中峰水庫心墻填筑壓實(shí)度超百分析

侯紹國

(云南省楚雄州牟定縣水務(wù)局，云南 楚雄 675000)

1 工程概況

中峰水庫位于云南省楚雄州牟定縣安樂鄉(xiāng)境內(nèi)龍川江中上游左岸的一級支流六渡河上，為黏土心墻風(fēng)化料分區(qū)壩殼壩，壩高47.63m，壩頂長295m，壩頂寬5m，總庫容126.50萬 m3，興利庫容98.75萬 m3，死庫容5.86 萬m3。

中峰水庫大壩土石方填筑總量為44.34萬m3，其中:心墻黏土料填筑9.93萬m3，上下游強(qiáng)風(fēng)化泥巖料填筑34.41萬m3。整個工程建設(shè)批復(fù)工期為3年，工程于2010年12月26日開工，計劃2013年12月25日完工。中峰水庫大壩填筑，按批復(fù)的施工組織計劃分兩期回填，一期抬頭壩填筑開始于2012年1月25日、2012年4月30日結(jié)束，總填筑量為21萬m3，其中心墻黏土料回填5.2萬m3，強(qiáng)風(fēng)化泥巖料填筑15.8萬m3。一期大壩填筑施工質(zhì)量，經(jīng)施工單位自評、監(jiān)理單位復(fù)核、管理局認(rèn)定，確定為合格，目前正抓緊后續(xù)工程施工。

按照《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T 5129—2001)，中峰水庫大壩心墻填筑采用“三點(diǎn)擊實(shí)方法”控制壓實(shí)度。大壩心墻填筑前，由參建各單位共同進(jìn)行現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，通過碾壓試驗(yàn)結(jié)果修正、調(diào)整設(shè)計施工參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，控制心墻填筑質(zhì)量。通過中峰水庫一期抬頭壩心墻填筑黏土檢測數(shù)據(jù)反映:46%數(shù)據(jù)壓實(shí)度大于100%，筆者就此原因做如下分析。

2 填筑前碾壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)參加單位

中峰水庫碾壓試驗(yàn)參加單位分別為:項(xiàng)目管理單位、監(jiān)理單位、施工單位、檢測單位等。

2.2 試驗(yàn)過程

由于土料天然含水量僅16.8% ～18.4%，低于最優(yōu)含水率4% ～5%，試驗(yàn)前料場開挖溝渠注水一周后含水量提高到20.5%～23.5%進(jìn)行試驗(yàn)。心墻鋪料厚度分為3種(30cm，35cm，40cm)，每種鋪土厚度分3個小試驗(yàn)塊，采用3種碾壓遍數(shù)試驗(yàn)(靜壓2遍，震壓6、8、10 遍)。詳見下表、圖1。

心墻鋪料厚度及對應(yīng)碾壓遍數(shù)表

圖1 干密度碾壓遍數(shù)

從以上數(shù)據(jù)分析得出，30cm、35cm場試驗(yàn)的8遍的平均干密度，壓實(shí)度均滿足要求。相同鋪土厚度隨著碾壓遍數(shù)增加，8遍時增加，10遍的時候干密度均減少，說明并非增加遍數(shù)干密度隨之增加，超過8遍后，土料存在過壓破壞，其中密度反而減少。碾壓8遍質(zhì)量最為穩(wěn)定，6遍壓實(shí)功扁小，10遍壓實(shí)功過大。不同厚度碾壓遍數(shù)為6的壓實(shí)效果最差，尤其厚度超過40cm，表現(xiàn)明顯，8遍以后碾壓質(zhì)量趨于穩(wěn)定。鋪土厚度40cm相對35cm，干密度在相同碾壓遍數(shù)下:6遍減少0.2%，8遍減少0.06%，10遍減少1.1%。

2.3 試驗(yàn)成果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，施工單位提出了鋪土厚度35cm，進(jìn)占法施工，XSM220-22t振動凸塊碾靜壓2遍后，開強(qiáng)震行車速度1檔(2.5km/h)碾壓8遍的施工參數(shù)。

3 大壩心墻填筑質(zhì)量控制及檢測

3.1 施工控制參數(shù)的確定

中峰水庫心墻填筑黏土料為第四系全新統(tǒng)(QdL)坡積褐紅色粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土，含砂量小于3%。根據(jù)中峰水庫大壩心墻設(shè)計控制指標(biāo)和現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)成果，設(shè)計單位最終下達(dá)中峰水庫大壩心墻防滲體施工控制指標(biāo)為:干密度≥1.60g/cm3，碾壓含水率 ω=23.14% ±2%，室內(nèi)滲透系數(shù)不大于1×10－6cm/s;鋪土厚度30cm/層，采用XSM220—22t振動凸塊碾靜壓2單遍，開強(qiáng)震行車速度1檔(2.5km/h)碾壓8單遍，壓實(shí)度不小于0.98。

3.2 檢測方法及工藝流程

中峰水庫大壩心墻填筑現(xiàn)場取樣采用三點(diǎn)擊實(shí)控制壓實(shí)度。三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法又稱快速壓實(shí)控制法，該方法進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)時，不需測定填筑土料的含水量，僅在測定現(xiàn)場濕容重后，用現(xiàn)場容重試驗(yàn)的土樣做三種不同含水量的擊實(shí)試驗(yàn)，測定三個擊實(shí)濕容重，就可以確定現(xiàn)場這一層填土的壓實(shí)度、最優(yōu)含水量與現(xiàn)場填土含水量的差值。采用此法不僅操作簡便，更重要的是能節(jié)約現(xiàn)場試驗(yàn)時間，不影響施工進(jìn)度，特別是對有度汛要求，而工期又較緊的土石壩施工，更能體現(xiàn)節(jié)約現(xiàn)場檢驗(yàn)時間這一特點(diǎn)。

3.3 質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)

中峰水庫一期抬頭壩于2012年1月25日開始填筑，其中心墻從灌漿蓋板高程以上1923.17m處開始起填至抬頭壩高程1949.44m處，共計26.27m，取樣99層，平均層厚26.53cm，填筑5.2萬m3，環(huán)刀取樣370個，平均每145m3取樣一組，擊實(shí)試驗(yàn)44個，壓實(shí)度大于100%的數(shù)量193個，占取樣比例的46.7%，壓實(shí)度值在100.1% ～106.0%之間，均值為101.8%。含水率大于最優(yōu)含水率的有163個，占取樣比例的44.1%，含水率小于最優(yōu)含水率的有207個，占取樣比例的55.9%。

土料變化主要反映在最優(yōu)含水率與填筑含水率，最大干密度的變化較小。主要原因是由于云南省持續(xù)三年的干旱，而牟定縣中峰水庫又位于滇中干旱區(qū)楚雄州的中部，是旱區(qū)中的旱區(qū)，黏土料場天然含水率低，僅為16.8% ～18.4%，低于最優(yōu)含水率4% ～5%。施工中采用了在黏土料場現(xiàn)場提前7天溝渠注水提高含水率的方法，但配水后料場含水率不均勻，均方差4.48%。取樣低于最優(yōu)含水率部分所占比例為55.9%，高于最優(yōu)含水率部分所占比例為44.1%。

4 壓實(shí)度過百分析

4.1 填筑黏土料

中峰水庫黏土料場土料面積大，可開采深度3～5m，土料變化慢。整個料場沒有大于5mm的顆粒含量，擊實(shí)成果最大干密度與最優(yōu)含水率不用校核，從取樣數(shù)頻率和方法看，可以消除該可能性。

4.2 試驗(yàn)取樣方法

采用三點(diǎn)擊實(shí)以濕密度控制壓實(shí)度，含水率采用烤箱烘干法。500cm3環(huán)刀取樣深度為碾壓層厚的2/3位置，反映碾壓后的整體水平。

4.3 壓實(shí)功

壓實(shí)功與鋪土厚度、行車速度、擊震力、碾壓遍數(shù)有關(guān)。現(xiàn)場施工行車速度和機(jī)械工況一般沒有問題，施工中嚴(yán)格控制鋪土厚度與碾壓遍數(shù)。

a.鋪土厚度:根據(jù)碾壓試驗(yàn)成果，采用鋪土厚度35cm/層，XSM220—22t振動凸塊碾壓路機(jī)靜壓2單遍，振動碾壓8單遍，較經(jīng)濟(jì)合理，而在研究碾壓參數(shù)時，參建單位擔(dān)心鋪土35cm在施工時會控制不當(dāng)，采用了保守的鋪土厚度30cm。根據(jù)取樣后的層數(shù)統(tǒng)計，實(shí)際碾壓后層厚均值為26.53cm，說明施工中鋪土厚度控制得較好。

b.碾壓遍數(shù):為保證施工質(zhì)量，施工期間管理局(監(jiān)理)安排了專職人員統(tǒng)計碾壓遍數(shù)，碾壓遍數(shù)符合設(shè)計要求，對局部土料含水量低于最優(yōu)含水量、碾壓后干容重達(dá)不到設(shè)計要求的進(jìn)行補(bǔ)壓。

c.施工工藝:采用20t雙橋自卸貨車進(jìn)占法卸料鋪土，卸料過程中重車也有一定的壓實(shí)效果，所以，壓實(shí)功大于碾壓試驗(yàn)，也大于規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)功。

d.含水率和壓實(shí)度統(tǒng)計后曲線圖見圖2，該曲線類似擊實(shí)功大于標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功曲線，最優(yōu)相對含水率應(yīng)該在－3% ～4%之間，最優(yōu)相對含水率超過－3% ～4%時，壓實(shí)度變化得較快。從圖中可以看出，填筑含水率與壓實(shí)度關(guān)系明顯有規(guī)律，說明鋪土厚度與壓實(shí)遍數(shù)控制是比較嚴(yán)格的，且統(tǒng)計含水率低于最優(yōu)含水率的比例基本和壓實(shí)度大于100%的比例相同。

圖2 統(tǒng)計含水壓實(shí)度

5 結(jié)語

壓實(shí)度過百的原因主要是因?yàn)橥亮献兓笪醇皶r校核最大干密度;試驗(yàn)誤差(擊實(shí)試驗(yàn)過程中備樣干法和濕法，土料的超徑顆粒校核不準(zhǔn)，擊實(shí)功不足等);采用重型機(jī)械，壓實(shí)功過大等。通過以上分析，中峰水庫黏土心墻壓實(shí)度超百主要原因是回填黏土料含水量略低于最優(yōu)含水率、現(xiàn)場碾壓機(jī)械壓實(shí)功大于標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)功造成的。

壓實(shí)度過百反映土料的填筑質(zhì)量是好的，但是也就意味著碾壓施工付出了更多的施工成本，從技術(shù)角度看，壓實(shí)度超過設(shè)計指標(biāo)，土料填筑質(zhì)量的各項(xiàng)物理性能提高并不大，付出的成本卻過高。大的機(jī)械壓實(shí)功對于土料天然含水率低于最優(yōu)含水率2%～3%的土料碾壓，對工程質(zhì)量沒有負(fù)面影響，但含水率過低，通過增加機(jī)械加壓實(shí)功不但土料難于碾壓，且碾壓土料水穩(wěn)性不好;若土料含水率高于最優(yōu)含水率，大的壓實(shí)功容易導(dǎo)致土料剪切破壞，干密度反而降低，對質(zhì)量影響較大，應(yīng)該避免。施工中壓實(shí)度過百，應(yīng)該認(rèn)真分析成因，若是壓實(shí)功過大，應(yīng)研究經(jīng)濟(jì)合理的碾壓參數(shù)，降低施工成本，提高施工效率。填筑質(zhì)量應(yīng)通過控制含水率來保證，通過增大壓實(shí)功率來滿足質(zhì)量不但不科學(xué)，也不經(jīng)濟(jì)。■

1 DL/T 5129—2001.碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.

2 SL 237—1999.土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.