天然高含水率火山灰质土料填筑碾压施工

胡宗容，刘莉萍

(1.中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066； 2.中电建路桥集团有限公司，北京100048)

1 工程概况

毛里求斯是印度洋西南部岛国，属亚热带海洋性气候，分夏、冬两季，终年湿热，年平均气温25 ℃。5月～10月的天气比较清凉，气温17～25 ℃；11月～4月气温25～30 ℃；1月～4月是雨季[1]。巴加泰勒(BAGATELLE)水坝项目位于毛里求斯中部的特里汝吉河(Terre Rouge River)上，大坝坝顶长2 550 m，最大坝高48 m，坝顶宽7 m。大坝由3部分组成：左岸土坝段长980 m、右岸土坝段长1 270 m、堆石坝段布置在坝体中间，连接左、右两岸土坝，长300 m、坝顶宽7 m。巴加泰勒水坝工程总体平面布置见图1。坝体填筑的任意料(火山灰土料)填筑工程量170万m3，心墙料填筑工程量45.5万m3，均来自于左、右岸土料场和坝基开采料。

图1 巴加泰勒水坝工程总体平面布置

2 火山灰质土料基本性质

大于2 mm颗粒含量为0～24.0%，平均4.0%，土样较为均匀；小于0.08 mm细粒含量为51.6%～90.3%，平均72.6%；小于0.005 mm粘粒含量为16.0%～26.0%，平均21.8%，土料分类定名为含砂高液限粘土(CHS)[2]。

土料天然含水率试验共14组土样，在不同深度不同位置取样。试验结果显示，天然含水率最小值41.1%，最大值58%，平均值50.7%。对火山灰质土填筑料采用普氏击实方法(604 kJ/m3)进行了12组击实试验。试验结果显示，最大干密度为1.26～1.42 g/cm3，平均1.322 g/cm3；最优含水率26.2%～42.5%，平均35.5%；天然含水率平均51.8%，比最优含水率平均值大16.3%。击实土进行了12组渗透系数试验。成果显示，土料渗透系数为1×10-7cm/s，为极弱透水性。总之，任意填筑料密度较小，含水率较高[3]，具有极弱透水性、中等压缩性与较高抗剪强度。

3 含水率检测

试验研究时段选择在8月～10月进行，避开雨季。

3.1 开采前

开采前，在料场取样进行含水率检测，共取样10组。含水率检测结果见表1。

表1 开采前天然含水率 %

3.2 装车前

试验采用推土机推料，装载机装料的方式开采土料。其中，推土机推料厚度分别为5～10、 10～15、15～20 cm。推土机推料后不直接装车，晾晒0.5～1 h后开始装车。不同开采厚度土料在装车前分别取样10组进行含水率检测，检测结果见表2。由表2知，薄层开采时，开采厚度越小，含水率降低越明显[4]。

表2 不同开采厚度土料装车前含水率 %

3.3 运输过程中

土料开采完成后，用装载机装车，20 t自卸汽车运输，后退法上料摊铺[5]。汽车卸料后，推土机整平摊铺前取样进行含水率检测。每种推料厚度分别取样10组检测。检测结果见表3。

表3 摊铺前土料含水率 %

3.4 摊铺整平后

摊铺采用推土机摊铺整平，水准仪控制摊铺厚度。摊铺整平后，每个试验块各取样10组进行含水率检测。检测结果见表4。

4 碾压试验

分别将不同开采厚度的土料进行摊铺、碾压，碾压试验[6]参数见表5。

碾压试验由20 t自卸汽车运输、SD22推土机摊铺整平，徐工16 t自行式凸块振动碾碾压，精密水准控制铺土厚度。每个碾压试验块面积为8 m×10 m。开采厚度为5～10、10～15、15～20 cm各碾压试验块检测结果分别见表6、7、8。碾压前，取样检测最大干密度为1.32 g/cm3，最优含水率为38.3%。

表4 摊铺整平后含水率 %

表5 碾压试验参数

表6 开采厚度5～10 cm碾压试验检测结果

表7 开采厚度10～15 cm碾压试验检测结果

表8 开采厚度15～20 cm碾压试验检测结果

5 成果应用

左岸土料试验成果见图2。右岸土料试验成果见图3。从图2、3可知，在施工过程中，土料含水率平均降低9.5%左右，最大值14.2%，最小值4.4%；土料填筑压实度均达到90%以上，压实度值分布在90%～95%之间居多，压实效果满足设计文件及技术要求；压实后土料现场十字剪切试验抗剪强度平均值达到了140 kPa，满足设计要求。

6 结 语

从毛里求斯巴加泰勒水坝项目天然高含水率火山灰质土料上坝填筑碾压施工实践可知，土料开采宜采用推土机薄层开采，开采厚度5～10 cm，含水率在装车前可降低4.4%左右；在摊铺过程中，先使用推土机摊铺，由于推土机自重较

图2 左岸土料试验成果

图3 右岸土料试验成果

大，其履带在摊铺过程中再次将土料破碎、碾压，整体摊铺完成后再进行整体整平；推土机反复在铺填土料上行走碾压，促使土料中水分快速蒸发，此过程中，土料含水率可降低1%左右；碾压时先整体静碾2遍，后顺序振动碾压，在碾压过程中，可降低含水率2.4%。

[1] 李伟, 张帆. 毛里求斯巴加泰勒大坝多点位移计在坝基沉降监测中的应用[J]. 四川水力发电, 2016, 35(3)： 44- 45.

[2] 祝学勇. 湖淤积中高液限粘土压实特性与碾压控制标准研究[D]. 济南： 山东大学, 2015．

[3] 林军, 武锦华. 浅谈土料高含水率地区土坝的施工[J]. 中国农村水利水电, 2004(3)： 62- 63．

[4] 何刚. 土料薄层开采技术应用[J]. 西北水力发电, 2005, 21 (S2) ： 158- 159．

[5] 闫志珍. 天荒坪电站上水库坝体高含水量土料填筑施工[J]. 水力发电, 1998(8)： 61- 63．

[6] 李朝政. 苗尾水电站高含水率心墙防渗土料碾压试验研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2013, 2(11)： 158- 163．