青山水库主坝填筑料综合碾压试验

郑向荣

（葫芦岛市水利局,辽宁葫芦岛 125000）

1 工程简介

葫芦岛市青山水库工程位于辽宁省葫芦岛市六股河中游，工程由主坝、副坝、溢洪道、输水洞和码头组成。库容6.61×104m3，为大Ⅱ型水库。主坝为粘土心墙砂砾石坝，坝长735.63 m，坝顶高程96.29 m，最大坝高42.79 m，主坝防渗体采用粘土心墙，心墙两侧边坡为1∶0.15，粘土心墙底部设有2 m厚混凝土垫层，最大断面处混凝土垫层宽19.52 m。心墙上下游两侧的坝壳系由砂砾料填筑，上游坝坡采用0.35 m厚干砌石护坡，下游坝坡采用0.30 m厚碎石护坡。

2 设计指标

防渗粘土料：压实度为0.98；反滤料：相对密度为0.70；

坝壳料：相对密度为0.75。

3 现场碾压试验参数

1）压实机械：按照填筑碾压试验计划的要求，现场实际现有的施工机械为：粘土碾压采用SR20MP自行式振动碾（凸块）；反滤料碾压采用D85推土机；坝壳料采用XS222J自行式振动碾（平板）。设备参数见下表1。

表1 设备参数表

2）行进速度：在碾压试验过程中，振动碾及推土机行进速度为1档行驶。

3）铺土厚度：在碾压过程中粘土为40 cm、50 cm；反滤料为40 cm、50 cm；坝壳料为70 cm、90 cm。

4）碾压遍数：在碾压过程中碾压遍数为：4遍、6遍和8遍。

5）试验场地：结合工程实际情况选取在右坝头渣场的平地上。

6）碾压方式：碾压粘土时，在专人指挥下，振动碾在场外起振，达到正常运转之后，驶入填筑料内。采用前进后退全振方法，错位采用前进法。碾迹重叠控制在30～50 cm以内；碾压反滤料时，在专人指挥下，推土机驶入填筑料内，采用单一前进法循环法碾压（从一侧空地循环），错位采用前进法，推土机只能在坝壳料上进行错位碾压，严禁在粘土料上错位。碾迹重叠控制在15～20 cm以内；碾压坝壳料方式同粘土料。

7）铺土、碾压顺序。在专人的指挥下进行铺料、碾压，铺料的顺序为先铺粘土料，其次反滤料，最后坝壳料，铺料时要特别注意各料的边缘，人工予以修边，严谨混料；碾压时先碾压粘土料，其次反滤料，最后坝壳料。严禁反滤料禁侵占粘土料的范围、坝壳料侵占反滤料的范围。

4 现场碾压试验过程

4.1 粘土碾压试验

1）将场地表层杂物及其它覆盖物清除并整平后，先铺填30 cm的试验土料进行碾压，使其达到0.98的压实度。

2）将已选定料场的合格土料，用20 t自卸汽车运输至现场，在专人指挥下，采用进占法卸料，推土机平料，人工配合修边。按40 cm厚度均匀铺在面积为8 m×30 m试验段之上。

3）根据碾压试验计划先静压2遍后，振动碾压4遍，在每个试验场地均匀布点，用环刀法和烘干法检测土样12组，测其含水率，计算平均干密度值。

4）依此类推，用上述同样方法振动碾压6，8遍后分别取样并计算平均干密度值。

5）重复上述步骤，测出铺土厚度为50 cm的土料的含水率、干密度。

6）现场描述：通过对铺土40 cm、50 cm两组现场碾压的观察，填筑粘土料含水率在18%～20%之间，碾压时无黏碾、弹簧土、涌土现象出现，当碾压8遍压实后未发现剪切破坏现象，取样检查上下压实土层结合完好。

4.2 反滤料碾压试验

1）将场地表层杂物及其它覆盖物清除并整平后，用XS222J自行式振动碾进行碾压，使其相对密度不低于0.70。

2）将已选定料场的合格反滤料（颗粒级配料源必须满足0.1 mm≤D15≤0.5 mm）采用20 t自卸汽车运输至现场，在专人指挥下，装载机站在砂砾料上卸料、平料，人工予以配合修边，按40 cm厚度均匀铺在面积为2 m×30 m试验段之上。

3）根据碾压试验计划先静压2遍后，振动碾压4遍，在每个试验场地均匀布点，用灌沙法和烘干法检测试样8组，测其含水率，计算平均干密度值和平均沉降量。

4）依此类推，用上述同样方法振动碾压6，8遍后分别取样并计算平均干密度值和平均沉降量。

5）重复上述步骤，测出铺土厚度为50 cm的反滤料的含水率、干密度、沉降量。

4.3 坝壳料碾压试验

1）将场地表层杂物及其它覆盖物清除并整平后，用XS222J自行式振动碾进行碾压，使其相对密度不低于0.75。

2）将已选定料场的合格砂砾料采用20 t自卸车运输至现场后，在专人指挥下，采用后退法卸料，推土机平料，按70 cm厚度均匀铺在面积为8 m×30 m试验段之上。

3）根据碾压试验计划先静压2遍后，振动碾压4遍，在每个试验场地均匀布点，用灌沙法和烘干法检测试样8组，测其含水率和沉降量，计算平均干密度值和平均沉降量。

4）依此类推，用上述同样方法振动碾压6，8遍后分别取样并计算平均干密度值和平均沉降量。

5）重复上述步骤，测出铺土厚度为90 cm的砂砾料的含水率、干密度、沉降量。

5 现场碾压试验检测的成果

5.1 粘土碾压成果

经统计得出：在不同铺土厚度对应情况下，分别碾压4，6，8遍所对应的平均干密度，见表2。

表2 碾压4，6，8遍所对应的平均干密度表

5.2 反滤料碾压成果

经统计得出在不同铺土厚度对应情况下，分别碾压4，6，8遍所对应的平均干密度、含水率与沉降量，见表3。

表3 碾压4，6，8遍所对应的平均干密度、含水率与沉降量表

从碾压遍数与沉降量关系曲线上可以看出，铺土厚度为40 cm及50 cm时，碾压4遍到碾压6遍的沉降量为0.8 cm和0.9 cm,而从碾压6遍到碾压8遍的沉降量为0.3 cm和0.4 cm，可见沉降量显著减小。

5.3 坝壳料碾压成果

经统计得出在不同铺土厚度对应情况下，分别碾压4，6，8遍所对应的平均干密度、含水率与沉降量，见表4。

表4 碾压4，6，8遍所对应的平均干密度、含水率与沉降量表

在铺料70 cm碾压8遍时，取样点1压实度为1.19，在铺料90 cm碾压8遍时取样点4压实度为1.16，为现场取样出现误差所致（所取试坑中出现大粒径的卵石）。

从碾压遍数与沉降量关系曲线上可以看出，铺土厚度为40 cm及50 cm时，碾压4遍到碾压6遍的沉降量为1.5 cm和1.7 cm,而从碾压6遍到碾压8遍的沉降量为0.7 cm和0.8 cm，可见沉降量显著减小。

6 结论

1）碾压参数确定原则。根据碾压遍数和干密度关系得出当压实功能达到一定程度时，压实功能再增加，干密度增长也不大，在既经济又能满足设计要求的条件下确定碾压遍数。

2）粘土料碾压各施工参数。由碾压遍数和干密度关系得出铺土厚度为40 cm时4遍的不合格；6，8遍的干密度值均达到设计要求。采用铺土厚度为50 cm，4遍不合格，6遍、8遍均为合格，且碾压干密度相差不大，考虑方便施工、节约工程成本，所以建议采用铺土厚度为50 cm，碾压6遍数的施工工艺。

该土料经现场碾压试验确定最优含水率控制为18%～20%；现场施工土料含水率应控制在18%～20%之间。土料过于干燥必须在料场洒水湿润；含水量大时采用晾晒、翻晒工艺。严格控制在最优含水率范围内方可上坝碾压。

每层土料碾压完，检查表面无弹簧土、涌土、松土层、干土层及剪切破坏土出现，在下层土料铺土前检查压实表面状态，严禁在表面干燥状态下，在其上铺填新土层，应予干燥表面均匀喷雾洒水湿润后铺筑新土层。

结论：采用SR20MP自行式振动碾（凸块、自重20.9 t、压实宽度2.14 m）一档（2.55 km/h）碾压50 cm的粘土6遍为经济合理的施工工艺。

3）反滤料碾压各施工参数。反滤料的施工质量控制指标为相对密度，则现场控制的干密度应不低于1.71 g/cm3，由碾压遍数和干密度关系得出铺料厚度为40 cm时4遍、6遍的干密度值均达到设计要求，8遍干密度值与6遍压实密度变化不大；铺料厚度为50 cm时4遍、6遍、8遍均合格，虽然铺料厚度为50 cm碾压4遍合格，考虑方便施工、节约工程成本、确保施工质量建议采用碾压6遍的施工工艺。

4）采用D85推土机（自重23 t、履带宽0.6 m）一档（2.53 km/h）碾压50 cm的反滤料6遍为经济合理的施工工艺。

5）坝壳料碾压各施工参数。坝壳料的施工质量控制指标为相对密度，由碾压遍数和干密度关系得出铺料厚度为70 cm时4遍的不合格；6遍、8遍的相对密度值均达到设计要求；铺料厚度为90 cm时4遍不合格点较多，6遍、8遍均合格，考虑方便施工、节约工程成本、确保施工质量，建议采用6遍的施工工艺。

6）采用XS222J自行式振动碾（平板、自重22 t、压实宽度2.13 m）一档(2.63 km/h),碾压90 cm的坝壳料6遍,为经济合理的施工工艺。

7）通过现场试验取样分析，粘土料上下层之间结合完好，采用SR20MP自行式振动碾（凸块）进行碾压时结合面无需刨毛处理。

8）通过对粘土、反滤料、坝壳料的不同铺土厚度不同碾压遍数的现场试验、分析数据成果，确定设计压实控制标准粘土压实度为98%；反滤料相对密度为0.70；坝壳料相对密度为0.75，具有合理可行性。