水庫壩體填筑材料現場碾壓試驗分析

樂仁杰

【摘要】水庫壩體的填筑工程好壞將直接影響到水庫安全性，為了有效的保證水庫壩體填筑的質量，我們首先需要選擇填筑質量過硬的材料作為壩體的填筑內料。而若想了解其材料的性能，我們需要采用有效的試驗方法對其進行分析。基于此，下面就結合作者的實際工作經驗，簡要的分析了水庫壩體填筑材料現場的碾壓試驗，以供借鑒參考。

【關鍵詞】水庫壩體；填筑材料；現場碾壓；試驗

前言：

本文主要對水庫壩體的填筑材料碾壓試驗做出探討，并且結合實際施工案例，詳細的介紹試驗研究的方法以及試驗研究的流程，并且針對其試驗的結果進行系統(tǒng)性分析，為壩體設計、施工提出了一定的依據，為同類的水庫壩體現場材料的碾壓試驗提供了參考。

1、 案例工程的概況分析

按照測量統(tǒng)計的分析，某水庫工程主要是由主壩、7座副壩、溢洪道、左右岸灌溉引水隧洞及泵站組成，主壩壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高43.12m，壩頂總長652.03m，壩頂寬6m，水庫總庫容1.563億m3。在以往工程實踐中，巖體現場的碾壓填筑資料較少，為了充分掌握其碾壓的特點，確定碾壓的參數，積極的開展現場碾壓的試驗就顯得十分重要。

2、 試驗研究的方案

碾壓機具選擇25t自行式振動平碾，根據類似壩體填筑料現場碾壓試驗研究和填筑施工經驗，結合現場試驗場地條件，擬定2種試驗料在加水工況下的最大碾壓遍數為8遍；在不加水工況下的最大碾壓遍數為6遍；擬定3種鋪土厚度分別為60、80、100cm；振動碾壓行車速度不大于2.5km/h。在試驗前期，考慮到砂巖在較高激振力作用下可能會產生過度顆粒破碎，將其振動激振力定為220kN，泥巖振動激振力定為390kN。在對碾壓試驗結果分析后，認為激振力對砂巖的顆粒破碎影響較小，進而采用振動激振力為390kN進行了對比試驗研究。

試驗過程中，我們主要圍繞試驗材料表面沉降、壓實質量和碾壓前后級配變化三方面開展研究，進行了沉降觀測、試坑灌水法密度檢測和篩分試驗。

3、 試驗研究流程

在正式的試驗檢測之前，經過控制最大粒徑的方法在取料場對試驗材料進行實驗前的顆粒分析，以確定出試驗原級配，在料場剔除或是破碎徑顆粒；填筑時采用后退法卸料及攤鋪，碾壓時采用進退錯距法振動碾壓；沉降測量采用水準儀進行高程測量。采用規(guī)范規(guī)定的試坑灌水法進行干密度檢測并進行碾壓后顆粒分析，采用水準儀進行表面沉降測量。

4 、干密度試驗成果

本項研究總計選擇了94個代表性的位置，采用試坑灌水法進行了干密度檢測，每項試驗組合內選擇3個代表性位置進行檢測，取其平均值作為各試驗組合下的壓實干密度值。

復核試驗時對2種試驗料均采用鋪土厚度80cm、碾壓遍數為8遍、一種振動碾壓行車速度（不大于2.5km/h）并采用加水工況，其中砂巖的碾壓激振力為220kN，泥巖的碾壓激振力為390kN，測得砂巖和泥巖對應的干密度平均值分別為2.12g/cm3和2.14g/cm3。

5 、試驗結果分析

5.1 壓實干密度影響因素分析

5.1.1鋪土厚度對壓實干密度的影響

2種試驗料壓實密度隨鋪土厚度的變化規(guī)律基本一致，在同一碾壓遍數下，壓實干密度隨鋪土厚度的增加而減小。且鋪土厚度從80cm增加到100cm時干密度的減小幅度較鋪土厚度從60cm增加到80cm時明顯，說明鋪土厚度的增加將顯著降低壓實干密度值。鋪土厚度越薄，壓實干密度越容易得到提高。但同時填筑層越薄，相應會增加工程施工難度，提高工程投資。因此結合其它碾壓參數，認為此2種筑壩材料采用80cm的鋪土厚度較為經濟合理。

5.1.2碾壓遍數對壓實干密度的影響

在同一鋪土厚度下，壓實干密度隨碾壓遍數的增加有明顯的提高，碾壓遍數從6遍增加到8遍時干密度的增加值較碾壓遍數從4遍增加到6遍時小。由此可以推斷進一步提高碾壓遍數后填筑料壓實將趨于穩(wěn)定，干密度的提高將不明顯。盡管壓實干密度的提高主要發(fā)生在碾壓6遍之前，但根據工程實踐經驗，為確保筑壩材料的碾壓密實程度，碾壓遍數不宜過低；因此，認為2種筑壩材料的碾壓遍數采用8遍較為合理。

5.1.3加水對壓實干密度的影響

受現場條件限制，本項研究在試驗料攤鋪階段進行加水。當加水量達2%～3%（體積含水量）時，試驗料表層部分區(qū)域已有積水，因此停止進一步加水。通過干密度值可以看出，加水碾壓有助于干密度的提高。同時泥巖受遇水易軟化特性的影響，對加水的影響更為敏感。由于試驗料在攤鋪過程中，表層破碎嚴重，水的下滲較緩且容易在車轍處積水，如進一步灑水，將很容易形成“橡皮土”，使填筑層間形成薄弱面，給壩體穩(wěn)定帶來安全隱患。參照其它工程碾壓施工經驗，應通過取運料、卸料及攤鋪三階段進行加水，總加水量可控制在3%～5%（體積含水量）。

5.2 顆粒破碎結果分析

試驗料攤鋪及碾壓過程中，均會產生一定程度的顆粒破碎。相比試驗前顆粒級配，振動碾壓明顯造成試驗料中間粒徑顆粒比例增大。此外，振動碾壓引起的顆粒破碎主要發(fā)生在厚度為20cm以內的表層，激振力傳遞到填筑體內部后主要引起填筑體結構的調整及細顆粒在粗顆粒間空隙的填充。結合開挖試坑及顆粒分析結果發(fā)現，泥巖產生的顆粒破碎比砂巖更為明顯；試驗料加水后由于吸水軟化，更容易產生顆粒破碎；對砂巖而言，激振力的提高也能使表層的顆粒破碎變得更為顯著。在受攤鋪后試驗料級配存在差異的因素影響，在顆分數據點較少的情況下，碾壓后顆粒破碎規(guī)律較難準確統(tǒng)計。此外，如攤鋪時控制不當造成粗顆粒相對集中，很容易產生架空，由此極易造成所在位置處干密度的顯著降低。

結語：

總而言之，為有效的保證水庫壩體填筑的質量，更深入的了解有關的填筑材料作為壩體填筑內料的特點，本文就經過實際的施工案例，對水庫壩體的填充材料進行現場碾壓試驗，

并針對試驗所得的結果作了分析，相信可以為壩體的設計施工以及同類型水庫壩體材料現場碾壓試驗研究提供參考。

參考文獻：

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