心墻砂體石壩碾壓施工質(zhì)量控制指標(biāo)試驗(yàn)研究

心墻砂體石壩碾壓施工質(zhì)量控制指標(biāo)試驗(yàn)研究

拉多水庫項(xiàng)目位于拉薩河上游，位于林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5公里處，距下游拉薩直線約63公里。是一座以灌溉、發(fā)電為主,兼顧防洪和供水的綜合利用工程。水庫庫容12.3億m3,電站裝機(jī)容量160MW,工程規(guī)模為Ⅰ等,大(1)型水庫,地震基本烈度為Ⅷ度,為西藏“十一五”期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。樞紐最大壩高71m,壩頂高程4100m,寬度10m,大壩采用碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩,砂礫石壩殼料填筑量約950萬m3,來源于距壩址上游1.5km的旁多砂礫石料場,料場位于熱振藏布河右岸Ⅱ級(jí)階地上,砂礫石壩殼料開采后直接上壩。1壓力試驗(yàn)條件1.1砂石壩殼料填筑壓實(shí)砂礫石壩殼料用于壩體4076m高程以下部位,料源來自位于熱振藏布河右岸Ⅱ級(jí)階地上旁多砂礫石料場,料場現(xiàn)為草場,部分為河漫灘,其儲(chǔ)量與質(zhì)量均能滿足使用要求。料場沿?zé)嵴癫夭己由暗[石料含砂量較大,顆粒較細(xì)沿山體側(cè)含砂量相對(duì)較少,顆粒較粗。粒徑小于0.1mm含量為0.4%～1.2%,小于5mm含量為6.3%～23.3%,大于60mm含量為35%～59%。對(duì)砂礫石壩殼料的填筑碾壓的設(shè)計(jì)要求為:(1)砂礫石壩殼料的填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為相對(duì)密度不小于0.85;(2)級(jí)配連續(xù),具體要求如表1所示,粒徑小于0.1mm顆粒含量不大于3%,含水量不大于5%,不均勻系數(shù)Cu≥15;(3)水下開采出的砂礫石需進(jìn)行瀝水。1.2試驗(yàn)場景設(shè)計(jì)和試驗(yàn)單元的設(shè)置根據(jù)料場復(fù)查結(jié)果,旁多砂礫石料場沿?zé)嵴癫夭己由暗[石料含砂量較大,顆粒較細(xì)沿山體側(cè)含砂量相對(duì)較少,顆粒較粗的特性,現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)分兩次進(jìn)行,根據(jù)沿河邊和靠近山體側(cè)料源的情況不同分別進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)場地布置在料場內(nèi),每塊場地52m×28m,每個(gè)試驗(yàn)單元12m×8m,同一鋪料厚度的不同碾壓遍數(shù)的試驗(yàn)單元在同一條帶進(jìn)行試驗(yàn),不同試驗(yàn)單元和試驗(yàn)條帶之間均預(yù)留2m寬的過渡帶。試驗(yàn)前將覆蓋層清除干凈,場地平整度不得超過±10cm,用試驗(yàn)振動(dòng)碾碾壓20遍,基層的密度不小于待測試層壓實(shí)干密度。試驗(yàn)主要機(jī)械包括有反鏟挖掘機(jī)、自卸汽車、推土機(jī)和振動(dòng)碾等4種機(jī)械,反鏟挖掘機(jī)取料、自卸汽車卸料、推土機(jī)進(jìn)行平料,振動(dòng)碾采用18t三一YZ18C自行單鋼輪振動(dòng)平碾。1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果砂礫石壩殼料的試驗(yàn)參數(shù)采用松鋪厚度60cm、80cm和100cm,碾壓遍數(shù)6遍、8遍和10遍試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場工藝性試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)不加水。試驗(yàn)現(xiàn)場采用進(jìn)占法卸料,推土機(jī)進(jìn)行平料,厚度不得超過設(shè)計(jì)鋪筑厚度的10%,平整度不得超過±10cm。試驗(yàn)過程中主要進(jìn)行了壓實(shí)干密度、碾壓層表面沉降、碾壓后土料顆粒級(jí)配分析和最大最小干密度試驗(yàn)。壓實(shí)干密度采用灌水法進(jìn)行,試坑的大小、深度必須符合規(guī)范要求;沉降量采用自制鋼筋標(biāo)桿進(jìn)行測量,每個(gè)試驗(yàn)單元布置4個(gè)測點(diǎn);顆粒分析采用篩分法;采用松鋪80cm砂礫石料,用試驗(yàn)振動(dòng)碾碾壓20遍的壓實(shí)干密度為最大干密度,最小干密度采用固定體積法進(jìn)行。2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1鋪土厚度對(duì)沉降的影響兩次現(xiàn)場試驗(yàn)沉降量結(jié)果如圖1所示,從沉降變化曲線可以看出,碾壓6遍時(shí)沉降變形較大,8～12遍以后趨于平緩,沉降變形趨于穩(wěn)定。另外,對(duì)比不同鋪厚時(shí)的沉降量變化,碾壓沉降量有隨鋪土厚度增加而加大的規(guī)律,并且碾壓遍數(shù)越多沉降差異越大。沿河側(cè)的碾壓沉降量與山體側(cè)沉降量比較,沿河側(cè)的沉降量略大于沿山體側(cè)砂礫石壩殼料碾壓后的沉降量。2.2鋪料厚度對(duì)壓實(shí)效果的影響不同鋪料厚度及不同碾壓遍數(shù)的試驗(yàn)壓實(shí)干密度如表2所示,壓實(shí)干密度與碾壓遍數(shù)和鋪料厚度的關(guān)系曲線如圖2、3所示。從圖中可以看出隨著鋪料厚度的增加,干密度有所下降,但變化不大,總的趨勢是鋪料越薄,壓實(shí)后干密度越大。因此,對(duì)于本次試驗(yàn)而言,鋪土厚度對(duì)壓實(shí)效果的影響尚符合常理,實(shí)際上并不是鋪料越薄越好,如果鋪料層過薄,會(huì)影響現(xiàn)場施工的進(jìn)度,增加壩體施工的費(fèi)用。當(dāng)鋪層厚度相同時(shí),隨著碾壓遍數(shù)的增加,干密度也隨之上升,但碾壓遍數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后,再增加碾壓遍數(shù),其壓密效果已不明顯。2.3壩料級(jí)配分析為對(duì)比碾壓前后砂礫石壩殼料級(jí)配變化情況,試驗(yàn)過程中對(duì)砂礫石壩殼料進(jìn)行了級(jí)配分析,其中沿山體側(cè)的砂礫石壩殼料的級(jí)配分析曲線如圖4所示,從中可以看出,碾壓前和不同碾壓遍數(shù)時(shí)壩料的顆粒級(jí)配曲線都比較接近,因此可以斷定,碾壓施工過程中,壩料未發(fā)生明顯破碎。這種規(guī)律與砂卵石料顆粒圓滑、堅(jiān)硬,不易破碎的特點(diǎn)相一致。2.4砂壩材料配比試驗(yàn)方案目前,砂礫石壩殼料的最大干密度還沒有一個(gè)完整、成熟的確定方法,《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)中規(guī)定了粒徑小于60mm粗粒土的相對(duì)密度試驗(yàn)方法,該方法雖然對(duì)大于60mm粒徑的土料試驗(yàn)提出了可采用剔除法、等量代替法、相似級(jí)配法、混合法等方法,但同時(shí)也指出這幾種方法各有一定局限性,要求在使用時(shí)要根據(jù)土料性質(zhì)和試驗(yàn)項(xiàng)目來決定。工程實(shí)踐證明,這些方法確有不足之處,難以滿足工程實(shí)際的需要。砂礫石壩殼料采用旁多砂礫石料場砂礫料直接上壩,礫石直徑5～300mm,根據(jù)料場復(fù)勘資料,60mm以上礫石含量達(dá)35%～59%,剔除60mm以上礫石進(jìn)行最大干密度試驗(yàn),致使試驗(yàn)料缺乏代表性,試驗(yàn)成果偏小,無法滿足施工要求。通過各種試驗(yàn)方法測定與現(xiàn)場實(shí)際比較,最終確定采用砂礫石料松鋪80cm厚,用18t振動(dòng)碾強(qiáng)振20遍時(shí)的壓實(shí)干密度作為最大干密度,通過數(shù)理分析找出最大干密度與礫石含量的關(guān)系。最小干密度采用固定體積法進(jìn)行,試驗(yàn)時(shí)采用同一試坑中的砂礫石壩殼料分別進(jìn)行最大干密度、最小干密度和顆粒分析試驗(yàn),每種試驗(yàn)共進(jìn)行52組。采用MATLAB數(shù)學(xué)分析軟件中的cftool數(shù)據(jù)擬合工具進(jìn)行數(shù)理分析,分析過程中部分較離散的點(diǎn)采取剔除的辦法,擬合出最大干密度和最小干密度與礫石含量的關(guān)系曲線,用于計(jì)算試驗(yàn)過程中的最大、最小干密度,進(jìn)而計(jì)算出砂礫石壩殼料的相對(duì)密度。3砂壩壩面砂體施工通過現(xiàn)場工藝性試驗(yàn),綜合考慮沉降測量結(jié)果和碾壓遍數(shù)與干密度的變化趨勢,碾壓遍數(shù)超過8遍時(shí),砂礫石壩殼料的沉降量和壓實(shí)干密度趨于穩(wěn)定。結(jié)合現(xiàn)場施工水平和施工工藝,推薦現(xiàn)場施工采用的參數(shù)和現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)注意的問題如下:(1)大壩砂礫石壩殼料現(xiàn)場填筑碾壓施工時(shí)采用松鋪80cm,三一YZ18C單鋼輪振動(dòng)平碾靜碾2遍找平,動(dòng)碾8遍作為現(xiàn)場施工參數(shù),碾壓方法以進(jìn)退錯(cuò)距法為主,搭接法為輔。(2)為保證砂礫石壩殼料的級(jí)配均勻,料場開采采用斜面與立面相結(jié)合的混合開采法,每層控制高度不小于4m,壩面砂礫石料用自卸車運(yùn)到工地后,采用以進(jìn)占法為主,后退法為輔的綜合鋪料法,后退法鋪料時(shí),嚴(yán)禁車輛在壩面上急剎車,急轉(zhuǎn)彎;平料采用推土機(jī)平料,嚴(yán)格控制鋪料層厚及壩面平整度。(3)為了更好地進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量動(dòng)