土石坝现场碾压试验

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1、土石坝现场碾压试验张思远( 贵州省水利水电勘测设计研究院)摘 要： 大坝坝型为复合土工膜心墙风化料坝， 土工膜布置于坝体中部， 呈“之”字形折线布置。按照筑坝材料及功能从上游到下游将坝体分为上游混凝土预制块护坡、 风化料填筑体、 上游碎石粘土料、 上游粘土料保护层， 防渗复合土工膜、 下游粘土料保护 层、 下碎石粘土料、 风化料填筑体、 下游护坡及排水棱体。关键词： 土石坝； 碾压试验： 材料1. 试验目的通过现场试验，确定本工程复合土工膜心墙风化料坝主要 分区料在各种不同施工参数情况下经碾压后的各项物理力学指 标及级配， 优选坝料压实技术的压实参数， 为大坝施工及施工质 量控制提供依据。确定

2、经济合理的施工压实参数。2. 试验标准、 内容和方法2.1 试验标准碾压式土石坝设计规范SL274-2001；碾压式土石坝施 工规范DL/T5129-2001；土工试验规程SL2371999; 水利水 电工程天然建筑材料勘探规程 SL2512000。2.2 试验内容试验内容包括： 粘土料、 粘土夹风化石、 风化料的级配、 比 重、 密度、 渗透、 沉降。2.3 试验检测方法2.3.1 颗粒分析 风化料和粘土夹风化石碾压前进行颗粒分析。风化料碾压 2遍、 4 遍时不进行颗粒分析。风化料其余碾压 6、 8、 10 遍分别对 区、 区各进行 3 组颗粒分析。颗粒分析采用筛析法， 共检测 20 组。2

3、.3.2 比重 参照勘察设计期间的比重试验成果。2.3.3 密度密度检测采用挖坑灌水法进行，风化料采用 1.50m 方形套 环， 粘土、 粘土夹风化石料采用 1.00m 方形套环。共检测 57 组， 基底 6 组、 粘土料 18 组、 粘土夹风化石料 15 组、 风化料 18 组。2.3.4 渗透渗透检测采用现场试坑渗水法， 共检测 12 组， 粘土、 粘土夹 风化石、 风化料 6 区各检测 2 组。2.3.5 沉降沉降检测采用全站测量仪观测方格网点高程，降方格网布 置， 方格网规格为 2.0m2.0m。2.3.6 干密度试验在碾压现场取粘土料和粘土夹风化石料进行室内击实试 验， 粘土料采用轻

4、型击实， 粘土夹风化石料采用重型击实。3. 碾压试验机具介绍装料： 用小松 PC220-7 型挖掘机 2 台； 机号： DBH5315， 斗 容量为 1.0（1.05）m3。运料： 用三环征程 30T 自卸车 3 台。铺料： 山推 160 推土机推平。测量： 全站仪 1 台。碾压机具： 厦工三重 XG6204M 机械式振动压路机， 其技术参数如下：型号：XG6204M工作质量： 20T 振动频率：28Hz 激振力：350/210kN 额定功率： 95kW牵引力： 88kN压实宽度：2.13m 名义振幅 2.0/1.2mm 工作速度：2.4km/h 最小转弯半径：6500mm振动轮直径宽度：15

5、50mm2130mm 额定转速：2100r/min4. 试验材料本次试验主要是对粘土料、 粘土夹风化石料、 风化料进行试 验， 排水堆石区料采用设计推荐的填筑参数。粘土料在库区内左岸开采的粘土，粘土夹风化石料采用左 坝肩开采的粘土夹风化石，风化料采用坝下游右岸山坡上的玄 武岩风化料， 其具体设计要求见表 1 及图 1。 各分区坝料性质及 设计要求见表 1。5. 试验场地布置碾压试验场地选择在坝上游堆石区进行，场地长 48m， 宽30m,场地两端应留出 810m 的斜坡道， 坡度不陡于 1:5， 以便 试验机械行驶， 见图 2。6. 上料方式， 铺料厚度及碾压方式的确定133河南水利与南水北调

6、2 0 1 2 年第 1 4 期试验与研究表 1 各分区坝料要求和填筑参数表6.3 碾压方式， 碾压机具采用施工单位已有机具， 厦工三重XG6204M 机械式振动压路机进行振动碾进行碾压。 根据以往工 程的经验， 采用直线行车往返错距式， 重迭率不小于振动碾压轮 宽的 10% （即 20cm） ， 行车速度用其最慢速度 （2.02.4km/h） 进行 碾压。料推平后， 经沉降方格网观测， 按设计要求铺料厚度 （10%） 进行铺料后， 然后进行碾压。遍数计数方式为碾压时往返 各算一遍的方式进行。各试验区的碾压组合方式为：粘土料和粘土夹风化石料采 用： 静碾压 2+ 静碾压 2+， 直至碾压后干密

7、度、 沉降基本没 有什么变化为止。风化料采用静碾压 2+ 高挡振动碾压 2 遍 + 高挡振动碾压 2 遍 +， 直至碾压后干密度、 沉降基本没有什 么变化为止。7. 现场碾压试验成果7.1 粘土料 （、 区 ） 碾压试验成果：7.1.1 室内击实试验 在现场取有代表性的粘土料到室内做液塑限和轻型击实试验， 成果见表 2。碾 压 遍 数碾压设 （初定 ）设计 干密压实 坝料要求 厚度含泥 量加水 量材料 分区压实 要求备注度备振动 碾（mm ） (g/cm3)（% ） （% ）静碾库区 1# 土料场粉 砂质粘 土， 最大 粒径 2cm库区 1# 土料场粉 砂质粘 土， 最大 粒径 5cm粘土 填

8、筑 区压实 度 96%18t 自 行式振 动碾300/ 4001.366805加水 量、 碾压 设备 及碾 压遍 数等 最终 施工 参数 根据 坝料 和碾 压试 验确 定碎石 粘土 填筑 区压实 度 96%18t 自 行式振 动碾400/ 6001.596805风化料场 开挖料， 最大粒径 60cm风化 料填 筑区孔隙 率 33%18t 自 行式振 动碾600/ 8001.8081005强风化 弱风化石 料， 粒径 30cm80 cm排水 堆石 区孔隙 率 30%18t 自 行式振 动碾无要 求10001.90681 表 2轻型击实试验表击实界限定名单位击 实功能 (KJ/m3)最优含 水量

9、（ ）最大干 密度 （g/cm3 )塑性指 数(%)液限(%) 塑限(%)高液限 粘土592.233.21.3657.832.125.77.1.2 密度区碾压遍数分别为 4、 6、 8 遍所对应的干密度平均值分别 为 1.26、1.31、1.34g/cm3，对应的压实度平均值 为 93% 、97% 、99%。区碾压遍数分别为 4、 6、 8 遍所对应的干密度平均值分 别为 1.25、1.31、1.33g/cm3，对应的孔隙率平均值为 92、 96、98。从压实结果看， 干密度随着碾压遍数的增加而规律性增加， 压实度相应随之增大。同时，随着碾压遍数的继续增加至 6 遍 后， 干密度的增加速度明显

10、趋于缓慢。7.1.3 渗透渗透系数是在碾压 8 遍后测试的、区试验块中各测试 两点渗透系数平均值分别为 1.6510-4cm/s、2.3210-4cm/s。7.1.4 沉降 区 碾 压 遍 数 分 别 为 2、4、6、8、10 遍所对应的沉降量为 55、31、32、24、-30mm。 区碾压遍数分别为 2、 4、 6、 8、 10 遍所对 应的沉降量为 52、30、26、22、-21mm。从压实结果看， 区的碾压效果比区的碾压效果好， 区 静碾 6 遍有一个试点达不到设计要求， 平均值达到了， 静碾 8 遍 各试点均能达到设计要求。区静碾 6 遍有一个试点达不到设 计要求， 平均值达到了， 静

11、碾 8 遍各试点均能达到设计要求。 、 区静碾 8 遍均能达到设计要求。7.2 粘土夹风化石料 （、 区 ） 碾压试验成果：7.2.1 室内击实试验 在现场取有代表性的粘土夹风化石料到室内做液塑限和重图 1风化料级配曲线图图 2碾压场地平面图 （场平均高程图 ）6.1 均采用退铺法，即汽车在已压实的层面上后退卸料， 然 后用推土机整平。6.2 铺料厚度， 按设计要求铺料厚度 （10 ） 进行。设计粘 土料压实厚度 30/40cm， 铺料厚度 40/50cm， 实际平均铺料厚度41.1/50.9cm。设计粘土夹风化石压实厚度 40/60cm，铺料厚度50/70cm， 实际平均铺料厚度 49.6/

12、69.8cm。设计风化料压实厚度60/80cm， 铺料厚度 67.5/90cm， 实际平均铺料厚度 68.4/90.4cm。134HENAN河南水利与南水北调 2 0 1 2 年第 1 4 期试验与研究型击实试验， 成果见表 3。 表 3 重型击实试验成果表配良好。 对、 区碾压 6 遍、 8 遍、 10 遍分别各取 3 个试坑进筛分， 根据筛分资料和现场实际试验情况可知， 随着碾压遍数的增 加， 级配结构随之变化， 粗粒料含量减少， 中、 细粒含量增加， 试 坑级配均良好。7.3.2 比重 比重值与材料本身性质决定， 与碾压遍数无关， 测试 2 组，其实测值 F 均为 2.69。7.3.3

13、密度区碾压遍数分别为 6、 8、 10 遍所对应的干密度平均值分别 为 1.80、1.82、1.85g/cm3，对应的孔隙率平均值为 33.1、32.4、31.1。区碾压遍数分别为 6、 8、 10 遍所对应的干密度平均值 分别为 1.72、1.78、1.81g/cm3，对应的孔隙率平均值为 36.1、33.8、32.8。从压实结果看， 干密度随着碾压遍数的增加而 规律性增加， 孔隙率相应随之减小。7.3.4 渗透渗透系数是在碾压 8 遍后测试的， 、 区试验块中各测试 两点渗透系数平均值分别为 3.2710-2cm/s、6.6710-2cm/s。7.3.5 沉降区碾压遍数分别为 2、 4、

14、6、 8、 10、 12 遍所对应的沉降量为31、18、14、10、6、-3mm。 区碾压遍数分别为 2、 4、 6、 8、 10、 12 遍 所对应的沉降量为 29、18、14、9、7、3mm。随着碾压遍数的增加， 沉降量减小。从压实结果看， 区的碾压效果比区的碾压效果好。 区 动碾 8 遍就能满足设计要求。区碾 10 遍就能满足设计要求。 区动碾 8 遍和区动碾 10 遍效果差不多。8. 结论通过试验，主要分区料的确定经济合理的施工的施工压实 参数。 优选坝料压实技术的压实参数， 为大坝施工及施工质量控 制提供必要依据。收稿日期： 2012- 04- 07击实界限定名单位击 实功能 (KJ

15、/m3)最优含 水量 （ ）最大干 密度 （g/cm3 )塑性指 数(%)液限(%) 塑限(%)高液限 粘土2684.928.91.5964.837.926.97.2.2 密度 区碾压遍数分别为 6、 8 遍所对应的干密度平均值分别为1.53、1.55g/cm3， 对应的压实度平均值为 96%、 98%。区碾压遍 数分别为 6、 8、 10 遍所对应的干密度平均值分别为 1.46、1.54、1.56g/cm3， 对应的压实度平均值为 92%、 97%、 98。从压实结果看， 干密度随着碾压遍数的增加而规律性增加， 压实度相应随之增大。7.2.3 渗透区渗透系数是在碾压 8 遍后测试的，在试验区

16、中各测试 两点渗透系数平均值分别为 7.2310-4cm/s； 区渗透系数是在 碾压 10 遍后测试的， 在试验区中各测试两点渗透系数平均值分 别为 6.5810-4cm/s。7.2.4 沉降区碾压遍数 分 别 为 2、4、6、8、10 遍所对应的沉降量为 43、 25、 19、 13、 4mm。区碾压遍数分别为 2、 4、 6、 8、 10、 12 遍所 对应的沉降量为 45、27、18、15、8、-6mm。从压实结果看， 区的碾压效果比区的碾压效果好， 区 静碾 8 遍各试点均能达到设计要求。区静碾 8 遍有一个试点 达不到设计要求， 平均值达到了， 静碾 10 遍各试点均能达到设 计要求。7.3 风化料 （、 区 ） 碾压试验成果7.3.1 级配 碾压前在风化料场进行了一组筛分， 级配都在包络线内， 级!