均质土坝填筑碾压工艺性试验分析研究

靳恒，马志强 ，宋康康，赵亚南，赵涵章

（1.中电建路桥集团有限公司，北京 100089；2.中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710000）

1 工程概况

陕西省斗门水库工程位于西安市西郊沣河右岸原昆明池遗址，距西安市中心约20km，斗门水库工程为引汉济渭输配水工程的调蓄水库，是以城市供水、改善生态环境为主，兼顾防洪等综合利用的平原水库。

斗门水库总库容5052万m3，库区总面积10.4km2，库周总长14.9km。按南、北池布置，南、北池之间设双向挡水隔坝，南池为城市供水水源，调蓄引汉济渭南干线水源供沣东、沣西新城的生活用水，南池总库容2897万m3，面积3.4km2，其中水面面积 3.0km2，设计向沣东沣、西新城年平均供水8773万m3；北池为生态水源地，兼顾沣河防洪，蓄滞沣河洪水和城市雨洪，北池总库容2155万 m3，面 积 7.0km2，其中水面面积6.4km2，年可向西安生态水系中的汉城湖、汉护城河、高新湖3个湖泊补给生态用水1456万m3。

斗门水库工程分为南池系统和北池系统。南池系统由南池围坝、引汉济渭引水管线、

图1 填筑平面图

供水管线、南池退水涵等建筑物组成；北池系统布置“一进三退”通道，由北池围坝、沣河拦河枢纽、分洪渠、沣河退水渠、太平河退水渠及太平河补水管线等建筑物组成。

2 工程地质与水文条件

斗门水库位于西安市西郊沣河右岸原昆明湖遗址上，控制流域面积1253km2。黄沣河流域地势东南高、西北低，南边是呈东西走向的秦岭山脉，北麓与广大平原呈断层接触，平原堆积了第四系疏松地层。山前地带是洪积扇，东部为塬谷相间的黄土台塬，西部为冲积平原。按其成因和形态特征，可分为五个地貌单元，即秦岭中高山区、山前洪积扇、冲洪积扇、黄土台塬及河谷阶地。沣河干、支流峪口以上为秦岭山区，其高程在600～2000m，干流源头高程2886m，大部分地区被森林覆盖，植被良好。峪口以下为渭河平原，地势平坦。

3 土坝填筑碾压试验

3.1 试验目的

通过碾压试验，确定相关施工技术参数，如铺料厚度（h）、碾压遍数（n）、干密度（ρd）及压实度（η）等，为大坝填筑施工和质量控制提供依据[1]。

①核实土料设计填筑标准的合理性。

②确定达到设计填筑标准的压实方法（包括压实机械类型、机械参数、施工参数等）。

③研究填筑工艺。

3.2 碾压施工参数

根据规范要求及以往施工经验初步拟定松铺厚度、含水率及碾压遍数等参数，振动碾行驶速度控制在1.5～2.0km/h，现场通过对不同铺土厚度、碾压遍数进行组合试验，经试验取得在同种碾压机械与含水率下的松铺厚度、碾压遍数的最优值[2]。

本次试验初拟碾压参数为根据坝体填筑施工技术要求确定现场土料最佳含水率，铺土厚度分别拟定碾压区域：围坝、隔坝及渠堤土方填筑压实度98%、91%区，铺土厚度30cm、35cm、40cm；组合为6遍组合，静压2遍+振动4遍；8遍组合，静压2遍+振动6遍；10遍组合，静压2遍+振动8遍。建筑物台背土方回填压实度95%、93%区：铺土厚度25cm、30cm、35cm；4遍组合，静压1遍+弱振动3遍；6遍组合，静压1遍+弱振动5遍；8遍组合，静压1遍+弱振动7遍。

3.3 施工机械选择

本工程采用22t振动平碾、22t振动凸块碾，详见振动碾性能指标表1。

振动碾性能指标 表1

3.4 碾压施工流程

根据施工总平面布置，试验场地选定在围坝或隔坝填筑施工区域内，长120m，宽50m，并洒灰线标识试验前，由142kW推土机对试验场地进行整平，22t压路机压实，要求场地平坦，地基坚实，并在摊铺试验料前，先在地基上铺压一层土料，其含水量率控制在最优含水量率附近，将此层作为基层，然后在其上进行碾压试验。为测定土料在碾压过程中的沉陷量（△h），须在场地外埋设混凝土临时水准基点，以便测量所铺土料碾压前、后厚度（h），计算沉陷量（△h）[3]。

图2 碾压试验工艺流程图

3.5 碾压施工方法

3.5.1 含水率调整

试验检测土料含水量，若填筑土料平均含水量比设定的含水量低，则进行加水掺和，直到土料含水量符合设定的数值；若填筑土料偏湿，则采用分层取土，就地翻晒，轮换使用料区供料，也可将土料运到填筑面，摊铺翻晒，使土料含水量降低到设定的数值。

经对拟用的碾压试验土料进行含水率随机6处取样检测，实测含水率最大值18.7%、最小值14.9%，平均含水率16.9%。试验结果表明该土料天然含水率满足最优含水率-2～3%允许偏差要求。

3.5.2 填筑料装运

采用挖掘机配合10t自卸汽车从池底土料场装运土料至试验场地。

3.5.3 铺料

围坝、隔坝及渠堤土方填筑采用“进占法”进行铺料，便于推土机跟进平整和运输车辆快速卸料。铺设厚度由测量技术人员监控。建筑物台背土方回填采用装载机卸料，小型挖机铺料，人工辅助整平。铺设厚度由测量技术人员监控[4]。

3.5.4 土料平整

土料到位后，采用挖掘机、推土机摊铺、整平，人工辅助找平，铺填推平应一次到位，铺填厚度控制误差-5～0cm。

3.3.5 层厚测量

采用全站仪和水准仪进行测量。为了测量铺料厚度和沉陷量，预先在场外设置临时水准点；每一场碾压前，确定取样部位，先测出基准值后，再进行铺料；铺料推平后，测量标高值，以便测量计算碾压沉陷量。每碾压2遍测量一次沉降量，每次测量前后均校核场外基准点。碾压试验现场施工图见图3。

图3 碾压试验现场施工图

4 试验结果分析

4.1 试验数据整理

通过对现场碾压试验数据整理、对不同压实度标准试验区域获得的数据进行整理分析[5]、围，坝、隔坝及渠堤土方填筑压实度98%及91%试验区数据分析，得出压实度试验详细数据见表2和表3，碾压沉降量成果整理见表4。

压实度检测结果汇总表 表2

压实度检测结果汇总表 表3

碾压沉降量 表4

4.2 确定最优施工参数

根据压实度与碾压遍数数据及曲线图分析可知，压实度98%、91%试验区，铺料35cm时最经济，且压实质量可靠，优选8遍碾压组合：静压2遍+强振6遍；建筑物台背回填压实度95%、93%试验区，铺料30cm时最经济，并考虑建筑物安全，压实质量可靠。压实度95%区选定8遍碾压组合：静压1遍+弱振7遍。压实度93%区选定6遍碾压组合：静压1遍+弱振5遍。碾压组合：静压2遍+强振6遍，振动碾往返碾压算2遍。碾压机械：22t凸块振动碾，行进速度1档，1.5～2.0km/h。

①压实度98%最优施工参数

铺土厚度：35cm；松铺系数：1.17。

②压实度91%最优施工参数

铺土厚度：35cm；松铺系数：1.18。

碾压组合：静压2遍+强振4遍，振动碾往返碾压算2遍。

碾压机械：22t凸块振动碾，行进速度1档，1.5～2.0km/h。

③压实度95%最优施工参数

铺土厚度：30cm；松铺系数：1.25。

碾压组合：碾压8遍，静压1遍+弱振7遍，振动碾往返碾压算2遍。

碾压机械：22t凸块振动碾，行进速度1档，1.5～2.0km/h。

④压实度93%最优施工参数

铺土厚度：30cm；松铺系数：1.21。

碾压组合：碾压6遍，静压1遍+弱振5遍，振动碾往返碾压算2遍。

碾压机械：22t凸块振动碾，行进速度1档，1.5～2.0km/h。

5 结语

土坝填筑碾压试验是土坝填筑中必不可少的一个环节，土坝填筑前的碾压试验，为坝体施工确定了最优参数，并为施工确立了相应的可靠指标。大型水利工程斗门水库的土坝填筑碾压工艺性试验的所获成果，为水库均质土坝工程填筑施工提供了科学依据，也为其他同类水库的填筑碾压试验提供了参考并起到了一定的借鉴作用。