石板溝水庫壩殼料碾壓試驗施工探析

岳 芳

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 石板溝水庫概況

石板溝水庫位于金強河上游左岸支流石板溝上，庫區主要為石板溝溝道，溝谷較開闊，呈基本對稱的“U”字形，河谷底寬 150～350 m 不等，兩側無階地。工程所在地區屬高寒半干旱濕潤氣候，氣溫低、日照短、無霜期短、多風、天氣多變是該地區最為顯著的氣候特征。水庫總庫容為190.2 萬m3，工程等別為Ⅳ等，工程規模小⑴型。大壩為壤土心墻砂礫石壩，壩頂長273 m、寬6 m，最大壩高36 m。心墻采用粉質壤土，上游側設一層反濾層，下游側設兩層厚均為2 m 的反濾層。大壩主體壩殼填筑料來源為水庫上游庫底開挖的砂礫石料經篩分所得。

2 碾壓試驗目的

進行現場碾壓試驗的目的是根據現有的機械設備，利用經實驗室檢驗符合設計要求的壩殼料，驗證在試驗段的不同鋪土厚度和含水率條件下所測得的碾壓參數，是否符合設計填筑要求的施工參數。試驗過程中要掌握含水率對碾壓效果的影響、鋪土厚度和碾壓遍數的關系、含水率與碾壓遍數的關系、碾壓遍數與沉降量的關系，確定合理的碾壓參數（包括碾壓機具的選擇）及施工工藝，并用以指導壩體大規模填筑施工。

3 碾壓試驗施工工藝

3.1 試驗場地選擇及布置

3.1.1 場地選擇 場地應堅實平整，至少能容納一個完整的試驗組合。試驗單元兩側應有足夠寬度，可供施工機械與重車行走、回車錯道。試驗單元順壩軸線方向的兩端留5 m 作為停車和錯車非試驗區。

3.1.2 場地布置 為避免重復勞動、節省投資、縮短工期，碾壓試驗結合壩體填筑進行。以壩縱0+015～壩縱0+045、壩橫 0+120～壩橫 0+180（高程 2 825.40 m）為試驗段進行壩殼料碾壓試驗，分條帶分別進行不同碾壓遍數的碾壓和取樣工作，場地經平整處理后振動壓實，確保基礎沉降量每壓一遍不超過2 mm，表面平整度不超過10 mm。場地規劃見圖1。

圖1 壩殼料試驗場地規劃

3.2 碾壓試驗程序

3.2.1 碾壓前的工作 卸料：自卸車采用進占法倒退卸料，使汽車始終在松土上行駛，避免在壓實土層上開行造成超壓引起剪力破壞。鋪料整平：鋪料采用推土機整平，沿壩縱向設兩根標高指示桿，并根據松鋪層厚掛線，以保證鋪土厚度符合要求。灑水：鋪料前首先進行基礎面灑水濕潤，以利于層間結合。攤鋪層的天然含水率經檢測后若有所降低或不符合最優含水率要求時應進行壩面補灑。

3.2.2 碾壓施工 試驗段由專人指揮22T 壓路機采用進退錯距法碾壓。每區段按照各靜壓2 遍，再振動4、6、8 遍進行。碾輪每遍重疊40 cm 左右，行車速度3～4 km/h。碾壓前測量松鋪面高程，具體為靜壓2遍、振動碾壓4 遍后開始測量1 次高程，同樣方法測量碾壓6 遍和碾壓8 遍的高程，并做好記錄。碾壓完成后在預先設定的部位，灌水法檢測濕密度，試樣含水率采用快速測定法檢驗。試驗完畢將試坑所挖出的砂礫料全部均勻回填原坑，并用重錘分層夯實直至達到設計要求。

3.2.3 檢測基本工藝 沉陷量用水準儀測量，精度±1 mm；含水量用快速測定法測定；密度采用灌水法測定。

3.3 碾壓試驗方案

采用淘汰法確定碾壓參數數值。填筑壩殼料為水庫上游庫底砂礫石料開挖篩分所得。松鋪厚度擬采用60 cm、65 cm、70 cm 鋪料厚度進行壓實效果比選。碾壓遍數擬定6、8、10 三種不同碾壓遍數進行壓實效果比選。砂礫石壩殼料填筑質量采用灌水法試驗。終碾后進行試驗成果計算，分別計算各條帶的相對密度，繪制干密度、碾壓遍數和含水率關系曲線圖。

3.4 試驗數據分析及結論

根據試驗成果得出相應的碾壓試驗結論，提交監理工程師審批后用于正式施工。試驗成果計算公式如下：

式中，Dr.ds為壓實相對密度；ρds為壓實干密度；ρd.max為試驗最大干密度；ρd.min為試驗最小干密度。

3.4.1 試驗數據分析 工地實驗室依據《土工試驗規程》(SL237-1999) 在碾壓試驗開始之前對壩殼料進行了擊實試驗，得出最大干密度為2.45 g/cm3、最小干密度為1.92 g/cm3、控制干密度為2.33 g/cm3。該工程設計要求壩殼料填筑相對密度≥0.82，每一層選取6 個檢測點位采用灌水法進行取樣，取檢測點位的干密度平均值計算相對密度。試驗路段在進行下一層填土時不得對上一土層進行大的擾動，干密度檢測完畢后進行下一步施工。

3.4.1.1 松鋪厚度和碾壓遍數的確定。試驗段Ⅰ區當松鋪厚度為60 cm 時，碾壓6 遍后平均相對密度為0.73，平均壓實厚度為53.4 cm，平均壓實系數為1.124；碾壓8 遍后平均相對密度為0.86，平均壓實厚度為52.4 cm，平均壓實系數1.145；碾壓10 遍后平均相對密度為0.83，平均壓實厚度為51.4 cm，平均壓實系數1.167。試驗段Ⅱ區當松鋪厚度為65 cm時，碾壓6 遍后平均相對密度為0.72，平均壓實厚度為57.5 cm，平均壓實系數為1.130；碾壓8 遍后平均相對密度為0.84，平均壓實厚度為56.2 cm，平均壓實系數為1.157；碾壓10 遍后平均相對密度為0.83，平均壓實厚度為55.4 cm，平均壓實系數為1.173。試驗段Ⅲ區當松鋪厚度為70 cm 時，碾壓6 遍后平均相對密度為0.67，平均壓實厚度為61.8 cm，平均壓實系數為1.133；碾壓8 遍后平均相對密度為0.71，平均壓實厚度為58.8 cm，平均壓實系數為1.190；碾壓10 遍后平均相對密度為0.70，平均壓實厚度為58.3 cm，平均壓實系數為1.201。

由以上數據可知，松鋪厚度為60～65 cm，22T振動壓路機碾壓8 遍均能滿足設計相對密度要求，鋪設厚度為65 cm 時機械利用率最高。

3.4.1.2 試驗結果。干密度與含水量關系曲線根據各鋪層厚度振動碾壓8 遍所測數據進行繪制，詳見圖2～4。

試驗過程中干密度隨壓實遍數的增加逐漸增加，以最大干密度2.33 g/cm3為標準干密度時，振動壓實6 遍時壓實干密度達2.30 g/cm3，相對密度為0.72；振動壓實8 遍時壓實干密度達2.35 g/cm3，相對密度為0.84；振動壓實10 遍時壓實干密度有所下降，為2.34 g/cm3，相對密度為0.83。

圖2 ρd—ω 關系曲線（鋪土厚度60 cm）

圖3 ρd—ω 關系曲線（鋪土厚度65 cm）

圖4 ρd—ω 關系曲線（鋪土厚度70 cm）

3.4.2 確定施工參數

3.4.2.1 碾壓機械設備。2 臺 50E 裝載機、1 臺 SD22 推土機鋪料、10 輛 20T 自卸汽車、3 臺 22T 光面振動碾、1輛15m3灑水車、2 臺1T 振動碾、2 臺蛙式打夯機。

3.4.2.2 壩體碾壓參數。壩殼料松鋪厚度65 cm，靜碾2 遍、振碾6 遍，碾壓速度3～4 km/h，碾壓振動頻率28～32 Hz。現場取樣干密度2.35 g/cm3, 含水率5.0%，相對密度0.84，滿足設計標準。

4 施工注意事項

壩殼料攤鋪要平整均勻，防止高低不平影響壓實效果；行車速度要按確定的碾壓參數嚴格控制，保證碾壓遍數；嚴格控制料源質量，含水率過大的不合格料不能作為填料使用；壩殼料內不能混有草根，不得摻混其他壩料；試驗過程中碾壓遍數低于最終確定碾壓遍數的區段要進行補壓，超過松鋪厚度填筑的部位要清理至要求層厚后進行重新碾壓，直至滿足設計相對密度要求；填筑時邊坡部位按照1～1.5 m 進行超寬碾壓，確保經過削坡后壩坡相對密度也能滿足設計要求。

5 結語

通過對試驗段碾壓效果的檢測和數據分析可知，在天然含水率為5%的狀態下，松鋪厚度控制為65 cm,采用22T 振動壓路機靜壓2 遍、強振6 遍比較經濟合理，效果較好。