维普资讯 http://www.cqvip.com １２ 老龙口土石坝砂砾石填料现场碾压试验 老龙口土石坝砂砾石填料现场碾压试验 季慧峰 金学哲 高瑞德 （中国水利水电第一工程局二分局） 【内容摘要】确定砂砾料的最大干密度，现在还没有一个完整、成熟的确定方法。 老龙口工程大坝填筑用料为采金弃料，该料含砂较少，砾石粒径在５～４００ ｍｉｌｌ，６０ ｍｍ以上砾石含量达２５％～３０％。对大于６０ ｍｉｌｌ粗粒料的试验方法还没有一种 全面、系统、完善的科学方法和规程可遵循。我们通过各种试验方法测定与现场实 际比较，参建各方最终确定采用碾压法——２０ｔ振动碾强振２０遍，测定砂砾料最大 干密度。 【关键词】土石坝 砂砾料 填筑 碾压法 试验 具有很强的穿透能力，影响深度大，最有利于结构层中问到 １ 概况 吉林省老龙口水利枢纽工程位于珲春河干流上，距珲 春市区约３０ｋｉｎ。工程以防洪、供水为主，结合灌溉兼顾发 电的综合利用工程。工程为大（ＩＩ）型，总库容为３．６７亿 ｎｌ ，装机容量１．９２万ｋＷ，坝型为粘土心墙土石坝，坝壳填 筑材料为砂卵砾石（采金弃料）。 砂砾料填筑的压实标准以相对密度控制，施工前先通 过试验确定填筑料的最大和最小干密度。确定砂砾料的最 大干密度还没有一个完整、成熟的确定方法。《土工试验 规程》（ＳＬ２３７—１９９９）中规定了粒径小于６０ ｍｍ粗粒土的 相对密度试验方法。该方法虽然对大于６０ １１１１１１粒径的土 底层的压实；弱振即高频振动具有较高的能量，一般最有利 于结构层中间到表面的压实。振动使被压实材料内产生振 动冲击，被压实材料在振动冲击的作用下，由静止的初始状 态过渡到运动状态，使压实材料之问的摩擦力也由初始的 静摩擦状态逐步进人到动摩擦状态。同时，由于材料中水 分的离析作用，使材料颗粒的外层包围一层水膜，形成了颗 粒运动的润滑剂，为颗粒的运动提供了十分有利的条件。 被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的 间隙，在振动冲击作用下，其颗粒出现了相互填充现象，即 较大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充，较小颗粒的间隙 由水分或空气来填充。被压实材料中的空气含量也在振动 冲击过程中减小了，被压实材料颗粒问隙的减小，意味着密 实度的增加。 料试验提出了可采用剔除法、等量代替法、相似级配法、混 合法等方法，但同时也指出这几种方法各有一定局限性，要 求在使用时要根据土料性质和试验项目来决定。工程实践 １）埋桶法在有侧限条件下才以“埋桶法”取得最大 证明，这些方法确有不足之处，难以满足工程实际的需要。 大坝填料为采金弃料，含砂较少，砾石粒径为５～ ４００ｍｍ，６０ ｉ／ｉａ以上砾石含量达２５％～３０％。如按上述规 ｒ程以振动台法进行试验，将剔除６０ ｍｍ以上砾石，致使试 验料缺乏代表性，试验成果偏差较大，无法满足施工要求。 干密度。按控制最大粒径ｄ＝３００ｒａｍ，以及径径比大于或 等于３～５、径高比大于２的原则，用５ｒａｍ厚槽钢制作锥形 带底铁桶，埋于待压料中。填筑层顶高高于桶顶２０ｅｒａ。试 验中采用推土机推平，用２０ｔ白行式振动碾强振１６遍，弱 振４遍，并在桶上定点振动３０ｓ，从而认为桶内干密度为最 大值。由于埋桶体积相对较大，搬动、埋设、挖出有很大难 度，故仅只埋设二次，用以校核。 通过各种试验方法测定与现场实际比较，最终确定采 用２０ｔ振动碾强振２０遍，再测定砂砾料最大干密度。 ２试验内容和方法 （１）确定不同含量、不同级配填料的最大和最小干密 度因料场水上部分的砾石含量大多为８５％～９６％，为确 ２）灌水法在无侧限条件下采用灌水法取得最大干 密度。用原级配料，生产用推土机整平、２０ｔ白行式振动碾 强振１６遍，弱振４遍，铺料厚７０ｅｍ，并在拟进行挖坑取样 并做好标记的位置上定点振动３０ｓ。所有标记点定点振动 后整个试验区弱振补压４遍并整平，从而认为标记点处的 干密度为最大值。试验时加设套环采用“二次灌水”保证 体积量测精度，同时将桶埋置于待测坑旁以校核最大干密 保相对密度曲线完整性，在料场人工现场配制不同比例料， 上坝进行碾压试验。采用推土机推料，２０ｔ白行式振动碾强 振缓行压实。根据振动压实理论，强振即低频高振幅振动 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年增刊度值。 总第１０３期 水利水电施工 １３ 石率为横坐标，绘制干密度与砾石率的关系曲线。本次试 ３）固定体积法最小干密度测定采用固定体积法，试 验共有５６组，曲线绘制时根据多数点分布情况绘制成平滑 的相关曲线。其偏差主要由于试坑中超径砾石偏多造成。 根据分析整理后的数据绘制成“砂石含量一最大干密 度”曲线、“砂石含量一最小干密度”曲线。曲线首先经Ｅｘ— 样简直径５４ｅｍ、高７０ｅｍ，体积１５７．７５Ｌ。检测与试坑开挖 同时进行，由人工用铁勺将挖出砂砾料分层缓慢均匀地铺 填到试样筒内，用台秤称重。进行最大、最小干密度试验的 同时还要进行Ｐ＝５（大于５ｍｍ砾石）含量和含水率测定。为 得到真实的试样含水率，采用“全料法”烘干。 （２）确定砂砾含量及颗粒级配分析土的力学性质是 ｅｅｌ表自动绘图功能拟合出来，而后经人工进行修正（图 １），手工修正用最小二乘法，需先求出各条曲线的数学经 验公式。 由其颗粒组成、颗粒形状、矿物成分所决定的，而颗粒组成 则是影响土的力学性质的主要因素。土的级配好，则压实 性能好，可以得到较高的干密度和较大的抗剪强度。通常 认为不均匀系数达到３０—１００为级配良好的土料。本次进 行了３组全颗分试验，含沙量分别为５％、４％、５．７１％，不 根据曲线上不同砾石含量分别对应的最大、最小干密 度，按公式Ｐｄ＝ｐｄ—ｐｄＩｎ； ／（ｐｄ一一Ｄ （ｐｄ～一Ｐｄ ））计算出 Ｄ ＝０．７５、Ｄ ＝０．８５的Ｐｄ值，最后根据不同相对密度Ｄ 和 计算得到的Ｐ 值，绘制出多条“级配一干密度一相对密 度”控制曲线（图２），以便现场挖坑取样检查时能够根据实 测的砾石含量和干密度值，查出相对密度是否满足要求。 式中：Ｄ ——相对密度； ｐｄ一——最大干密度，ｇ／ｅｍ ； ｐｄ——Ｄ ＝０．７５、０．８５时干密度，ｇ／ｅｍ ； Ｐｄｌｕｉｎ——最小干密度，ｇ／ｅｍ 。 均匀系数分别为４．３、５．０、３．１。曲率系数分别为１．０８、０． ８７、０．８８。 由上述可知壳料不均匀系数偏小，曲率系数只有一组 略大于１，填料级配不连续，属不良级配。 ３ 级配一干密度一相对密度关系曲线 最大与最小干密度曲线绘制： 以干密度为纵坐标，砾 憾２．１ 。。 ．～磊 一 ｘ×谯｜ Ｈ－砾石含量（％） 、 图１ 老龙口土石坝坝壳料确定最大和最小干密度曲线图 图２老龙口土石坝坝壳料相对密度曲线 （下转第２Ｏ页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 糯扎渡大坝心墙土料开采方案 （３）土料开采自下而上分层进行，以立采为主，分层厚 卸汽车。１台１６５～２４０ｋＷ推土机集料，每天可完成土料开 采约２０００～３０００ｍ ，４个作业面每天按８０００～ｌＯ０００ｍ 的 强度安排施工。 ２．７土料含水量控制措施 度初定为ｌＯｍ左右，边开挖边对保留边坡进行人工修坡护 坡，防止水土流失。当降雨量大于５ｍｍ时，暂停土料开采 施工，并用塑料薄膜将作业面的台阶上部及开挖面全部进 行覆盖，天晴后，对表层土进行翻晒，调整含水量后再行开 采。 土料含水量与温度、风力、风向、湿度、土料性质、开采 运输工艺等有关，其影响因素多。在实施前进行工艺试验， 确定土料在不同天气、不同开采运输条件下上坝及坝面铺 （４）表层腐植土剥离采用推土机及反铲进行，人工配 合。回填复耕亦由推土机进行整平，土料由４．０ｍ 电铲及 ２．５ｍ 反铲开挖，２０ｔ自卸汽车运输。 ２．５开采措施 平碾压的含水量损失，来选择合适的含水量并调整工艺，以 达到经济合理的目的。 （１）土料在开采之前，通过取样试验先行测定土料的含 水量。土料在开采时的含水量一般比上坝控制含水量大 ２％一４％为最优。通过装车、运输、卸车等多道工序的含水 量损失后，控制土料大坝填筑时的含水量在规定范围内。 考虑到土料在平面和立面上的不均匀性，可采取立采 方案，由各采区自下而上垂直坡面顺序立体开采，开采台阶 面高度９一ｌＯｒｅ。料场开采初期，先以２．５ｍ 反铲后退法开 挖为主，待形成立采工作面后，再以４ｍ 电铲立面开挖装车 如由于下雨或地下水影响导致天然土料含水量超标，则需 在料场先行对含水量进行调整，以减少土料的处理时间和 工序。 为主，并配备２．５ｍ 反铲对边角和底部进行清理挖装，２０～ ３２ｔ自卸汽车运输，辅以１６５～２４０ｋＷ推土机送料。 ２．６开采方法 （２）在料场一般是对含水量超过上坝含水量控制上限 对于土料中含砾超标的地层以及土料中含有超径砾石 的地层，主要采取挑选开采与清理：①土料中含砾石较多的 地层，且砾石的粒径满足其骨料的要求，可用２台２．５ｍ 的 的土料进行调整，如天然含水量过低，则采取在土料场分段 加水，分段开采，确保土料的含水量和湿润均匀。分段加水 可在土料开采前２４～４８ｈ进行。 反铲分别在含黏较高的土层中和含砾石较多的地层中按设 计比例进行混合挖装处理；②土料中含有超径砾石较多的 地层，主要用２．５ｍ 的反铲配合进行分选清理。 土料开采可同时布置２个台阶，每个台阶按２个作业 面布置，每个开挖工作面配备１台４．Ｏｍ’电铲或１台２．５ｍ （３）如果料场土料含水量大面积过高，可在土料开采 前，采用井点法降低料场地下水位，为调整土料含水量创造 条件。先将采区划分为多个小区，分小区降低地下水水位。 抽水井沿小区周围布置，初定每１５ｍ×１５ｍ凿一个ｑ￣１５Ｏｍｍ 的大ＩＺｌ径的抽水钻孔，井内埋设ｑ１２５ｍｍ的ＰＶＣ花管，ｆ抽 水钻孔内放置ｑ￣ｌＯＯｍｍ深井潜水泵，将水抽到采区外排水 沟排走，使地下水位降至开采底面以下。同时还可进行土 料翻晒以降低土料中的含水量。 反铲为主挖装；每个作业面布置１０～１２辆２０～３２ｔ自卸汽 车运输。土料运输中，运往掺混料场的土料以２０ｔ自卸汽 车为主，直接运往大坝的接触粘土及混合土料采用３２ｔ自 ◆－◆。・＿－．。◆－・＿－．。◆・◆。 （上接第１３页） 料的不均匀系数偏小，缺少５ｍｍ以下粒径的细颗粒，在碾 压振动时颗粒间的相对位置虽然发生变化，出现了相互填 ４发现和有待解决的问题 （１）埋筒法未获得最大干密度的原因分析 充现象，但较大颗粒间形成的间隙没有完全由较小颗粒来 填充，而是由较大颗粒搭棚咬合在一起。 （３）碾压工艺有待改善 １）“埋桶”体积约为０．７５ ｍ ，体积偏小； ２）由于埋桶是槽钢制作，桶高６０ｃｍ，填筑厚度７０ｃｍ， 通常的碾压顺序包括初压、复压、终压三个步骤。初压 碾压振动时与振动碾产生共振，使得内部填料未达到密实 状态； 是为了稳定混合料并使其具有一定的密实度，从而获得较 强的承载能力，使大吨位压路机进行复压时不致产生隆起 ３）桶的内壁是平的，槽钢与所填砂砾料间形成很多空 隙，使桶内填料与桶外砂砾料之间不能相互填充。 （２）坝壳料的压缩性偏小，碾压２０遍和８遍干密度差 别不大通过本次５３组有效最大干密度数据统计，平均值 为２．１９ ｔ／ｍ ，碾压２０遍。碾压８遍的干密度平均值是２． １４ ｔ／ｍ ，前者比后者仅提高了２．３％。其原因是这种坝壳 和推移，保证有较好的平整度；复压是混合料密实、稳定、成 型的关键工序，首先采用强振即低频高振幅，使砾料基层的 中、下部分密实，之后采用高频低振幅对中、上部进行压实， 使上下一致密实；终压主要采用大吨位压路机，以消除轮迹 和提高压实度。
