LWMSD型振动压路机密实度仪在松塔水电站大坝工程中的应用

杨会峰

（山西省水利建筑工程局，太原030006）

1 松塔水电站大坝工程概况

松塔水电站大坝为均质土坝，最大坝高62.6 m，坝顶长度523.2 m，坝顶宽度10 m。大坝上、下游坝坡均设两层马道。上游坝坡为 1∶2.75、1∶3.0、1∶3.5，下游坝坡为 1∶2.75、1∶3.0、1:3.25。上游坝坡为50 cm厚干砌石护坡，下设过渡层和反滤层或15 cm厚预制混凝土块护坡，下设反滤层。下游坝坡为土工格室草皮护坡。坝基防渗采用黏土截水槽。坝体排水采用水平褥垫式排水和下游棱体排水相结合的方式。

大坝土方填筑总量约314万m3，截水槽黏土回填总量约2.5万m3。土料场选用大坝上游库区左岸的袁家山土料场。坝体均质土碾压控制指标为：干密度不小于1.69 g/cm3，施工控制含水率为13.5%～17.5%，压实度不小于97%；截水槽黏土碾压控制指标为：干密度不小于1.76 g/cm3，施工含水率控制在12%～16%，压实度不小于97%。

大坝土方填筑采用分段流水作业，主要施工工序为：挖机配合装载机挖装土料→20 t自卸汽车运输土料上坝→汽车进占法卸料→TY165型推土机摊铺土料→20 t自行式凸块振动碾压实→压实度检测。

2 密实度仪的适用范围及特点

2.1 适用范围

LWMSD 型振动压路机密实度仪适用于各种单钢轮振动压路机和双钢轮振动压路机。既可用于压路机制造厂在新机出厂时配置，也可用于现有振动压路机的改造安装，具有同等的使用效果。

2.2 密实度仪的特点

（1）整套装置安装快捷、拆卸简便，抗干扰能力强。

（2）采用微处理器测算回填土的压实度值，数据准确，可信度高。

（3）使用简单方便，操作界面直观，可动态、实时、无损、连续显示回填土的压实度值，可防止过度压实和压实不足。

（4）可监测一定区域内的压实状况，使回填面压实均匀一致。

（5）可提高压实工效，减少碾压遍数，缩短施工工期，从而降低人员和机械的施工费用。

3 密实度仪的工作原理

密实度仪是一种振动压路机机载压实测量仪器，即安装在压路机上能连续监控和无损测量被压实材料压实状况的仪器。

在压路机机体组成的振动系统中，振动轮的动力学参数的变化与被压实材料的密实度有密切关系，振动轮的垂直加速度与被压实材料的压实度呈正相关，从而通过测定振动轮的垂直加速度计算被压实材料的压实程度，其工作原理如图1所示。

图1 密实度仪工作原理图

加速度传感器安装在压路机激振器的壳体上，用来采集振动轮加速度值，该值经放大器放大后送入滤波电路，过滤掉来自发动机、振动轴承、振动马达等的干扰次谐波，取出代表被压实材料密实度相对值的主谐波，主谐波经过模拟数字转换器（A/D转换器）转换为数字信号，输入微处理器，计算出密实度比较值（LCV值）。该信号与预先设定的标定值进行对比，得出被压实材料的压实度值，存储到存储器内通过LCV表的LED数码管显示出来。

LCV值与压路机的参数即规格和型号、振动频率、振幅、碾压行走速度等有关。如压路机的参数保持不变，则LCV值和被压实材料的压实状况直接相关。低的LCV值意味着被压实材料较软，压实度较小；相反，高的LCV值意味着被压实材料的压实度较大。

4 密实度仪的现场标定

为能使密实度仪显示的压实度测值能直观反映回填土的实际压实度，在密实度仪安装后使用前，应首先对密实度仪进行现场标定。

松塔水电站大坝填筑面较大，在振动压路机上正确安装密实度仪后，在填筑坝面上选取了一块长约20 m，宽约6 m的试验段进行密实度仪的现场标定，其具体步骤如下：

（1）在选好的试验段区域内均匀铺设大坝回填土，并采用振动碾充分压实，作为基础层。

（2）按照施工规范，用通过土方回填现场碾压试验确定的铺土厚度铺设压实带。

（3）用振动碾对铺好的土料进行振动压实。每条压实带应相互重叠至少20 cm（振动轮宽度的10%），保持振动碾碾压速度和振动参数（振幅、频率）不变，并注意观察密实度仪LCV表的读值。

（4）当土料充分压实后，密实度仪LCV表的读值基本趋于稳定，当最后一遍压实后的读值增量小于2.5%时，即可在压实带中间进行现场压实度检测。

（5）用常规的密实度检测方法如环刀法或核子密度仪等检测碾压后的压实度，在碾压带至少取三处作现场试验，计算平均压实度值。

（6）再次开动压路机，以同样的碾压速度、振动频率和振幅向前行驶到压实带上，触摸LCV表上的按键使LED显示器数值达到计算出的平均压实度值，即完成密实度仪的标定。

（7）用密实度仪标定后的振动碾进行碾压作业时，在振动碾前进碾压时LCV表显示的数值就是被碾压土的压实度值。当所碾压土层仪表显示值均达到施工要求的压实度时，表明这一层土的压实质量均达到了要求。

5 密实度仪在施工中的实际应用

松塔水电站大坝土方填筑现场碾压试验确定的施工参数为：大坝均质土铺土厚度35 cm，施工控制含水率13.5%～17.5%，采用20 t自行式凸块振动碾压实，碾压遍数为静压2遍，振压8遍，碾压行走速度为2.5～3.5 km/h；截水槽黏土铺土厚度为30 cm，施工控制含水率为12%～16%，同样采用20 t自行式凸块振动碾压实，碾压遍数为静压2遍，振压8遍，碾压行走速度为2.0～3.0 km/h。

在土方填筑过程中，推土机铺料完成一定长度后，便开始采用装有密实度仪的20 t自行式凸块振动碾按设定的工作参数进行进退法碾压，相邻两条碾压带搭接带宽度不小于0.2 m。在碾压过程中，机械操作人员要密切注意观察振动碾操作室里密实度仪LCV表读值的变化。对于经标定的密实度仪，当LCV表的读值达到施工要求的压实度时，即可停止碾压，表明该碾压条带已碾压合格，即可错距进行相邻条带的碾压。

待碾压完成一定区域后，采用环刀法或核子密度仪对碾压面进行现场压实度测点检测，及时测出碾压层的压实度。而后将测出的数据与密实度仪LCV表的读值进行对比、分析，平行检验碾压层的压实质量，如两者偏差很小，在允许偏差范围内，则表明该区域完全碾压合格；如两者相差较大时，应及时查找原因，找出究竟是密实度仪出现偏差，还是采用核子密度仪或环刀检测时出现偏差，找出原因后及时进行调整，要时刻保证两者均能正常检测碾压层的压实度。

由于松塔水电站大坝土方填筑设计采用的土料场主要由Q3eol低液限黏土及Q2pl低液限黏土组成。施工过程中经常会出现回填土土质变化的现象。为能正常使用密实度仪检测土料的压实度，当土质发生变化时，应及时重新进行密实度仪的标定，这样所检测的数据才真实、可靠。

截止2010年11月11日，坝体均质土填筑总量约90.5万m3，截水槽黏土填筑总量约2.6万m3。通过在不同部位核子密度仪或环刀法测值与密实度仪同步测值的对比，两者相差很小，偏差一般不大于1.5%，保证了密实度仪的使用效果。

6 使用注意事项及异常现象的处理

（1）在施工过程中，如振动碾的压实参数如行走速度、振动频率或振幅等发生变化时，必须对密实度仪重新进行标定。

（2）如果在振动压实过程中，密实度仪LCV表读值不再增加，而实测压实度达不到要求数值，表示用现有的振动碾用当前的参数已经不能进一步压实，应当采取额外措施，例如提高振动碾振幅、降低行走速度甚至更换大吨位振动碾等。

（3）当经过多次碾压后，LCV值仍然很小，远低于要求值，应分析原因，可能是因土料含水率严重低于施工控制含水率下限或高于施工控制含水率上限而导致土料难以压实。这时，应根据土料实际含水率的情况，采取补水或翻晒、挖除换土等措施，保证回填土的质量。

（4）如在正常压实过程中偶然出现较高的LCV值，意味着在碾压层附近可能存在比较坚硬的材料，可通过密实度仪进一步寻找到这些硬块的位置，进行处理，以保证土方填筑质量。

（5）如果在密实度仪标定时达到了某一压实度，但在实际压实施工时在同样的工况条件下达不到规定的压实度，应当检查是否是振动碾工作参数发生变化或回填土的特性与原来不一致。

（6）密实度仪标定后的LCV值是在特定工况下有效，不同振动碾、不同工作参数，甚至碾压材料的特性明显不同时的LCV值不具有可比性。

7 结论

松塔水电站大坝土方填筑施工中，通过采用振动压路机密实度仪同步进行回填土的压实度检测，不仅从多方位全面保证了大坝土方的填筑质量，而且在保证达到同等压实质量的前提下，可适当减少碾压遍数和常规压实度检测数量，从而提高了施工效率，降低了施工费用。