海西州都兰县哇沿水库粉质粘土心墙坝粘土料碾压试验报告

王永莉

【摘要】粉质粘土心墙坝的粘土料填筑施工中的压实标准以干容重、压实度控制，海西州都兰县哇沿水库工程大坝填筑粘土料为设计单位指定的粉质粘土料场，通过各种现场试验最终确定了适用的铺料厚度及碾压遍数。

【关键词】海西州都兰县哇沿水库工程；粘土心墙坝；粘土料；填筑；现场试验；铺料厚度；碾压遍数

1、工程概况

都兰县哇沿水库位于都兰县察汗乌苏河的中下游河段上，水库坝址距下游的热水乡12.5km，交通条件较好。哇沿水库总库容为3337.9×104m3，属于Ⅲ等中型工程。主要建筑物土石坝、溢洪道和放水洞为3级建筑物；主体工程内容包括粉质粘土心墙坝（坝高31.2m，坝长491m，坝顶宽度5m，坝顶高程3402.6m）。

2、试验目的

2.1 粉质粘土

根据工地具体条件，核实粉质粘土料设计填筑标准的合理性，选择合理的碾压机械设备，确定经济合理的施工参数（碾压机械、铺料厚度、碾压遍数等），并提供完善的施工工艺和措施。

3、试验依据

3.1 《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2013

3.2 《土工试验规程》SL237-1999

3.3 《水利水电工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）

3.4 《水电水利工程粗粒土试验规程》DL/T5356-2006

3.5 施工技施图纸（MSGY-JS-SG-10）

3.6 设计提供的现场碾压实验任务书

3.7 设计施工详图图纸及相关技术要求

3.8 监理工程师、业主、设计等下达的指令等

4、试验所需人员、试验仪器、机械设备

4.1 试验所采用的机械表

挖掘机（CAT-140）1台，自卸车（22m3）2台，装载机（ZL50）2台，振动凸块碾（LG522B型、击振力400/225KN） 1台，洒水车（16t）1台，推土机（D16）1台。

4.2粉质黏土试验所采用的试验测量仪器设备

电子台秤（50kg/0.01g）1台，电子天平（2000g/0.01g）1台，环刀，铝盒（3 cm）44个，削土刀2把，毛刷2个，铁锤（8磅）4把，酒精（纯度95%）50 kg，铁锹4把，十字镐4把，全站仪（GTS-102N）1套。

5、试验前期准备

5.1 填筑料源

海西州哇沿水庫工程土石坝填筑粉质粘土用料为业主及设计单位指定的粉质粘土料场，粉质粘土料场距坝址1km左右，表层无效层为100cm左右，下部有效层厚度平均为3.5m。

5.2 填筑料复核试验

现场碾压试验之前，从粘土料场不同的三个部位抽样送检至青海江海质量检测有限责任公司进行击实试验，经检测最大干密度为1.81g/cm3，最小干密度为1.76g/cm3，平均干密度为1.78g/cm3；最大含水量为16.7%，最小含水量为15.9%，平均含水量为16.3%；从整体看填筑料满足坝体填筑料设计要求。

5.3 试验场地选择与划分

碾压试验场地选择在大坝上游，场地大小为50×20m，其中每10×5 m做为一个试验单元进行碾压试验，试验区的两侧有足够的空间满足停车和错车需要，试验场地以10m×5m的3个试验区（共9个组合）进行碾压试验，区与区之间留1m过渡带。

基础经过碾压经取样达到设计干容重后作为试验场地，其表面平整度控制在±10㎝内。对试验场地进行验收后，测量人员在平坦、坚实的基础面上用白灰进行放线，将不同铺层厚度的取样断面引出试验场地以外，进行标识；在试验场地内布置1×1m的方格网测点，以便测量基础相对高程和压实后的相对高程，得出沉降量。

6、碾压试验方法及参数组合

6.1 试验参数的确定

根据设计要求、规范标准要求及以往的施工经验，试验方法采用逐渐收敛法，即固定碾重和一种铺土厚度，选择三种碾压遍数进行试验。初步拟定铺料厚度、含水率及碾压遍数等参数，振动碾的行驶速度根据土料情况控制在慢速档，行驶速度为2.0～3.0Km/h。碾压采用进退错距法碾压，为避免漏压、欠压，严格控制错距宽度，错距宽度可按以下公式控制。

b=B/n

式中：b 错距宽度m； B 碾滚净宽m； n 设计碾压遍数

现场通过对三种铺土厚度、三种碾压遍数进行组合试验，经试验取得在同种碾压机械下，含水率、铺土厚度、碾压遍数的最优值。选择既满足设计要求，又经济合理的碾压参数作为施工参数。根据土石坝碾压施工规范规定，土石坝填筑合格率为90%以上，所以试验的平均干容重应高于规定的填筑标准值，同时实际施工条件也与试验时有所不同，碾压试验控制干容重的合格率应稍高于设计标准（一般可为5%左右），考虑碾压试验不能与施工条件完全一致，粉质粘土试验控制干容重、压实度的合格率为100%。

6.2 取样布置及方法

按《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001要求，粉质粘土料每一组试验均取样11个点，共取样99个点；采用梅花形布置。

7、试验成果整理分析

7.1 粉质黏土

7.1.1 粘土料铺料厚度、碾压遍数、含水量、干容重、关系曲线图

7.1.3 粉质粘土试验结果分析

（1）铺料厚度对干容重的影响较为明显，铺料30cm、40cm、50cm时，碾压6、8遍时干容重、压实度都满足设计填筑要求，从经济、节约成本方面考虑，铺土厚度采用40cm。

（2）碾压遍数对干密度、压实度的影响更为明显，三种铺料厚度，在碾压8遍时，普遍比碾压4遍、6遍干容重更容易达到设计要求。碾压8遍时与碾压4遍相比区别较为明显，与碾压6遍相比区别不明显，但存在增加成本因素。碾压4遍时在实际施工时控制不严很容易出现漏压情况，质量很难保证，碾压8遍时，表面未出现任何破坏现象。

（3）层间结合情况，当铺料30cm、40cm碾压4遍时，干容重合格率分别为81.8%、90.9%，达不到设计填筑要求；碾压6遍、8遍时，层间碾压密实，结合良好，干容重合格率100%。 在相同的铺料厚度下，碾压6遍即可达到设计干密度、压实度的指标。考虑施工过程中的不确定因素与碾压试验有差别，为确保工程质量，碾压遍数采用8遍。

（4）从含水量与干容重关系图看，随着含水量的增加，干容重有逐渐下降趋势，含水量增加，在碾压过程中出现“弹簧土”现象，碾压质量会降低；

（5）从沉降量与碾压遍数的关系图可以看出，铺料厚度相同时，沉降量随碾压遍数的增加而增大；在碾压遍数相同时，沉降量随铺土厚度的增加而增大。

7.1.4 试验结论

根据试验结果分析，满足粉质粘土料填筑质量指标的控制标准及施工参数如下表，施工过程中按此施工参数进行控制：

8、粉质粘土复核试验

为复核确定试验参数的合理性，现场铺料40cm、碾压8遍后，用选定好的施工机具进行碾压后取样检测。检测复核成果满足设计填筑指标要求。

9、填筑时应采取的施工工艺及质量保证措施

（1）施工时严格按施工规范进行施工；

（2）严格按确定的碾压参数控制铺料厚度、碾压遍数及含水量；

（3）应采取措施严控料场的含水量，以防碾压时出现泛浆或“弹簧”现象；

（4）严格遵照试验方法中提出的铺料方法、错车和碾压方法碾压，垂直碾压方向搭接宽度应不小于0.3～0.5m；顺碾压方向搭接宽度应不小于1～1.5m，不允许漏压，碾压遍数不得少于8遍，分区碾压时应做好明显标记；

（5）振动碾应顺坝轴线方向碾压，行驶速度控制在2.0～3.0Km/h，严格控制错距，定期检查振动碾工作性能，以防欠压、漏压；

（6）不同填筑料纵横向结合部位，宜采用台阶收坡法，每层台阶宽度不小于1.0m；

（7）分段填筑时，各段土层之间应设立标志，以防漏压、欠压和过压，上下层分段位置应错开；

（8）振动碾无法压到的部位（坝肩处、大坝与岸坡或混凝土建筑物结合部位）应使用夯板，采用连环套打法夯实；

（9）粘土施工時，铺设下一层料时，上一层表面必须进行刨毛处理，用凸块振动碾碾压；

（10）加强上、下结合层面干容重检测；

（11）粉质粘土用进占法铺料；含水量宜控制在14.3～17.3%之间，最容易满足设计和经济施工的要求；

（12）环刀法使用的环刀和铝盒应定期进行校准；

（13）质量检测的仪器及操作方法，应严格按《土工试验规程》SL237-1999进行；

（14）坝体压实检查应严格按《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001要求执行。