土料压实参数选择与填筑方法

摘要: 粘土心墙坝能充分利用当地材料，为高地震区首选，在新疆已经成为一种最基本的坝型之一。结合新疆铜场粘土心墙坝，介绍了该工程的现场碾压试验、土料开采和填筑方法，探讨了该工程现场碾压试验过程中一些关键性的问题，最后进行小结和建议，对大坝填筑压实参数的选择提出了相应的观点。

关键词: 土料；压实参数；填筑方法

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

1 引言

随着大型高效碾压机械的广泛应用，施工费用显著降低，施工工期进一步缩短，土石坝在目前坝工建设领域中得到最为广泛的应用。粘土心墙坝由于其抗震能力强，若遇地震心墙产生裂缝具有自行愈合功能，提高了大坝工程的安全性，为高地震区首选的土石坝型。

土料填筑压实参数主要包括含水率、碾压遍数、铺土厚度、碾压机具的重量、振动碾的振动频率及行走速率等。本文结合铜场粘土心墙坝对土料压实参数选择与填筑方法进行了一个初步的探讨。

2 工程概况

铜场粘土心墙坝位于新疆库车河中游河段的尾部，坝顶高程1334m，最大坝高54m，坝顶宽度10m，坝顶长度240m，坝顶设1 m高混凝土防浪墙，上游坝坡为1:2.75，下游坝坡为1:2。坝体填筑分区从上游至下游分为上游砂砾料区、反滤料区、粘土料区、反滤料区、过渡料区及下游砂砾料区。心墙防渗体轴线和坝轴线相距3m，心墙顶高程1332.5m，顶宽4m，心墙底高程1280m，底宽35.5m，心墙两侧边坡为1:0.3，防渗体采用坝址上游TC2土料场的粘土料。上、下游反滤层水平宽度3m，下游过渡层水平宽度3m。

心墙基础开挖至强风化岩层底线，河床部位建基面高程1279.5m。在心墙建基面上浇筑0.5m厚的C20混凝土盖板，将防渗体与基岩分隔开，以防止接触冲刷。

3 气候特征

多年平均气温11.4℃，极端最高41.5℃，极端最低-27.4℃，多年平均风速2.4m/s，多发生在5～7月。多年平均降水123.0mm，多年平均蒸发量1598.2mm，多年平均相对湿度43%，最大冻土深度为60-89cm，冻土期为11-3月份。

4 设计技术要求

土料设计压实系数P=100%，平均设计干容重18.05kN/m3。要求土料粘粒含量≥15%、水溶盐含量<3%、有机质含量<2%、最优含水率13%～16%、碾压后渗透系数k<1×10-5cm/s。

5 土料开采与加工

TC2土料场是个混合料场，上部为粘土，下部为砂砾料。根据试验成果为低液限粘土，平均颗分曲线颗粒组成为，小于0.005mm粘粒含量为21.5%，0.005~0.075mm粉粒含量为74.5%，属中重粉质粘土。

开采前用推土机清除料场覆盖层，料场底部预留30cm～50cm厚土层，隔离下部砂砾料层。采用2m3 挖掘机装15t自卸汽车运至土料制备场。土料采用堆土牛注水法备料。料场土料天然含水率为6%～8%，室内击实最优含水率为13%～16%，考虑4%的施工损耗，制备土料选择以17%～20%的含水率配水，补水量为11%～14%。

由于TC2土料场土质的不均匀性，经料场复查，将土料场划分为13个区，各分区分别取样进行室内击实试验，得出各个分区的最大干密度和最优含水率，作为复核土料压实控制指标。

6 现场碾压试验

试验组合采用循环法，鉴于室内击实试验的平均最优含水率为15%及机械的压实功能，含水率选择最优含水率的干侧。第一阶段碾压试验组合为4×4×4=64个，分别为配制含水量w1=12%、w2=13%、w3=14%、w4=15%四种含水率，铺土厚度h1=25cm、h2=30cm、h3=35cm、h4=40cm四种厚度，碾压遍数n1=6、n2=8、n3=10、n4=12四种遍数（该碾压遍数均为振动碾压，未含振动碾压前的两遍静压碾压，以下同）。待各试验组合碾压完成后，挖去距土层表面15～20cm的松土层后，用环刀法测定湿密度、电热烘箱测定含水率，并计算出相应的压实干密度，用以反映压实效果。

试验完成后对各组试验结果进行作图表分析，以土料最大干密度值作为控制值指标，统计出最优含水量、最佳铺土厚度和最经济的碾压遍数的组合，选取出三个最佳组合。

第二阶段对三个最佳组合进行碾压试验，即第一组合含水率13%、铺土厚度35 cm、碾压遍数10遍；第二组合含水率14%、铺土厚度35 cm、碾压遍数10遍；第三组合含水率13%、铺土厚度30 cm、碾压遍数8遍。试验完成后对各组试验结果进行作图表分析，得出在铺土厚度35 cm、碾压遍数为10遍时，最优含水率在13%～15%的范围内，干密度检测值可以达到室内试验干密度值，土料填筑质量既保证又经济。

7 土料填筑方法与质量控制

第一层粘土料填筑前，先清理干净混凝土盖板表面的乳皮、粉尘、碎石等杂物，并用风枪吹扫干净，在混凝土面上涂刷1:2.5结合泥浆，边涂刷泥浆、边铺土。

粘土料采用3m3装载机在土料制备场装料，20t自卸汽车运输至大坝填筑作业面，进占法卸料，推土机对粘土料进行摊铺平料，人工用测钎控制层厚，水准仪测平。粘土料的压实采用20t自行式凸块振动碾，碾压方向与坝轴线平行，行驶速度控制在2～5km/h，振动频率20Hz～30Hz，先静压碾压2遍后，再以相同的行驶速度振动碾压10遍，进退错距法碾压，平行碾压方向搭接宽度为20cm。为了保护粘土心墙不致长时间暴露在大气中遭受影响，坝体填筑采用先砂后土的施工方法，即先填上下游反滤料后填粘土料，反滤料与粘土料之间每层用20t光面振动碾骑缝碾压10遍，保证心墙填筑断面尺寸符合设计要求，土砂结合部位密实。

为防止心墙两端坝肩与混凝土盖板接触部位发生渗流，填土前首先在混凝土面上涂刷1:2.5结合泥浆，采用蛙式打夯机人工进行夯实处理。由于新疆当地风力和日照十分强，空气十分干燥，土层表面水分蒸发很快，对已碾压好的土层，在铺下一层土之前先进行洒水润湿处理，并采用小面积铺筑，随铺随碾，以保证合适的含水量。

冬季施工时，立面开采土料，优先在向阳、背风的区域取土，开采前清除料场表面冻土，上坝运输时对土料进行覆盖，使土温散失小，采取快速连续作业，缩小填筑区，保证压实时土料温度在-1℃以上。填土中严禁夹有冰雪、冻块，不得加水。由于当地昼夜温差大，晚上气温达负5度左右，铺料、压实等坝面作业尽量安排在白天气温较高时施工，入夜前对压实好的土层覆盖毛毯和塑料布保温，两坝肩混凝土盖板铺设电热毯保温。

冬休期间，松铺1.2m厚的土料，表面用平碾静碾两遍，保护已碾压合格的坝面，以确保坝体安全过冬。第二年气温回暖后，先清除表面松土保护层，验收合格后，再进行坝体填筑。

8 小结与建议

按照设计理论要求，粘土心墙既能防渗又要适应坝体变形。要满足防渗，土料压实密度就要求高，但相应变形性能就要差些；要适应坝体变形，土料压实时含水率要高，压实密度就须相应降低，否则会出现剪切破坏，不利防渗。因此须通过现场碾压试验和室内试验选定土料压实参数。

TC2土料场粘土的砂粒含量和少量砾石对土料的压实度有一定的影响，碾压过程中，在凸块振动碾振动力的作用下，砂粒含量和少量砾石容易成为水平向的排列，往往出现自然状的水平向层面。如果先静压碾压再振动碾压，不仅土层上下部压实效果好，而且自然状的层面会少于只振动碾压的方法。经过室内渗透试验，该自然状的层面渗透系数小于1×10-5cm/s，满足设计要求。分析其原因，该种土料碾压时虽形成自然层面，但遇水后，会自然愈合，对坝体质量不会产生不良影响。

伍柏华（1979－），男，广东江门人，工程师。

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