八木墩水庫l料場復(fù)查及碾壓試驗計劃書

工程概況新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電設(shè)計研究所受新疆兵團水利水電工程集團有限公司委托，對巴木墩水庫工程大壩筑壩材料進行料場復(fù)查及碾壓試驗工作，了解壩體填筑料（壩殼料及過渡料）的質(zhì)量及儲量，為大壩填筑提供施工技術(shù)參數(shù)。壩料設(shè)計要求根據(jù)施工要求，在大壩施工前需進行料場復(fù)查及碾壓試驗，以取得壩體填筑料的最優(yōu)施工工藝參數(shù)，保證大壩填筑的施工質(zhì)量。設(shè)計壩料類別主要有：壩殼料、過渡料，本次碾壓試驗需要針對以上二種料進行。料源代表性直接影響碾壓試驗的成敗，需明確試驗料場的開采位置、各料場的級配情況、各種壩料的質(zhì)量、儲量要求、填筑要求等，見表1。表1壩體填筑料主要設(shè)計指標(biāo)填筑料名稱壩料要求填筑要求開采位置填筑厚度設(shè)計干密度過渡料區(qū)相對密度不小于0.85壩體砂礫料區(qū)相對密度不小于0.85注：此表內(nèi)容料場復(fù)查結(jié)束后后填寫。根據(jù)建設(shè)方施工進度計劃，進行滿足壩殼料施工要求的碾壓試驗，壩殼料、過渡料試驗。料場復(fù)查及試驗用料本次料場復(fù)查工作擬在設(shè)計人員前期勘察料場的基礎(chǔ)上進行，在規(guī)劃料場區(qū)布設(shè)16個勘探點，采用挖掘機刻槽法進行勘探，確定合理的開采深度，對所有勘探點料進行級配試驗，結(jié)合前期地勘試驗資料對各組顆分曲線進行統(tǒng)計分析，對每組料最大粒徑Dmax、特征含量dlO、d20、d30、d60及參數(shù)Cu、Cc、含泥量等進行統(tǒng)計，得到其均值與方差，分析料場級配的離散程度。采用平均線、上包線、下包線進行相關(guān)物理力學(xué)性能試驗。試驗用料隨著其性質(zhì)的不同，影響到碾壓試驗的組數(shù)和試驗場次的多少。對于壩殼料，當(dāng)其上下級配包線在一個很窄小的范圍內(nèi)時，采用平均級配曲線近似的代表該料場的壩料性質(zhì)，可以它為代表進行碾壓試驗。若上下包線分布范圍很大時，代表性壩料將是多組，則應(yīng)審慎選取不同級配的代表壩料進行碾壓試驗。當(dāng)有多個料場時，若不同料場壩料的性質(zhì)相差較大時，也應(yīng)分別對每個料場的壩料進行碾壓試驗。3碾壓試驗?zāi)康呐c內(nèi)容試驗?zāi)康模?）驗證壩體填筑設(shè)計壓實標(biāo)準(zhǔn)的合理性，通過碾壓試驗對原設(shè)計的壓實密度進行驗證；（2） 檢驗25t自行式振動碾（16t牽弓I式振動碾）的適用性及其性能的可靠性；（3） 通過試驗確保達到填筑標(biāo)準(zhǔn)的壓實方法（含鋪填卸料方法、振動碾行車及振動技術(shù)性能、免加水碾壓效果等）；（4） 通過試驗確定大壩填筑時的施工碾壓參數(shù)；5）分析比較所選填筑料碾壓前后的級配變化。試驗內(nèi)容（1）碾壓機具選定后，通過人工合成不同細(xì)料含量的級配料進行碾壓試驗，繪制最大干密度、最小干密度與含礫率（P5）關(guān)系曲線，進而也可換算出在不同控制標(biāo)準(zhǔn)下（0.80、0.85）的現(xiàn)場碾壓干密度與含礫率（P5）關(guān)系曲線，稱之為標(biāo)準(zhǔn)曲線，為將來壩體碾壓提供可靠的密度控制依據(jù)。2）對壩體砂礫石料進行不同鋪土厚度（擬選擇60cm、80cm、100cm）不同碾壓遍數(shù)（6遍、8遍、10遍）的組合碾壓試驗,了解不同區(qū)域的鋪料方式、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度壓實效果。（3）試驗過程中應(yīng)進行相應(yīng)的檢測項目，主要包括沉降量、干密度、滲透系數(shù)、碾壓后顆粒破碎情況等試驗。4）對填筑試驗結(jié)果進行分析與評價,確定出最優(yōu)碾壓參數(shù)，編寫碾壓試驗報告遞交監(jiān)理人，根據(jù)設(shè)計要求對施工參數(shù)的選擇作出論證。最大、最小干密度標(biāo)準(zhǔn)曲線推求砂礫料填筑的壓實標(biāo)準(zhǔn)以相對密度控制,施工前先通過試驗確定填筑料的最大和最小干密度，對施工質(zhì)量控制具有重要意義。然而確定砂礫料的現(xiàn)場最大干密度還沒有一個完整、成熟的確定方法，致使質(zhì)檢結(jié)果難以評價，影響工程填筑質(zhì)量?！锻凉ぴ囼炓?guī)程》（SL237-1999）中規(guī)定了粒徑小于60mm粗粒土的相對密度試驗方法。該方法雖然對大于60mm粒徑的土料試驗提出了可采用剔除法、等量代替法、相似級配法、混合法等方法,但同時也指出這幾種方法各有一定局限性,要求在使用時要根據(jù)土料性質(zhì)和試驗項目來決定。工程實踐證明,這些方法確有不足之處,經(jīng)常出現(xiàn)相對緊密度大于1或反復(fù)碾壓也達不到壓實標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足工程實際的需要。本次碾壓試驗采用現(xiàn)場實測全級配砂礫石壩料的最大、最小干密度的方法開展研究工作。配料為得到較可靠的標(biāo)準(zhǔn)曲線，以壩料上、下包線細(xì)料含量作為邊界，初步選擇細(xì)料含量為10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%進行人工配置，每組級配料用量30m3左右。試驗場地要求平整堅實，選擇在壩體以外，表面平整度小于10cm，按7組不同級配料考慮場地大小，共分7個條帶單元，每個單元尺寸5mX4m，周邊填2m寬約束料，場地布置如圖1所示。圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線碾壓場地布置圖二|?8ii0C-0000C百Q(mào)?站$10c0D°C守曲中+n、f.ROZ70ZhjZ成:.叩4r一一一5-_』1-.■■-1.一4r」iJ:干密度級配測點 +:滲透沉降量觀測點碾壓機具振動碾有一個最佳碾壓速度，在此速度下可以得到最佳生產(chǎn)率，本次碾壓試驗釆用碾壓設(shè)備采用沃爾沃SD251DXS全液壓振動壓路機，參數(shù)如表2。表2 碾壓設(shè)備機械參數(shù)設(shè)備名稱全液壓自行式振動碾備注

設(shè)備型號SD251DX生產(chǎn)廠家沃爾沃工作質(zhì)量(T)25.218振動頻率(HZ)30.8/23.3振動頻率擬選用30.8激振力(KN)368/137現(xiàn)場確定振幅(mm)1.76/1.14振幅擬選用1.76額定功率(KW)152.9行駛速度(Km/h)1.7速度擬選用1.74.4碾壓按擬定厚度鋪設(shè)，選擇鋪設(shè)厚度80cm，砂礫料采用推土機平整后退法鋪料。根據(jù)振動壓實理論，強振具有較強的穿透能力，影響深度大，有利于壓實層中間至底層的壓實；弱振具有較高的能量，有利于壓實層中間至表面的壓實。對人工級配料碾壓試驗采用震動碾先強振20遍，再弱振5-10遍，在振動過程中應(yīng)防止顆粒離析現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整振動頻率，通過測定其沉降率至0時，認(rèn)為級配料達到最大密實度，可停止振動。4.5密度測定工程中砂礫料干密度測定一般采用灌砂法或灌水法(加套環(huán))進行，為保證試驗精度，建議采用灌砂法測定干密度(注意：試坑體積可用泥膏封閉法進行修正)，每個單元測定碾壓密度2次，取其平均值。對每個孔挖出料用固定體積法測定相應(yīng)最小干密度值(注意：樣桶直徑應(yīng)大于壩

料最大粒徑的3倍），樣桶初擬直徑100cm、高100cm鋼制圓桶，在每個單元中部布設(shè)兩個變形觀測點，進行碾壓后變形量觀測及滲透試驗。4.6結(jié)果整理在上述實驗基礎(chǔ)上繪制最大、最小干密度-P5關(guān)系曲線，用于施工時確定相對緊密度的分析計算。圖2為某土石壩壩殼料確定最大和最小干密度曲線圖。宴■■大干畫廈?實?嚴(yán)扌、rim宴■■大干畫廈?實?嚴(yán)扌、rim赳Dr=0.80、Dr圖3P■—:~~rn~r^iT厶卜專土石壩壩1■…廠_■赳Dr=0.80、Dr圖3P■—:~~rn~r^iT厶卜專土石壩壩1■…廠_■殼料相對密度——L 1 -L— F標(biāo)準(zhǔn)曲1線^壓的'；xld-TM：:D=D.4$ |L島屮屈i按不同碾壓標(biāo)準(zhǔn)換算出相應(yīng)的碾壓干密度，繪制系列碾壓干密度與含礫:度標(biāo)準(zhǔn)曲線（Dr=0.75、砂礫石壩料碾壓試驗?zāi)雺涸囼瀳龅靥幚砑耙?guī)劃試驗場地要求平整堅實，可選在C1料場近旁處砂礫石地基上，平整后采用25t自行式振動碾進行碾壓處理，當(dāng)?shù)鼗雺褐粱静怀两岛螅ㄓ盟疁?zhǔn)儀測量控制），在其上鋪填厚度為30cm的砂礫石（d<80mm的細(xì)料），并用機械配合人工找平，再用振動碾碾壓20遍至水準(zhǔn)儀測不出沉降為止。平整度要求起伏差小于10cm，最大高低差小于30cm。按3種鋪土厚度、3種碾壓遍數(shù)進行9種情況組合，共分9個碾壓單元每個單元尺寸6mX10m,周邊填3m寬約束料，場地布置如圖4所示。圖4 碾壓試驗場地布置圖「<￡一￡一登「<￡一￡一登試驗用主要設(shè)備裝載設(shè)備、運輸設(shè)備、牽引式振動碾、自行式振動碾、高精度水準(zhǔn)儀、遙測轉(zhuǎn)速表、稱量設(shè)備、50m測繩、標(biāo)準(zhǔn)體積稱量桶、大型鎖扣鋼環(huán)、磅秤等。碾壓設(shè)備是核心，必須認(rèn)真選擇。對于堆石壩料應(yīng)選取重型振動碾進行施工。振動碾通?？煞譃樽孕惺胶蜖恳絻纱箢?。自行式振動碾行走、振動工作動力和操作系統(tǒng)集于一機上，運轉(zhuǎn)靈活，操作方便。牽引式振動碾自身動力僅用于提供振動能量，由其它牽引機械拖動行走其特點是生產(chǎn)效率高，用途廣。在施工時，要求自行式與牽引式的行走速度都是控制在5km/h以內(nèi)，因此二者的工作速度是一樣的。但自行式振動碾的壓實有效凈重僅是其總重的50?60%，如15t自行式振動碾，有效凈重僅101,最大離心力約為23t，對壩料施加的動、靜力總和為33t。而15t牽引式振動碾有效凈重為15t,最大離心力為381,對壩料施加的動靜力總和為531,是自行式振動碾的1.6倍?；谏鲜鲈?在混凝土面板堆石壩施工中,對主堆石區(qū)多釆用重型0151)牽引式振動碾進行碾壓。這不但經(jīng)濟而且壓實質(zhì)量好。對于墊層區(qū)和過渡區(qū),因工作面狹窄,考慮施工的靈活性,多釆用10t自行式振動碾。本次碾壓試驗擬采用沃爾沃SD251DXS全液壓振動壓路機,投入的主要機械設(shè)備及試驗設(shè)備見表2。表2 碾壓試驗主要施工機械配置表序號機械名稱規(guī)格型號單位數(shù)量/yuITT—P11液壓反鏟挖掘機2.0m312裝載機ZL50B13推土機TY22014自卸汽車20T45灑水車8T16 自行振動碾5.3試驗場次及參數(shù)組合根據(jù)壩料的分區(qū),按不同鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、是否加水等進行試驗其場次及參數(shù)組合見表3。表3 各種料試驗場次及參數(shù)組合填筑分區(qū)碾壓場次料源鋪料厚度(cm)碾壓遍數(shù)(n)碾壓設(shè)備主堆石區(qū)C1料場60/80/1006/8/10自行式碾過渡料區(qū)C1料場60/80/1006/8/10自行式碾鋪料厚度的選擇應(yīng)考慮以下因素：1、 應(yīng)結(jié)合壩料的最大粒徑來選擇鋪料厚度，最大粒徑的確定直接影響到料場施工的難易、和料場利用率施工的效益，根據(jù)經(jīng)驗填筑允許的最大粒徑可以與填筑層等厚。2、鋪料厚度必須控制在碾壓機械有效影響深度范圍以內(nèi)，不能過厚與過薄。應(yīng)考慮碾壓設(shè)備的效益發(fā)揮。3、對于分區(qū)填筑壩，碾壓厚度的選擇應(yīng)結(jié)合各料區(qū)的填筑厚度合理的匹配，確保填筑壩面齊平均衡上升。通常墊層料、過渡料等厚，其厚度取主堆石之半。5.4碾壓試驗工藝及現(xiàn)場檢測方法第一步測量放線：在碾壓好的場地上，用白灰線按布置要求布設(shè)試驗分區(qū)并在場外設(shè)置分區(qū)控制邊樁及技術(shù)要求標(biāo)牌。結(jié)合邊樁，在各測點上用石灰標(biāo)記，也可用全站儀實測各測點的坐標(biāo)位置，并進行水準(zhǔn)測量，獲得高程基準(zhǔn)。第二步鋪料整平：采用自卸汽車運料至試驗場地規(guī)定點卸料，對砂礫石壩料采用后退法鋪料（即汽車在碾壓完畢的作業(yè)面上行走），以避免砂礫石壩料分離。按計劃要求的鋪料厚度用推土機攤鋪整平，并用帶有刻度的尺桿控制鋪料厚度，厚度誤差控制在土5cm范圍以內(nèi)。第三步碾壓前測量：用全站儀對第一步記錄的各測點對應(yīng)放線，用白色石灰標(biāo)記各測點，然后實測并記錄各點初始高程，核對鋪料厚度。第四步碾壓前后級配檢驗：在壩料鋪填面上選定測試點，并用石灰做好圓圈標(biāo)記，在圈內(nèi)挖坑取樣，坑深應(yīng)與鋪料層厚相同，對取出的壩料進行顆分試驗，紀(jì)錄碾壓前的級配。然后在試坑內(nèi)鋪設(shè)塑模，并將各粒組壩料均勻混摻后回填到試坑內(nèi)，待碾壓完成后，取出塑模范圍內(nèi)的壩料再次進行級配檢測，以評價碾壓作業(yè)對壩料級配及其他工程性質(zhì)的影響。第五步碾壓：采用先靜碾后動碾，按前進、后退全振不錯位法法進行碾壓作業(yè)，即振動碾滾筒寬度在同一條碾壓帶上進退碾壓。兩條碾壓條帶之間的搭接寬度為10~20cm，往返一個來回為碾壓兩遍。吉林臺一級采用BOMAG自行式振動碾進行測定，達到較好生產(chǎn)效率時，振動頻率為28/35Hz,行走速度為1?5~2?5km/h,這些可供初選時參考。第六步碾壓后測量：以此完成規(guī)定的碾壓遍數(shù)后，對各區(qū)的標(biāo)記點進行碾壓后的高程測量，與碾壓前的高程對比，求出碾壓后各點的沉降值，并計算試驗分區(qū)內(nèi)的沉降平均值，繪制沉降值?碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線。第七步干密度及級配檢測：用灌砂法（標(biāo)準(zhǔn)砂粒徑：0?25~0?5