大坝堆石料相对密度试验方法应用研究

郭永新

中国水利水电第十二工程局有限公司施工科学研究院 浙江建德 311600

1 概述

1.1 基本信息

两河口水电站大坝填筑工程位于四川省雅江县。堆石料总需用量约3059.5 万m3。目前《碾压式土石坝设计规范》要求堆石料填筑控制标准为孔隙率，高土石坝常选取 19% -21%。

1.2 设计指标

堆石料饱和抗压强度应大于45MPa，软化系数大于0.75，堆石料最大粒径不大于800mm，小于5mm 的颗粒含量（3-15）%，小于0.075mm 的颗粒含量不大于3%，堆石压实控制孔隙率≤21%。

1.3 研究方法

1.3.1 碾压场相对密度试验

先进行最小干密度试验，后通过碾压设备进行振动碾压至最大干密度。最小干密度试验采用人工配合反铲松填法进行[1]。碾压机械采用32T 自行式振动平碾碾压了26 遍。碾压完成后现场进行灌水，获取得到碾压后土体的体积，计算最大干密度值。均进行了2 组平行试验。试样环下部封闭，上部碾压前采用粒径20mm砾石进行填平并称量砾石重量（高度约20cm）。采用32T 自行式振动平碾碾压了26 遍，在每个试验环范围内微动进退振动碾压15min。在碾压过程中，根据试验料及周边料的沉降情况，及时补充了料源，使振动碾不与试验环直接接触。根据装填的总土重和试验环的体积计算最小干密度和最大干密度。

1.3.2 现场大型相对密度试验

通过现场地磅称量得到土料的质量，经过密集测量点的布置（1m×1m）而得到了精确的体积，计算对应的铺料厚度与不同碾压遍数下的密度。

2 碾压场相对密度试验

2.1 试验组合

本次研究对板岩、砂岩和板岩掺和（比例7:3）堆石料进行现场相对密度试验。按不同的试验环径，采用人工配料的方式分别对设计平均线级配、上包线级配、下包线级配进行相对密度试验。试验组合方案见表1。

表1 相对密度试验组合方案

2.2 碾压场相对密度试验成果

本次课题研究共进行1m 环200mm 和100mm 以下板岩级配密度各1 组，4m 环800mm 以下板岩和砂岩上包线、下包线、中线级配密度各1 组。试验成果见表2、表3。

3 现场大型相对密度试验

现场原级配堆石料约900m3，现场地磅称量石料质量，经过密集测量点的布置（1m×1m）而得到了精确的体积，取得对应的铺料厚度与不同碾压遍数下的密度进行研究。同时在铺料完成后[2-3]。

3.1 现场坑测法试验成果，见表4

3.2 质量、体积计算法成果（理论计算），见表5

4 试验成果汇总

试验成果汇总见表6。

5 结语

（1）由于1m 环受自身尺寸及约束影响，得到的试验成果相对密度成果误差较大，不具备参考价值。4m环能较准确测出堆石料最小干密度，但最大干密度误差较大，也不具备参考价值；

（2）通过计算得到堆石料的质量和测量得到填筑试验区域的体积，计算干密度略微比附加质量法偏大，采用计算法的成果得出堆石料的相对密度具有一定的可行性。其主要成果如下：

A.试验成果得出（松铺状态）孔隙率最大为30.1%、（碾压26 遍后，理论最密实状态）最小为15.8%，相应干密度最大值为2.324g/cm3、最小值为1.929g/cm3，验证了堆石I 区控制孔隙率≤21 是合理的。

表2 1m 环试验成果

表3 4m 环试验成果

表4 现场坑测法密度检测成果统计表

表5 堆石料相对密度试验质量、测量体积推算干密度成果表

表6 4m 环、现场坑测法测量体积计算法（理论计算）数据汇总表

B.根据堆石I 区当前实际施工参数条件下，相应的填筑最大干密度为2.29g/cm3，最小干密度为2.19g/cm3、孔隙率分别为20.9%、17.0%，对应的相对密度为0.93、0.70。

（3）目前施工技术与碾压设备能满足高土石坝施工和质量要求，根据试验结果可知采用孔隙率控制堆石料的压实情况是比较合理的，而采用相对密度来控制堆石料无法适应堆石料的最大干密度、最小干密度测试，存在较大的偏差。