天然高含水率火山灰質土料填筑碾壓施工

胡宗容，劉莉萍

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066； 2.中電建路橋集團有限公司，北京100048)

1 工程概況

毛里求斯是印度洋西南部島國，屬亞熱帶海洋性氣候，分夏、冬兩季，終年濕熱，年平均氣溫25 ℃。5月～10月的天氣比較清涼，氣溫17～25 ℃；11月～4月氣溫25～30 ℃；1月～4月是雨季[1]。巴加泰勒(BAGATELLE)水壩項目位于毛里求斯中部的特里汝吉河(Terre Rouge River)上，大壩壩頂長2 550 m，最大壩高48 m，壩頂寬7 m。大壩由3部分組成：左岸土壩段長980 m、右岸土壩段長1 270 m、堆石壩段布置在壩體中間，連接左、右兩岸土壩，長300 m、壩頂寬7 m。巴加泰勒水壩工程總體平面布置見圖1。壩體填筑的任意料(火山灰土料)填筑工程量170萬m3，心墻料填筑工程量45.5萬m3，均來自于左、右岸土料場和壩基開采料。

圖1 巴加泰勒水壩工程總體平面布置

2 火山灰質土料基本性質

大于2 mm顆粒含量為0～24.0%，平均4.0%，土樣較為均勻；小于0.08 mm細粒含量為51.6%～90.3%，平均72.6%；小于0.005 mm粘粒含量為16.0%～26.0%，平均21.8%，土料分類定名為含砂高液限粘土(CHS)[2]。

土料天然含水率試驗共14組土樣，在不同深度不同位置取樣。試驗結果顯示，天然含水率最小值41.1%，最大值58%，平均值50.7%。對火山灰質土填筑料采用普氏擊實方法(604 kJ/m3)進行了12組擊實試驗。試驗結果顯示，最大干密度為1.26～1.42 g/cm3，平均1.322 g/cm3；最優含水率26.2%～42.5%，平均35.5%；天然含水率平均51.8%，比最優含水率平均值大16.3%。擊實土進行了12組滲透系數試驗。成果顯示，土料滲透系數為1×10-7cm/s，為極弱透水性。總之，任意填筑料密度較小，含水率較高[3]，具有極弱透水性、中等壓縮性與較高抗剪強度。

3 含水率檢測

試驗研究時段選擇在8月～10月進行，避開雨季。

3.1 開采前

開采前，在料場取樣進行含水率檢測，共取樣10組。含水率檢測結果見表1。

表1 開采前天然含水率 %

3.2 裝車前

試驗采用推土機推料，裝載機裝料的方式開采土料。其中，推土機推料厚度分別為5～10、 10～15、15～20 cm。推土機推料后不直接裝車，晾曬0.5～1 h后開始裝車。不同開采厚度土料在裝車前分別取樣10組進行含水率檢測，檢測結果見表2。由表2知，薄層開采時，開采厚度越小，含水率降低越明顯[4]。

表2 不同開采厚度土料裝車前含水率 %

3.3 運輸過程中

土料開采完成后，用裝載機裝車，20 t自卸汽車運輸，后退法上料攤鋪[5]。汽車卸料后，推土機整平攤鋪前取樣進行含水率檢測。每種推料厚度分別取樣10組檢測。檢測結果見表3。

表3 攤鋪前土料含水率 %

3.4 攤鋪整平后

攤鋪采用推土機攤鋪整平，水準儀控制攤鋪厚度。攤鋪整平后，每個試驗塊各取樣10組進行含水率檢測。檢測結果見表4。

4 碾壓試驗

分別將不同開采厚度的土料進行攤鋪、碾壓，碾壓試驗[6]參數見表5。

碾壓試驗由20 t自卸汽車運輸、SD22推土機攤鋪整平，徐工16 t自行式凸塊振動碾碾壓，精密水準控制鋪土厚度。每個碾壓試驗塊面積為8 m×10 m。開采厚度為5～10、10～15、15～20 cm各碾壓試驗塊檢測結果分別見表6、7、8。碾壓前，取樣檢測最大干密度為1.32 g/cm3，最優含水率為38.3%。

表4 攤鋪整平后含水率 %

表5 碾壓試驗參數

表6 開采厚度5～10 cm碾壓試驗檢測結果

表7 開采厚度10～15 cm碾壓試驗檢測結果

表8 開采厚度15～20 cm碾壓試驗檢測結果

5 成果應用

左岸土料試驗成果見圖2。右岸土料試驗成果見圖3。從圖2、3可知，在施工過程中，土料含水率平均降低9.5%左右，最大值14.2%，最小值4.4%；土料填筑壓實度均達到90%以上，壓實度值分布在90%～95%之間居多，壓實效果滿足設計文件及技術要求；壓實后土料現場十字剪切試驗抗剪強度平均值達到了140 kPa，滿足設計要求。

6 結 語

從毛里求斯巴加泰勒水壩項目天然高含水率火山灰質土料上壩填筑碾壓施工實踐可知，土料開采宜采用推土機薄層開采，開采厚度5～10 cm，含水率在裝車前可降低4.4%左右；在攤鋪過程中，先使用推土機攤鋪，由于推土機自重較

圖2 左岸土料試驗成果

圖3 右岸土料試驗成果

大，其履帶在攤鋪過程中再次將土料破碎、碾壓，整體攤鋪完成后再進行整體整平；推土機反復在鋪填土料上行走碾壓，促使土料中水分快速蒸發，此過程中，土料含水率可降低1%左右；碾壓時先整體靜碾2遍，后順序振動碾壓，在碾壓過程中，可降低含水率2.4%。

[1] 李偉, 張帆. 毛里求斯巴加泰勒大壩多點位移計在壩基沉降監測中的應用[J]. 四川水力發電, 2016, 35(3)： 44- 45.

[2] 祝學勇. 湖淤積中高液限粘土壓實特性與碾壓控制標準研究[D]. 濟南： 山東大學, 2015．

[3] 林軍, 武錦華. 淺談土料高含水率地區土壩的施工[J]. 中國農村水利水電, 2004(3)： 62- 63．

[4] 何剛. 土料薄層開采技術應用[J]. 西北水力發電, 2005, 21 (S2) ： 158- 159．

[5] 閆志珍. 天荒坪電站上水庫壩體高含水量土料填筑施工[J]. 水力發電, 1998(8)： 61- 63．

[6] 李朝政. 苗尾水電站高含水率心墻防滲土料碾壓試驗研究[J]. 水利與建筑工程學報, 2013, 2(11)： 158- 163．