝顶宽6m，水库总库容1.563亿m3。在以往工程实践中，岩体现场的碾压填筑资料较少，为了充分掌握其碾压的特点，确定碾压的参数，积极的开展现场碾压的试验就显得十分重要。

2、 试验研究的方案

碾压机具选择25t自行式振动平碾，根据类似坝体填筑料现场碾压试验研究和填筑施工经验，结合现场试验场地条件，拟定2种试验料在加水工况下的最大碾压遍数为8遍；在不加水工况下的最大碾压遍数为6遍；拟定3种铺土厚度分别为60、80、100cm；振动碾压行车速度不大于2.5km/h。在试验前期，考虑到砂岩在较高激振力作用下可能会产生过度颗粒破碎，将其振动激振力定为220kN，泥岩振动激振力定为390kN。在对碾压试验结果分析后，认为激振力對砂岩的颗粒破碎影响较小，进而采用振动激振力为390kN进行了对比试验研究。

试验过程中，我们主要围绕试验材料表面沉降、压实质量和碾压前后级配变化三方面开展研究，进行了沉降观测、试坑灌水法密度检测和筛分试验。

3、 试验研究流程

在正式的试验检测之前，经过控制最大粒径的方法在取料场对试验材料进行实验前的颗粒分析，以确定出试验原级配，在料场剔除或是破碎径颗粒；填筑时采用后退法卸料及摊铺，碾压时采用进退错距法振动碾压；沉降测量采用水准仪进行高程测量。采用规范规定的试坑灌水法进行干密度检测并进行碾压后颗粒分析，采用水准仪进行表面沉降测量。

4 、干密度试验成果

本项研究总计选择了94个代表性的位置，采用试坑灌水法进行了干密度检测，每项试验组合内选择3个代表性位置进行检测，取其平均值作为各试验组合下的压实干密度值。

复核试验时对2种试验料均采用铺土厚度80cm、碾压遍数为8遍、一种振动碾压行车速度（不大于2.5km/h）并采用加水工况，其中砂岩的碾压激振力为220kN，泥岩的碾压激振力为390kN，测得砂岩和泥岩对应的干密度平均值分别为2.12g/cm3和2.14g/cm3。

5 、试验结果分析

5.1 压实干密度影响因素分析

5.1.1铺土厚度对压实干密度的影响

2种试验料压实密度随铺土厚度的变化规律基本一致，在同一碾压遍数下，压实干密度随铺土厚度的增加而减小。且铺土厚度从80cm增加到100cm时干密度的减小幅度较铺土厚度从60cm增加到80cm时明显，说明铺土厚度的增加将显著降低压实干密度值。铺土厚度越薄，压实干密度越容易得到提高。但同时填筑层越薄，相应会增加工程施工难度，提高工程投资。因此结合其它碾压参数，认为此2种筑坝材料采用80cm的铺土厚度较为经济合理。

5.1.2碾压遍数对压实干密度的影响

在同一铺土厚度下，压实干密度随碾压遍数的增加有明显的提高，碾压遍数从6遍增加到8遍时干密度的增加值较碾压遍数从4遍增加到6遍时小。由此可以推断进一步提高碾压遍数后填筑料压实将趋于稳定，干密度的提高将不明显。尽管压实干密度的提高主要发生在碾压6遍之前，但根据工程实践经验，为确保筑坝材料的碾压密实程度，碾压遍数不宜过低；因此，认为2种筑坝材料的碾压遍数采用8遍较为合理。

5.1.3加水对压实干密度的影响

受现场条件限制，本项研究在试验料摊铺阶段进行加水。当加水量达2%～3%（体积含水量）时，试验料表层部分区域已有积水，因此停止进一步加水。通过干密度值可以看出，加水碾压有助于干密度的提高。同时泥岩受遇水易软化特性的影响，对加水的影响更为敏感。由于试验料在摊铺过程中，表层破碎严重，水的下渗较缓且容易在车辙处积水，如进一步洒水，将很容易形成“橡皮土”，使填筑层间形成薄弱面，给坝体稳定带来安全隐患。参照其它工程碾压施工经验，应通过取运料、卸料及摊铺三阶段进行加水，总加水量可控制在3%～5%（体积含水量）。

5.2 颗粒破碎结果分析

试验料摊铺及碾压过程中，均会产生一定程度的颗粒破碎。相比试验前颗粒级配，振动碾压明显造成试验料中间粒径颗粒比例增大。此外，振动碾压引起的颗粒破碎主要发生在厚度为20cm以内的表层，激振力传递到填筑体内部后主要引起填筑体结构的调整及细颗粒在粗颗粒间空隙的填充。结合开挖试坑及颗粒分析结果发现，泥岩产生的颗粒破碎比砂岩更为明显；试验料加水后由于吸水软化，更容易产生颗粒破碎；对砂岩而言，激振力的提高也能使表层的颗粒破碎变得更为显著。在受摊铺后试验料级配存在差异的因素影响，在颗分数据点较少的情况下，碾压后颗粒破碎规律较难准确统计。此外，如摊铺时控制不当造成粗颗粒相对集中，很容易产生架空，由此极易造成所在位置处干密度的显著降低。

结语：

总而言之，为有效的保证水库坝体填筑的质量，更深入的了解有关的填筑材料作为坝体填筑内料的特点，本文就经过实际的施工案例，对水库坝体的填充材料进行现场碾压试验，

并针对试验所得的结果作了分析，相信可以为坝体的设计施工以及同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。

参考文献：

[1]沈克金.某水库面板堆石坝坝体填筑碾压试验[J].西部探矿工程.2012（04）.

[2]盖明亮.岗南水库除险加固工程坝体填筑代替料碾压试验[J].河北水利.2007（07）.