碾压试验参数是衡量水库各项参数的合格标准


    摘 要 碾压试验参数是衡量水库各项参数的合格标准,需通过多次反复试验来确定,碾压试验是的一项重要前提工作。所谓碾压试验,就是对一定料质的土料进行代表性取样,按照 《实验规程》的相关规定进行试碾压,取得现场数据,然后对取得的数据进行统计分析,得出结论,作为施工的理论指导。为了得到准确的碾压指标,本篇文章针对石佛寺水库坝型为均质土坝,枢纽为Ⅱ等工程,永久性建筑物等级为2级,水库的主坝、右副坝是均质坝以及石佛寺水库的地形地质条件水文等工程具体概况来确定碾压试验的方法,采用EX350反铲挖掘机装15t自卸汽车运输,后退进占法铺料、D85推土机平仓,C25凸块振动碾进退错距法碾压,进而得知碾压试验的具体步骤,先测量放线,然后铺平土料,碾压,最后做质量检验,还要进行含水量调整,要特别注意现场碾压试验需要进行铺土方式、铺土厚度、碾压机械的类型及重量、碾压遍数、填筑含水量等各项参数试验。复合试验应进行土料的颗粒级配、压实土的干密度等试验,颗粒级配是影响标准击实最大干密度和最优含水量的主要原因之一,每项参数都决定着试验结果的成败,所以在试验过程中要严格按照要求控制参数,确保每项参数达到合格要求,进而针对多次的试验结果得到最佳的合格标准,为石佛寺水库提供科学、真实的数据参数,并为提出了相关建议,从而达到合理的技术标准,更进一步得到想要的结果。 本文的研究思路、研究方法和结论可为类似水库工程提供的借鉴和参考,从而为水库的设计、施工提供了更加灵活、多样的解决办法。 关键词:碾压试验;参数;综合分析;合格标准 Abstract Rolling test parameters are qualified standard to measure the parameters of the reservoir, determined by repeated tests, an important premise is the compaction test. The compaction test, is of a certain material quality of soil materials for representative sampling test, in accordance with the relevant provisions of the rules of rolling < >, then obtain field data. Statistical analysis of the data obtained the conclusion, as a theoretical guide for construction. In order to obtain accurate rolling index, this article for Shifosi Reservoir dam type for homogeneous earth dam, hub II project, the permanent building for the 2 class, the reservoir dam, right auxiliary dam is of homogeneous dam and concrete Shifosi Reservoir topographic and geological conditions of hydrological engineering method to determine the compaction test, using EX350 backhoe excavator mounted 15t dump truck transportation, paving material back 'method, D85 bulldozer positions, C25 bump The vibration roller retreat stagger method of roller compacted concrete steps, then learned that the compaction test, the first measurement line, and then paving soil material, rolling, final quality inspection, but also adjust the content, we must pay special attention to the need for field compaction test soil, soil thickness, roller type and weight of machinery, rolling the number of times, the parameters of filling water content test. Test particle gradation of soil composite material, such as dry density test of compacted soil, particle size distribution is one of the main reasons affecting the compaction standard of maximum dry density and optimum water content, each parameter determines the success or failure of the test results, so in the course of the experiment in strict accordance with the requirements of control parameters, to ensure that each parameter qualified, then according to the test results of standard times best, in order to provide a scientific Shifosi Reservoir, data real, and put forward Relevant recommendations, so as to achieve a reasonable technical standards, and further get the desired results In this paper, the research ideas, research methods and conclusions can be used for reference and reference for similar reservoir projects, so as to provide a more flexible and diverse solutions for the design and construction of the reservoir Key words: Rolling test; Parameter; Comprehensive analysis; Qualified standa 目 录 摘 要 IV Abstract V 1 工程概况 1 1.1 工程概况分析 1 1.2 水文气象情况 1 1.3 工程地质情况 2 1.4 料场情况 3 2 碾压试验 4 2.1 碾压试验目的 4 2.2 碾压试验的必要性 4 2.3 碾压试验依据 4 3 试验要求 6 3.1碾压试验总体要求 6 3.2 碾压试验方法 6 3.3碾压试验过程中取样要求 6 3.4 碾压试验注意事项 7 4 碾压试验场地布置情况 9 4.1 场地选定 9 4.2 场地划分 9 5 碾压试验资源配置 11 5.1 主要仪器设备配备 11 5.2人员配备 11 5.3 主要施工设备配置 11 5.4 铺筑机械配备 12 6 碾压试验过程 13 6.1 土料准备 13 6.2碾压试验参数要求 13 6.3碾压试验步骤 14 7 试验结果分析 16 7.1土的物理力学指标检验成果分析 16 7.2现场碾压试验成果分析 21 8 结论 25 致谢 26 参考文献 27 1 工程概况 1.1 工程概况分析 石佛寺水库工程是辽河干流上唯一的控制性工程,也是国内流域干流上大型的平原水库,工程的建设使辽河中下游地区防洪标准由30年一遇提高到100年一遇,远期满足“北水南调”工程反调节水库的要求。 石佛寺水库是典型的河道型平原水库,工程于2003年5月开工。水库枢纽由主坝、副坝、泄洪闸、穿坝建筑物等组成。主要建筑物由42.7km长的主副坝和净宽200m的泄洪闸组成,水库总库容1.85亿立方米。闸坝全长42.6公里,其中主坝长12.4公里,副坝长29.9公里,泄洪闸共有16孔,总宽248.5千米。坝型为均质土坝,最大坝高12.10米,坝顶宽6米。副坝在原堤防除高度外按副坝标准施工基础上加高培厚,分为左岸副坝和右岸副坝。左岸副坝长9307米,坝型为均质土坝,最大坝高8.2米,坝顶宽6米。右岸副坝长3530米,坝型为均质土坝,最大坝高8.1米,坝顶宽6米。防护堤长17116米,为均质土堤,最大堤高7米,堤顶宽6米。工程按100年一遇洪水标准设计,300年一遇洪水标准校核。总库容1.85亿立方米,其中防洪库容1.60亿立方米。 坝型为均质土坝,枢纽为Ⅱ等工程,永久性建筑物等级为2级。水库的主坝、右副坝是均质坝,地基特性是第四系覆盖。泄洪闸是平顶闸, 泄洪闸布置在主坝右端的主河槽左侧上,闸轴线与主河道基本垂直,闸两端与主坝连接,闸门型式是异型双扉门,总净宽200米,闸门尺寸是12.5×10米,最大泄量7932立方米[1]。 1.2 水文气象情况 沈阳石佛寺位于中国东北地区南部,辽宁省中部,以平原为主,山地、丘陵集中于东南部,辽河、浑河、秀水河等途径境内。属于温带季风气候,年平均气温6.2-9.7摄氏度,全年降水量600-800毫米。受季风气候影响,降水集中在夏季,温差较大,四季分明。冬寒时间较长,降雪较少,夏季时间较短,多雨。春秋两季气温变化迅速,持续时间短,春季多风,秋季晴朗。辽宁河流域的大部分降雨集中在7—8月,其暴雨产生主要源于洪水。洪水形成的峰形有两种,分别是有单峰型、双峰型。单峰型洪水的时间一般为7 ~ 13天,大部分都在7天左右,洪峰的起落非常急剧,则峰型呈现矮矮胖胖的特点。辽宁河流的干流径流量年际变化较大,年内分配亦不均匀,在各个地区分布不均。石佛寺地区多年平均径流量为42. 1亿m³,通常在7—9 月全年径流量大部分。作为石佛寺水库的入库站,铁岭站和张家楼子站的集水面积之和为121580k。 石佛寺水库地下水主要补给源:大气降水的入渗补给;辽河河水的季节性补给;地下径流的补给;田间的季节性下渗补给。石佛寺地下水具备良好的径流条件。在河漫滩区埋深着地下水,一般为0.5-3.7 m,大于4 m在阶地区。地下水位每年变化浮动为0.4-3.0 m,大部分大约为2 m。从历年地下水等水位线可以得知地下水水力坡度,大多数I =0.04%-0.06%;极很少数I =0.1%。因此可以看出辽河河水和河漫滩区地下水之间有着密切相关的水力关系。向辽河或西部下游排泄的时期有平水期、枯水期,河漫滩区地下水;辽河水则汛期或上游水库放水时,提供补给两岸地下水。潜水蒸发与植物蒸腾主要为地下水的排泄方式。或者说还可以流向辽河或向集中开采漏斗区排泄。 1.3 工程地质情况 石佛寺库区位于下辽河断陷平原辽河冲洪积扇的中部, 地貌成因类型上属于堆积地形, 包括低漫滩、高漫滩、一级阶地及湖沼洼地 。低漫滩沿辽河左岸呈带状分布,地形略有起伏,地面高程为45.2-48.2 m。高漫滩区分布面积较大,地势自东北向西南缓斜,一般高差 1-2 m。间有河曲遗迹。一级阶地区毗邻于工作区东部,地势开阔,微向西倾,与高漫滩呈1-3 m缓坡相连,其堆积物多呈二元结构 区内第四系冲洪积层广泛发育。库区内主要含水层岩性为中粗砂、砾砂与砂层。从石佛寺的地形地质以及埋藏条件、含水层的分布。 含水性、水头性质及其各种特点将水库划分为以下水文地质分区: (1) 强富水区。主要位于辽宁河流的低漫滩,孔隙潜水是强富水区的地下类型。大约有40 m 左右厚的含水层,单位涌水量q≥2000m³/(d·m),渗透系数 K=70-100 m/d。主要通过辽河侧方向补给为主,地下水动态为水文型。 (2) 富水区。主要位于辽河地区的高漫滩,孔隙潜水是富水区的地下水类型,大约有40m左右厚的含水层,单位涌水量 q=1 000-2000m³/d·m,渗透系数 K=70-100m/d,补给为主的主要是大气降水、稻田入渗,地下径流,地下水动态为气象型。 (3) 中等富水区。主要分布一级阶地上,浅层承压水为中等富水区的地下水类型。有着 15-27 m厚的含水层,单位涌水量q=600-1000 m³/(d·m) ,渗透系数 K=50-70m/d。地下径流、稻田入渗、降水入渗是主要的地下水补给源,其人工开采为主的排泄方式, 为辅的是地下迳流排泄, 地下水动态为气象- 开采型。 石佛寺水库地下水动态特点为:有两个峰值在每年,在每年八九月份出现第一个峰值,此时输入较强的丰水期依靠降雨入渗,在次年二三月份出现第二个峰值,渗入补给依靠雪的融化,有较小的峰值。最低水位出现在每年的五至七月, 地下水的年变幅一般0.5~3.0 m[2]。 1.4 料场情况 在准备碾压试验时,根据指定的料场的地形、地质等条件要求碾压试验场地平坦且地基坚实,复查料场的开采范围、占地面积和有效的储存量,应对反复核查料场的分布、开采和装运条件以及地质构造和水文地质条件。料场规划应包括开采工作面的划分和运输线路,以及排水系统和堆料场、弃渣场的布置等,根据料场规划和用料进场安排提出分期分批的用地计划,便于征地。规划中应考虑备用开采工作面,以供调节使用。 本试验所用料源采用的是祝家堡西山土料场A3区土料,土料物理力学性质统计见下表1。 表1 项目 结果 液限 WL(%) 塑性 WP(%) 塑性指数 IP 击实试验 最大干密度(g/cm³) 最优含水量 (%) 最大值 38.0 18.5 21.3 1.84 18.1 最小值 26.1 16.7 8.4 1.72 14.8 平均值 29.9 17.4 12.5 1.79 16.1 2 碾压试验 2.1 碾压试验目的 碾压试验的目的是:根据工程的具体条件为了对设计提出的压实标准进行复核,并测试施工压实参数、铺土厚度、碾压次数、含水量的适宜范围,压实方法和压实遍数以设计合格的干密度值、最优含水率、碾压机具的性能,而确定碾压试验时为达到设计压实标准所采用的经济、安全、便捷的碾压机具、铺料方法、铺料厚度、碾压遍数、行车速度、加水量等机具和施工参数,围绕设计提供的基本碾压数据,进行不同层厚、不同碾压遍数情况下的组合试验。试验参数一般按类似工程的施工参数初定,试验组合的方法包括经验确定法、循环法、淘汰法和综合法等。其中淘汰法也称为逐步收敛法采用较多,即每次只变动一种参数,固定其他参数,通过试验求出该参数的适宜值,待各项参数选定后,用选定的参数进行复核试验,可以使达到同等效果的试验场数较少。选定合理的确定有关质量控制的技术要求和检测方法,为石佛寺水库大坝提供合理的技术指导,保证水库的各项技术指标达到合格[3]。 2.2 碾压试验的必要性 从均质土石坝的断面来看,主要有这样5个分区: 阻水防渗区、保护填充料区、反滤层、保护层、排水区等,不同分区有不同的作用特点,所以使用的材料也不同,对应也有不同的施工控制指标。在均质土石坝填筑施工前,碾压试验要针对各种不同的土料,选择适合各种土料特有的碾压机械,进而对应碾压参数得以确定,以达到各种土料合格的设计指标。只有每一项填筑都满足设计指标,整个坝体质量标准才能达到合格。要靠碾压试验来确定各项施工要素乃至控制指标的确定,由此可见,均质土石坝高质量施工的前提保障碾压试验[4]。 2.3 碾压试验依据 本工程碾压试验的主要依据包括国家、行业有关标准规范及设计要求,具体如下: 1、《碾压式土石坝施工规范》 2、 《土工试验规程》 (1) 大纲要求 (2) 《碾压式土石坝施工技术规范》(SDJ213-83); (3) 《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2001); (4) 《土工试验规程》(SL237-1999) (5) 《关于室外碾压试验计划的报告的批复》(辽水咨石拦字【2003】第037号)。 3 试验要求 3.1碾压试验总体要求 采用凸块振动碾(CA25)进行碾压坝体土料。振动碾碾压方向与坝轴线平行,一般取1-2 挡的碾压速度,碾压方法为进退错距法,碾压不同的遍数,碾压方向每次为10-20 cm的错据,垂直方向应为1-1.5 m搭接宽度,不要有漏压的地方。凸块碾碾压填料表层,要控制在1-2 cm刨光深度,方便下一层铺筑结合,这样可以保证土层之间良好的结合。弹簧土或剪力破坏等现象在施工中出现时,要进行局部挖除,回填后重新碾压。其中必须连续进行粘性土的铺料和碾压工序,如有短时间的停工,其应经常洒水湿润的是表面风干土,在控制范围内保持含水量。如果长时间停工,应根据当时的气候等条件进行保护层的铺设,开工时清除干净,并对填筑面进行检查。 3.2 碾压试验方法 采用EX350反铲挖掘机装15t自卸汽车运输,后退进占法铺料、D85推土机平仓,C25凸块振动碾进退错距法碾压。拟投入设备、人员见附表一、附表二。根据料场复查成果,土料含水量选用15.7±2.0、18.7±2.0、21.1±2.0三种,土料增加含水量采用推土机配合洒水车现场制备、降低含水量采用现场翻晒进行处理。铺料厚度:30cm,40cm,50cm,并以5m5m方格网布置测点由测量人员对铺料厚度及沉降量进行控制。碾压遍数分试验区采用4遍、6遍、8遍三种参数碾压[5]。 3.3碾压试验过程中取样要求 (1)试验采用三点击实法检验压实情况,并对不同深度的干密度进行检查。每个组合试验取样10-15组,室外碾压试验在五天内完成,室内试验在相应室外试验完成后十日完成,十五内完成试验资料整理分析,成果图表绘制,并提报试验报告。 (2) 压实后应测定表层翻松土层的厚度与有效压实土层的厚度。 (3) 测定压实后的干容重及含水量:对于粘性土,用200-500cm3的环刀取样,每一场试验测量坑点数不得少于25-30个,并均匀分布于试验的土层上;对于砂砾料,每一场试验取样数不少于4个。 (4)试验过程中,取一定数量的代表性试样,进行室内物理力学性质试验。结合层取代表性试样进行渗透试验,必要时进行现场注水试验[6]。 3.4 碾压试验注意事项 (1) 严格控制机械设备在碾压完成的试验面上行走的遍数。 (2) 严格控制土料质量每次的碾压遍数、铺土厚度以及各种试验参数,仔细记录,避免造成成果混乱。 (3) 控制含水量是压实的关键。施工前碾压试验很重要,而压实是关键。土粒间水分是调节土粒相互作用力的润滑剂。反映到宏观上就是土料的含水量,尤其是粘性土,含水量直接制约着压实效果的好坏,施工中应严格控制土料的含水量。而压实机具的选择,碾压参数的确定都需要碾压试验来确定,并且许多优选的施工方法都是通过试验得出来的。各种施工参数就是通过碾压试验而确定的,施工中又进一步进行了校核性的碾压比较,实践证明由实验得出的指导性结论既能保证施工质量,又能节省人力、物力,从而达到提高经济效益的目的。 (4) 压实机械的选择。粘土的压实机械选用光轮振动碾,有一定的局限性。明显一点就是,增加了层间的结合处理。 在条件允许情况下应优选凸块振动碾。 (5) 碾压试验是均质土石坝确定施工方法行之有效的途径,通过碾压试验可以获得对施工有利的理论指导,并且可以按照试验结论进行因地制宜地合理安排工地各工种人员、机械设备,试验过程中所有操作人员全部固定,试验资料有专人及时整理分析。 (6) 注意有时某些数据需要进行试验室处理。有条件的情况下,试验尽量提前进行。当然,施工中还要进行复合试验,以优化某些控制参数。 (7) 试验材料样本的取样要具有一定的代表性。也就是说,试验样本取样前要结合地质报告对料场进行考察,确保取样样品的代表性。如果实际情况复杂,样品代表性较差时,取样要增加数量,且尽可能同填筑材料一致。 (8) 施工期间,填土含水率宜控制在最优含水率±1%范围内,如含水率偏高,则应采取分层开挖、翻晒、挖排水沟排水等措施降低含水率;如含水率偏低,则应洒水达到或接近最优含水率,方能进行施工碾压。 (9) 做试验期间,切记注意安全。 4 碾压试验场地布置情况 4.1 场地选定 碾压试验允许在堤基范围内进行,试验前应将堤基平整清理,并将表层压实至不低于填土设计要求的密实程度。要求碾压试验场地宽阔平坦而且地基结实,可以选择在坝体次堆石区或坝体以外的地方,表面不平整度小于10cm的场地,碾压密实后要求密度和试验料相同。试验前应先在地基上铺一层试验料并压实到试验标准,接着在上面进行碾压试验,这样可以减小基层在碾压试验上的影响。 根据招标文件和有关规范对碾压试验场地的要求,选择在桩号BA3+000-BA3+200处,坝轴线上游,并设立明显的控制线及高程控制点[7]。 4.2 场地划分 (1) 试验组合采用淘汰法,每场只变动一种参数,每场试验布置9个组合试验。 (2) 在现场碾压试验场地要选择一块宽阔平整的场地进行压实,并要有结实的地基、 地段的代表性强的场地,并达到设计要求每个试验区面积为8米*60米,共9个试验区,共5000㎡。在试验区两侧铺料时要留出一个碾宽约 3m,非试验区要在顺碾压方向的两端留出 10m 。碾压试验先进行堆石料的碾压,再进行垫层料、过渡料的碾压试验。如下图4.1,图4.2。 图 4.1 图 4.2 5 碾压试验资源配置 5.1 主要仪器设备配备 碾压试验作为大坝填筑的预演,还可检测各种机具的配置、研究协同工作的工艺,如振动碾与装载机或挖掘机、推土机和自卸车配置等。根据碾压试验的铺土厚度、碾压遍数、含水量的控制等相关要求,此次试验需要的施工设备计划表2。 表2 主要施工设备计划表 序号 设备名称 规格型号 数量 备注 1 反铲挖掘机 EX350 1 2 推土机 D85 2 3 凸块振动碾 CA25 1 10t 4 自卸汽车 T815 5 5 洒水车 1 5t 5.2人员配备 为保证碾压试验的质量和预期目标顺利实现,特建“碾压试验小组”,由老师全面组织实施,则碾压试验所需要的人员配备见表3。 表3 主要人员配备计划表 序号 工种 人数 序号 工种 人数 1 反铲司机 2 6 测量工 2 2 推土机司机 2 7 试验工 4 3 自卸汽车司机 10 8 质检工 2 4 振动碾司机 1 9 力工 4 5 洒水车司机 1 10 施工技术队长 2 合计 29 5.3 主要施工设备配置 碾压试验现场采用环刀法取样,因此所需设备见下表4。 表4 主要仪器配备表 序号 仪器名称 单位 数量 1 水准仪 台 1 2 电子秤 台 1 3 环刀 4 电动击实仪 套 1 5 液塑限联合测定仪 台 1 5.4 铺筑机械配备 土料采用反铲挖掘机装15t自卸汽车运输,后退进占法卸料,D85推土机摊铺,CA凸块振动碾进退错距法碾压,振动碾行驶速度控制在1.5-2.0km/h。振动碾机械性能见表5. 表5 CA25凸块振动碾机械性能表 静态线性载荷 Kg/cm 工作速度 Km/h 振动系数 激动力KN 名义振幅mm 振动频率 23 0-6 高振幅198 高振幅1.74 30 0-13 低振幅93 低振幅0.82 6 碾压试验过程 6.1 土料准备 试验土料取自祝家堡西山料场A3区,按照设计要求,本工程需要对垫层料、特殊垫层料、过渡层料、主堆石料、次堆石料进行碾压试验。碾压试验备料如下:特殊垫层料 420m³、垫层料1200m³、过渡料1200m³、主堆石料2500m³、次堆石料2500m³。试验前对各类堆石料料源(包括爆破料、掺配制备料)进行充分的调查,掌握各种物料的物理力学性质,选取有代表性的物料进行碾压试验,以保证碾压试验结果符合现成料源实际情况和设计的填筑技术要求。取土深度2.0-4.0m,48m高程以上。该料场表层土料含水量较低,高含水量试验时需进行增水调整。增水采用10t高压洒水车坝面喷淋水,推土机翻拌土料调增含水量。碾压前测量铺料层表面各固定测定点高程,以后每层填料后和碾压完毕后均按此固定座标点进行高程测量并做好详细记录。 在试验过程中发现该部分土料压实特性随含水量增加降低明显,若进行含水量21.1±2的碾压试验意义不大,经现场研究决定该含水量试验暂不进行[8]。 6.2碾压试验参数要求 通过碾压试验,确定压实器具,铺料方法,碾压遍数,加水量和有效加厚等施工要求和参数数据,检测填料的干密度、干容重、孔隙率等。采用CA25振动碾碾压,碾压前要及时平料,要求尽量均匀、平整的铺料,特别要防止欠压。人工及蛙式夯机辅助夯实针对小部分填筑面积窄小边角、斜坡段及泄水建筑物结合面部位等机械难以碾实的部位。天气燥热时,要适当洒水在碾压前,让其达到最优含水量,使土料得到充分压实。碾压试验场地选择在BA3+000-BA3+140段主坝轴线上游,其分区、土料含水量、铺土厚度、碾压遍数。 (1) 铺层厚度。垫层、过渡层采用hi=30cm、40cm、50cm,特殊垫层采用hi=20cm;坝内上、下游堆石料采用hi=50cm、60cm、70cm。 (2) 碾压遍数。垫层、特殊垫层、过渡层采用H=4、6、8;坝内上、下游堆石料采用H=6、8、l0。 (3) 洒水量。洒水量的变换在确定了最优铺填厚度和碾压遍数后进行,以减少试验组数。垫层、特殊垫层采用w=5%、10%、15%;过渡层采用w=15%、20%;坝内上、下游堆石料采用w=20%,25%、30%。 (4) 洒水方式。碾压之前进行洒水。对易出现“橡皮土”现象的试验料,宜采取车上洒水和碾压作业面喷洒相结合的方式,通过试验找出合适的洒水方式,最终洒水量符合碾压试验要求。 (5) 碾压施工控制指标。不同的上坝料有着不同的地质形成过程,具备不同的地质特征,也就有着不同的施工碾压控制指标。施工前对其进行碾压复合试验,确定控制指标[8]。 6.3碾压试验步骤 (1) 测量放线:在确定好的碾压场地上,按碾压试验要求布置试验区并在场外设置分区控制边桩及技术要求标牌用白色线标注。根据边桩,用石灰在各个测点上标记,或者各测点的坐标位置也可以用全站仪来测定,然后进行水准测量,得到高程基本标准。 (2) 铺料整平:用自卸汽车运料至试验场地规定点卸料,采用后退法对砂砾石坝料铺料,以杜绝砂砾石坝料分散。按碾压试验要求用推土机摊铺整平土料,并使用带有刻度的卷尺控制铺料厚度,误差控制在不超过±5cm 范围以内。 (3) 碾压:经过现场碾压试验观察和检测,采用10t振动碾,振动频率为30Hz,行走速度为1.5-2.0km/h。碾压时先静碾 1遍,后动碾 6、8、10按前进、后退全振错位法进行碾压作业,即振动碾滚筒宽度在同一条碾压带上进退碾压。两条碾压条带之间为10-20 cm搭接宽度,碾压两遍为往返一个来回。 (4) 质量检测试验:碾压试验试验工作中主要进行了碾压后表层沉降、土料颗粒级配、压实干密度等方面。测量表层沉降用全站仪对测量记录的各测点对应放线,标记各测点使用白色石灰,然后碾压并记录碾压前后各测点的高程。土料级配选定测试点检测应在坝料铺填面上,并做好相应的标记用白色的石灰,然后在圈内挖坑用环刀法进行取样,坑的深度和碾压时铺土厚度相等,对利用环刀法取得的土料料进行颗分试验,首先明确碾压前的级配,然后铺设塑模在试验坑内,并将各粒组坝料均匀混掺后回填到试坑内,等待碾压完成后,取出碾压完成的坝料再次进行级配检验;密度试验采取试坑灌砂法(标准砂粒径:0.25-0.5 mm),首先标定不同砂子的密度,做平行试验,取得平均值,料的最大粒径按试坑的大小规范要求确定,其深度穿透整个碾压时的铺土层;颗粒分析采用筛分法,该项试验和干密度测试一起进行。原位渗透试验选取测试点在碾压作业面上,进行渗透系数的检测时采用单环法,试坑深度与环刀高渡相等,明确单位时间内的渗水量并记录[9]。 7 试验结果分析 7.1土的物理力学指标检验成果分析 碾压试验前对料场取样检测土的物理力学性能指标,在碾压试验段抽样进行土的物理力学性质指标,对料场取样成果进行校核。试验成果汇总见表7.1。 表7.1试验成果表明:该料场土质离散性较大:土粒的比重在2.62g/cm³-2.71g/cm³之间,d<0.005mm粘粒含量为4.2%-30.3%,d>0.05mm颗粒含量为17.0%-59.0%,不均匀系数为3.3-70.0(碾压试验取土部位高达80.6-218.8),室内标准击实最大干密度(1.69 g/cm³-1.90 g/cm³)和最优含水量(14.8%-19.0%),分布范围较大。料场土料分布大致为:标准击实最大干密度随取土深度的增加而呈降低趋势;最优含水量随取土深度的增加呈增加趋势;随取土深度的增加天然含水量呈增加趋势,且土料的天然含水量基本与最优含水量相近或略大于,深部土料含水量较高。 对d>0.05mm颗粒含量分别与、ω进行相关分析,结果均为相关,见图7.2、图7.3。因此可以认为料场土料中d>0.05mm颗粒含量的多少,是影响标准击实最大干密度和最优含水量的主要原因之一。料场土料d>0.05mm颗粒、粘粒含量分级统计见表7.4。 施工最优含水量的计算:本工程为二级Ⅱ级水工建筑,设计施工压实度0.98,含水量按下式计算: 式中 ——施工控制含水量 %; —— 塑限含水量 %; —— 塑性指数 %; —— 液限指数 %,取0.1。 图7.2 图7.3 表7.1 土工基本性质试验成果汇总表 土 样 编 号 取 土 厚 度 天然密度 液 限 塑 限 塑 性 指 数 土 粒 比 重 土 料 颗 粒 组 成 含 水 量 湿 密 度 干 密 度 砂 粒 粉 粒 粉 粒 不 均 匀 系 数 Cu 粗 中 细 极 细 WL WP IP Gs 粒 径 大 小 (mm) % % - - 2.0-0.5 0.5-0.25 0.25-0.1 0.1-0.05 0.05-0.005 <0.005 m % g/cm³ g/cm³ % % % % % % A3-11#-1 -2.0 16.6 33.0 19.0 14.0 0.7 42.6 32.5 21.5 41.3 A3-11#-2 -4.0 15.6 1.94 1.68 A3-11#-6 -12.0 22.6 1.98 1.62 35.6 23.9 11.7 0.1 42.6 32.5 21.5 41.3 A3-12#-2 -4.0 17.4 1.94 1.65 34.3 20.8 13.5 2.65 0.5 1.1 45.4 36.0 17.0 37.4 A3-12#-4 -8.0 27.0 1.94 1.53 38.0 16.7 21.3 2.65 A3-12#-5 -10.0 20.6 36.4 23.5 12.9 2.63 0.3 0.3 26.4 43.7 29.3 64.3 A3-12#-6 -12.0 22.2 1.99 1.63 36.1 15.2 20.9 2.66 A3-13#-3 -6.0 23.4 35.0 23.6 11.4 2.63 0.5 0.4 23.6 45.2 30.3 39.0 A3-13#-4 -8.0 22.6 1.95 1.59 30.3 18.5 11.8 2.64 A3-13#-6 -12.0 14.8 2.07 1.80 26.8 17.2 9.6 2.65 0.8 2.9 67.7 14.6 14.0 68.2 DF2003-04-01 27.8 16.9 10.9 2.63 1.7 46.3 47.8 4.2 4.4 DF2003-04-02 27.2 17.0 10.2 2.63 0.5 47.0 46.3 6.2 7.6 DF2003-04-03 26.1 17.7 8.4 2.71 0.2 0.4 39.9 40.3 19.2 22.4 DF2003-05-04 26.7 15.8 10.9 2.70 0.5 1.7 42.3 45.5 9.8 11.6 DF2003-05-05 28.3 16.5 11.8 2.68 0.3 1.1 41.1 43.5 14.0 14.2 DZ2003-05-01 26.8 17.2 9.6 2.65 0.1 1.1 44.4 37.6 16.8 37.3 DZ2003-05-02 36.1 20.9 15.2 2.66 0.2 0.3 28.5 43.0 28.0 33.0 DZ2003-05-03 34.3 20.8 13.5 2.65 1.1 0.5 32.4 40.3 25.7 58.3 DZ2003-05-04 30.3 18.5 11.8 2.64 0.4 0.7 38.2 35.5 25.2 70.0 续表 DZ2003-05-05 38.0 16.7 21.3 2.65 0.5 0.8 28.7 39.8 30.2 63.8 N2003-06-01 -0.1 16.5 2.08 1.79 26.3 15.7 10.6 2.65 0.1 1.9 48.2 30.8 18.0 85.0 N2003-06-02 -0.2 16.0 2.02 1.74 24.5 15.7 8.8 2.65 0.3 3.7 49.4 25.9 20.7 218.8 N2003-06-03 -0.3 15.1 2.01 1.75 27.2 15.8 11.4 2.66 0.1 2.9 45.0 34.0 18.0 80.6 N2003-06-04 -0.1 16.0 2.05 1.77 27.1 14.4 12.7 2.65 0.1 1.9 49.0 28.5 20.5 142.2 N2003-06-05 -0.2 15.4 2.08 1.80 27.8 15.4 12.4 2.63 0.2 1.9 46.1 31.9 19.9 120.0 N2003-06-06 -0.3 15.4 2.02 1.75 25.5 15.0 10.5 2.65 0.1 1.7 47.7 34.6 15.9 31.1 土 样 编 号 取 土 厚 度 天然密度 液 限 塑 限 塑 性 指 数 土 粒 比 重 土 料 颗 粒 组 成 含 水 量 湿 密 度 干 密 度 砂 粒 粉 粒 粉 粒 不 均 匀 系 数 Cu 粗 中 细 极 细 WL WP IP Gs 粒 径 大 小 (mm) % % - - 2.0-0.5 0.5-0.25 0.25-0.1 0.1-0.05 0.05-0.005 <0.005 m % g/cm³ g/cm³ % % % % % % A3-11#-1 重壤土 CL A3-11#-6 1.82 14.8 A3-12#-2 重壤土 CL A3-12#-4 中壤土 CL A3-12#-5 A3-12#-6 重壤土 CL A3-13#-3 CL A3-13#-4 粘土 CL A3-13#-6 CL DF2003-04-01 中壤土 ML DF2003-04-02 重粉质壤土 CL 1.82 14.8 1.84 0.08 5.02 1.77 46.7 30.0 1.84 DF2003-04-03 重粉质壤土 CL 1.81 15.7 1.79 0.07 3.87 1.82 12.1 34.5 1.80 续表 DF2003-05-04 中壤土 ML 1.80 15.0 1.76 0.06 5.05 1.81 58.4 26.4 1.80 DF2003-05-05 重粉质壤土 CL 1.80 15.0 1.75 0.08 5.37 1.77 21.1 34.6 1.82 DZ2003-05-01 中壤土 CL 1.79 15.5 1.74 0.07 4.94 1.80 18.1 35.3 1.80 DZ2003-05-02 中壤土 ML 1.78 14.0 1.77 35.3 28.8 1.82 DZ2003-05-03 重壤土 CL 1.69 19.0 1.73 62.8 21.5 1.78 DZ2003-05-04 中壤土 ML 1.73 17.3 1.74 54.0 19.1 1.75 DZ2003-05-05 重壤土 CL 1.76 18.0 1.74 60.8 20.8 1.76 N2003-06-01 粘土 CL 1.72 18.1 1.71 34.8 22.8 1.74 N2003-06-02 中壤土 CL 1.72 3.87 1.82 16.7 33.2 1.80 N2003-06-03 重壤土 ML 1.79 2.90 1.84 40.6 31.2 1.82 N2003-06-04 中壤土 CL 1.76 4.89 1.81 33.7 31.8 1.83 N2003-06-05 重壤土 CL 1.78 4.27 1.84 45.2 24.9 1.79 N2003-06-06 中壤土 CL 1.84 4.69 1.83 36.7 29.2 1.82 中壤土 CL 1.74 4.84 1.83 46.8 25.9 1.78 表7.4 按d>0.05mm颗粒、粘粒含量分级统计表 d>0.05mm颗粒含量% 粘粒含量 不均匀系数 最大干密度 最优含水量 液、 塑、 限 目标控制值 ωL ωP IP ρd ω 25-30 28.0 33.0 1.69 19.0 36.1 20.9 14.9 1.66 22.4 30-35 25.7 58.3 1.73 17.3 34.3 20.8 13.5 1.70 22.1 35-40 22.2 46.2 1.78 16.5 30.3 18.2 12.1 1.74 19.4 40-45 13.3 21.0 1.79 15.2 27.3 16.5 10.8 1.75 17.6 45-50 5.7 6.0 1.82 15.2 27.5 17.0 10.5 1.78 18.1 通过室内试验成果表明:垂直渗透系数在1.65-3.71之间,凝聚力和内摩擦角在12.1Kpa-60.8Kpa和19.1°-35.3°之间,满足坝体抗渗和坝坡稳定要求。因此该次采用的碾压试验石料满足该次碾压试验的设计要求。 7.2现场碾压试验成果分析 碾压试验现场采用环刀法取样,取样位置在压实体下部,含水量采用烘干法测量,取样成果表见表7.5。 对碾压遍数与干密度关系曲线表明振动碾压6遍之后,增加碾压遍数干密度增量不足1%。室内击实试验表明当土料含水量较低时,随击实攻率的增加干密度呈增大趋势,当含水量接近塑限含水量时做20次及以上次数的击实,干密度增加不明显。击实效果与击实次数统计见表7.6。 表7.5 现场碾压试验成果汇总表 试验参数 厚度30cm 厚度40cm 厚度50cm 碾压4遍 碾压6遍 碾压4遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压10遍 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ 试 验 成 果 13.9 1.80 13.6 1.71 14.3 1.72 14.8 1.80 14.4 1.78 13.2 1.75 14.2 1.80 13.9 1.75 14.1 1.72 13.6 1.79 14.7 1.75 14.8 1.81 14.7 1.82 13.6 1.75 14.3 1.82 14.0 1.81 14.4 1.77 13.8 1.66 14.8 1.80 14.9 1.81 14.8 1.75 14.0 1.75 14.3 1.81 14.1 1.79 14.7 1.81 13.8 1.74 14.8 1.79 14.9 1.77 15.0 1.81 14.2 1.80 14.6 1.77 14.2 1.80 14.9 1.80 13.9 1.77 14.9 1.78 15.0 1.82 15.0 1.81 14.5 1.75 14.8 1.79 14.3 1.80 15.0 1.73 14.2 1.73 15.0 1.75 15.0 1.72 15.1 1.75 14.6 1.80 14.8 1.72 14.3 1.81 15.0 1.77 14.4 1.73 15.2 1.78 15.1 1.82 15.1 1.79 14.6 1.76 14.9 1.72 14.3 1.80 15.0 1.80 14.4 1.75 15.2 1.72 15.1 1.72 15.2 1.81 14.9 1.75 15.0 1.75 14.4 1.70 15.0 1.79 14.4 1.80 15.2 1.82 15.2 1.81 15.3 1.80 14.9 1.81 15.0 1.82 14.7 1.77 15.1 1.80 14.5 1.80 15.3 1.81 15.2 1.78 15.4 1.80 15.0 1.81 15.0 1.79 14.9 1.78 15.2 1.73 14.6 1.77 15.4 1.72 15.2 1.81 15.4 1.79 15.1 1.74 15.2 1.78 14.9 1.77 15.3 1.81 14.6 1.82 15.4 1.77 15.5 1.73 15.4 1.83 15.1 1.81 15.2 1.81 15.0 1.78 × 14.8 1.78 14.2 1.76 15.0 1.77 15.1 1.78 15.1 1.80 14.5 1.77 14.8 1.78 14.4 1.78 δ 0.4411 0.0333 0.3849 0.0452 0.3298 0.0355 0.2021 0.0392 0.3114 0.0250 0.6137 0.0293 0.3494 0.0354 0.3713 0.0310 Cv 0.0298 0.0188 0.0272 0.0258 0.0220 0.0201 0.0134 0.0220 0.0207 0.0140 0.0424 0.0165 0.0236 0.0199 0.0258 0.0174 试验参数 厚度30cm 厚度40cm 厚度50cm 碾压4遍 碾压6遍 碾压4遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压10遍 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ 试 验 成 果 15.4 1.79 14.6 1.79 15.4 1.78 15.6 1.76 15.4 1.79 15.2 1.75 15.4 1.75 15.0 1.75 15.4 1.79 14.7 1.79 15.5 1.78 15.6 1.76 15.6 1.77 15.2 1.76 15.4 1.78 15.1 1.75 15.5 1.73 14.7 1.78 15.6 1.80 15.8 1.78 15.6 1.82 15.3 1.77 15.4 1.82 15.1 1.79 15.5 1.74 14.8 1.79 15.6 1.70 15.8 1.82 15.7 1.81 15.4 1.75 15.5 1.80 15.2 1.81 15.7 1.77 15.2 1.77 15.8 1.77 15.8 1.77 15.8 1.74 15.4 1.76 15.6 1.77 15.3 1.80 15.8 1.74 15.3 1.80 15.8 1.75 15.9 1.75 15.8 1.80 15.5 1.77 15.6 1.76 15.3 1.76 16.0 1.76 15.4 1.79 15.8 1.74 15.9 1.78 15.8 1.74 15.5 1.77 15.6 1.74 15.4 1.79 16.2 1.76 15.8 1.83 15.9 1.80 15.9 1.80 15.8 1.78 15.6 1.73 15.6 1.76 15.4 1.75 16.2 1.81 15.8 1.79 16.0 1.74 16.0 1.78 15.8 1.78 15.6 1.77 15.6 1.78 15.5 1.82 16.2 1.70 15.8 1.78 16.3 1.81 16.1 1.77 15.8 1.77 15.6 1.82 15.6 1.80 15.5 1.77 16.3 1.82 16.0 1.80 16.4 1.76 16.5 1.76 15.9 1.80 15.7 1.82 15.7 1.76 15.6 1.77 × 15.8 1.76 15.3 1.79 15.8 1.77 15.9 1.78 15.7 1.78 15.5 1.77 15.5 1.77 15.3 1.78 δ 0.3557 0.0362 0.5212 0.0154 0.3133 0.0326 0.2400 0.0202 0.1421 0.0260 0.1695 0.0276 0.1036 0.242 0.1789 0.0252 Cv 0.0225 0.0205 0.0341 0.0086 0.0198 0.0185 0.0157 0.0114 0.0090 0.0146 0.0110 0.0156 0.0067 0.0137 0.0117 0.0142 试验参数 厚度30cm 厚度40cm 厚度50cm 碾压4遍 碾压6遍 碾压4遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压6遍 碾压8遍 碾压10遍 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ 试 验 成 果 16.4 1.77 16.0 1.77 16.6 1.76 16.7 1.76 16.0 1.74 15.8 1.80 15.7 1.80 15.5 1.79 16.4 1.80 16.5 1.77 16.6 1.78 16.7 1.77 16.1 1.78 15.9 1.78 15.7 1.77 15.6 1.76 16.6 1.78 16.5 1.78 16.8 1.81 16.8 1.74 16.1 1.83 16.0 1.76 15.8 1.79 15.6 1.78 16.6 1.77 16.6 1.83 17.0 1.72 16.8 1.82 16.2 1.73 16.1 1.76 15.8 1.76 15.6 1.75 16.7 1.76 16.6 1.78 17.0 1.75 17.0 1.79 16.2 1.79 16.2 1.76 15.8 1.81 15.7 1.77 16.8 1.78 16.8 1.79 17.2 1.76 17.5 1.77 16.3 1.72 16.2 1.79 16.0 1.81 15.7 1.78 17.0 1.74 17.2 1.74 17.4 1.73 17.6 1.73 16.4 1.76 16.7 1.74 16.0 1.78 15.8 1.74 17.2 1.77 17.2 1.76 17.4 1.74 18.5 1.70 16.5 1.75 16.8 1.75 16.2 1.76 15.9 1.71 17.2 1.74 17.3 1.78 17.7 1.72 20.6 1.65 16.7 1.75 17.0 1.72 16.2 1.76 15.9 1.79 17.6 1.73 17.3 1.74 18.1 1.72 20.6 1.64 17.0 1.74 17.2 1.73 16.2 1.77 16.1 1.72 18.2 1.72 17.4 1.75 18.6 1.72 21.7 1.66 18.0 1.71 18.0 1.75 17.8 1.75 16.4 1.73 20.0 1.68 18.6 1.70 21.0 1.64 22.2 1.63 18.3 1.76 18.2 1.72 17.8 1.73 16.6 1.74 × 17.2 1.75 17.0 1.77 17.6 1.74 18.6 1.72 16.7 1.76 16.7 1.76 16.3 1.77 15.9 1.76 δ 1.0199 0.0328 0.6633 0.0320 1.2216 0.0416 2.1112 0.0642 0.7574 0.0329 0.8024 0.0258 0.7958 0.0247 0.3420 0.0273 Cv 0.0592 0.0187 0.0390 0.0181 0.0693 0.0239 0.1138 0.0373 0.0455 0.0187 0.0481 0.0147 0.0487 0.0139 0.0216 0.0156 表7.6 土料击实干密度与击实功率统计表 击实次数 干密度 含水量 干密度 含水量 干密度 含水量 塑限含水量 % g/cm³ % g/cm³ % g/cm³ % 15次 1.76 13.4 1.78 16.4 1.76 17.0 17.0 20次 1.80 13.8 1.81 16.2 1.77 16.6 25次 1.85 13.2 1.81 15.8 1.76 17.4 试验土料的不均匀系数在31.1-218.8之间(不均匀系数大于30.0时土料容易压实),试验压实密度随铺土厚度的增加而减小不明显,考虑试验过程中发现碾压遍数增加,压实土料水平分层及裂隙现象增加,因此建议施工中适宜的铺土厚度40-50cm,以1-2km/h的工作速度振动碾压6-8遍。 8 结论 对碾压试验综合分析结果,推荐如下施工参数: (1) 试验研究成果表明,此次碾压试验采用试验土料取自祝家堡西山料场A3区是可行的。由于料场土料变化较大,本次试验仅代表A3区土料的压实特性,使用其他区土料或土料发生较大变化时需重新进行碾压试验,确定施工控制参数。 (2) 在碾压试验时,应严格控制上坝土料质量,在土料场严格控制d<0.005mm颗粒<10%的土料装车上坝。 (3) 碾压结果表明,铺土厚度40-50cm,CA25或同种振实功能的碾压机械在0-2.0km/h的工作速度,振动碾压6-8遍,以6遍控制。 (4) 施工现场控制压实干密度1.73g/cm³,土料填筑含水量按16.0±2%控制,降低碾压前土料的含水量,对提高压实干密度有利。从试验成果可以看出此标准可行、合理。 (5) 确定设计标准的合理性。根据碾压试验数据说明在现有碾压器具的功能条件下,当填料级配设计要求合格时,是否可以达到设计要求的压实密度与孔隙率。如无法达到设计标准时,则需要更换碾压试验时的碾压的压实器或者调整最初设计标准。此次通过碾压试验论证了合理的设计提供标准,因此确定在现实施工中可以按照试验设计标准准确实施。 (6) 选择适应各种坝料的压实机具及其参数。选定各种坝料的压实机具,如振动碾(振动板)的重量、激振力、激振频率、行车速度等。此次碾压试验碾压设备采用CA25自行式振动碾,设定行车速度1.5-2.0km/h,振动频率30Hz是合适的。 (7) 提出施工工艺与施工参数。根据试验提出施工控制的铺层厚度与碾压遍数。确定方法为:在选定的铺层厚度下,最终稳定的最大干密度乘以折减系0.95得到施工控制干密度,然后从干密度与碾压遍数关系曲线中求得相应的碾压遍数,对采用进一法碾压遍数进行取整,对应的铺料层厚即为施工控制值。 参考文献 [1] 尹丽丽. 石佛寺水库工程总体布设综述[J]. 黑龙江水利技,2016,(09):52-56. [2] 贾国英. 石佛寺水库坝址工程地质问题评价及处理[J]. 山西水利科技,2015,(03):41-43. [3] 何兴梅. 石佛寺水库土坝填筑施工[J]. 东北水利水电,2012,(03):34-35. [4]陈家纯,夏晓军. 石佛寺水库建设的必要性方案[J]. 吉林水利,2003,(07):11-14. [5] 王修娟. 三点击实法在石佛寺水库均质土坝中的应用[J]. 水利建设与管理,2015,(04):44-47. [6]孙宝山,贾朋宾. 用碾压试验优化土石坝填筑施工方案[J]. 河北水利水电技术,2001,(02):36-38. [7]SL274—2001,碾压式土石坝设计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2 002. [8]DL/T 5129—2001,碾压式土石坝施工规范[S].北京:中国电力出版社,2001. [9]李天赐. 堆石坝碾压试验及其质量控制措施[J]. 水利技术监督,2014,(04):75-77. 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    平***苏

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