董 群,倪雪金
(杭州科诚建设工程检测有限公司,浙江杭州 310051)
除险加固水库工程坝型为钢筋混凝土面板堆石坝,工程填筑方量:主堆石区101 349 m3,过渡区49 105 m3,垫层区21 906 m3.坝体采用分区填筑,分层碾压,自上游至下游依次分为三个主要填筑区,Ⅰ区为钢筋混凝土面板垫层区,水平宽度2.0 m;Ⅱ区为过渡区,对垫层料起反滤作用且自身也能维护渗透稳定,水平宽度5.5 m;Ⅲ区为主堆石区,要求填筑级配良好的石料.
依据《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2001)规定[1]及设计对坝体堆石料分区试验技术要求,为保证坝体填筑质量,进行了坝体堆石料分区的现场生产性碾压试验[1-2].
碾压试验内容包括:填筑料颗分试验;主堆区、过渡区、垫层区三个填筑区的碾压试验.
坝体堆石填筑料质量要求及相关的设计参数见表1.
为确定满足设计填筑标准的碾压参数,经碾压试验确定铺料厚度、碾压遍数、加水量等参数[1-3].
依据《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2001)规定进行现场碾压试验[1].
(1)运输机械:15 t工程自卸车.
(2)平整机械:130型履带式推土机.
(3)碾压机械:18 t自行式振动碾.
表1 坝体堆石填筑料质量要求及设计参数
平整和压实场地:在基体上铺上试验料料层,并按平整度±100 mm控制整平基层,经振动碾压密实,以减少基层对碾压试验的影响.为有效、准确地控制压实沉降量,在主堆区、过渡区、垫层区三个填筑区内分别布设网格,并在填筑区外结实地设置控制基桩后,采用水准仪测量并记录起始点与相对高程[1,3].
(1)填筑铺层厚度 根据本工程特点,碾压试验采用设计铺料厚度为主堆区800 mm、过渡层区和垫层区400 mm.
(2)填筑铺料方法 采用“进占法”或“后退法”铺料是二种常用的铺料方法,“进占法”铺料的主要特点是:容易整平,能控制堆石的填筑厚度,为施工机械提供较好的工作面,并减少机械磨损.但堆石料容易分离;“后退法”铺料的主要特点是:可以改善堆石料的分离情况.但堆石料不易整平,层厚也不易控制,为振动碾压带来一定的困难,而且机械磨损大.从保证堆石料填筑质量、方便施工等角度综合考虑确定,本次试验采用汽车后退法倒料,并用反铲铺料.
(3)平整方法 经推土机平料后,局部产生的低洼堆石料处,辅助人工填筑找平,经平碾二遍,使层面平整度达到要求.
(1)碾压遍数 初步确定分别取动压0、4、6、8、10 遍进行碾压试验,并在 0、4、6、8、10 遍时,分别抽取试坑测定干密度、颗分试验.
(2)碾压方法 按2~3 km/h碾压行车速度碾压,碾压时采用全振(进退均起振)压实,各算振压一遍.碾压相邻条带以不错距碾压为宜(两条相邻的碾压带连接处,碾子错位重叠范围为300 mm).
(3)本次试验根据设计要求加水碾压.
(1)碾压试验前,在碾压密实的有效试验场地三个填筑区内分别布置测点,在网格测点上用颜色标记编号表示,其节点为沉降量基点,经测量填筑区内设置沉降基准值后,再核对填筑场外基准控制点准确无误[1,3].
(2)在静压二遍铺料层上,继基点方格网上升层面重新标出网格,网格节点须重叠,然后量测铺料基准值(初始高程),经验证基准值与场外基准点无误后,进行碾压.
(3)碾压过程中每碾压二遍测一次沉降,且每次量测前后均应核测场外基准点,当沉降量几乎处于稳定后,该次碾压试验结束.
(4)根据碾压试验中得到的测量结果,分别计算铺料厚度、压实厚度、沉降量、沉陷率等特性指标,试验结果见表3.
其中:H—沉陷度,mm;
Ha—铺层松散厚度,mm;
Hb—振碾压实厚度,mm;
h—沉陷率,%;
△H0—基准测点平均值,mm;
△Hi—铺层经静压后的平均厚度,mm;
△Hj—任意碾压遍数时的平均压实厚度,mm.
3.6.1 干密度试验方法及试验钢环
依据《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2001)之有关规定,本次堆石坝坝体干密度试验均采用“挖坑灌水法”,试验钢环满足表2要求.
表2 试坑尺寸与试样最大粒径
3.6.2 干密度试验步骤
将挖出的堆石料进行分级称重后,分别测定分级料的含水率,并计算干料重,试坑采用“灌水法”测定体积.试验干密度按下式求得,计算结果见表3.
其中:G干—试坑堆石料干重,kg;
G湿—试坑堆石料湿重,kg;
ω—试坑堆石料含水率,%;
rdi—任意碾压遍数时的干密度,kg/m3;
V—试坑体积,m3.
从表中分析,碾压层沉陷率、干密度随碾压遍数的增加而增加;碾压层空隙率随碾压遍数的增加而减小.当碾压至10遍时的沉陷率、干密度递增较小,空隙率变化量也较小,说明碾压至8遍时碾压层已开始趋于稳定.
3.6.3 试坑料颗分试验结果
试坑料颗分试验结果分别见表4~表6.
表3 不同压实遍数与沉陷率、干密度试验成果表
表4 垫层区试坑料颗分试验结果
表5 过渡区试坑料颗分试验结果
表6 主堆区试坑料颗分试验结果
从试验结果可以看出:
(1)堆石料颗粒级配基本设计级配吻合.
(2)颗粒级配中含量查得,垫层料中<5 mm含量占37.88%,包络于设计级配范围内.
(3)级配曲线的特征值不均匀系数高于设计不均匀系数值,能有效起到合理充填的作用.
(4)垫层区、过渡区、主堆区堆石料的混合含泥量分别为:2.88%、2.79%、1.48%,满足设计规定≤8%、≤5%、≤5%的要求.
(1)在碾压试验基础上,结合工程施工使用的碾压机具性能、坝体的沉降稳定性等方面考虑,建议施工控制参数见表7.
表7 建议坝体堆石填筑料施工压实参数表
(2)碾压试验取料须做到取料均匀、铺料合理,以满足级配细料含量及中粗料的合理搭配,最大限度地充填堆积空隙,增加压实度.
(3)主堆区碾压料存在≥600 mm块石超径料时,应视情况破解并合理分散.
(4)加强填筑料的采料、铺层管理,严禁分离料集中填筑于堆石坝体.
(5)确保填筑料的颗粒级配满足设计要求,满足压实性能要求.
(6)采取沿坝轴线方向进行碾压(即坝体的左右岸方向),并保证相邻带碾迹的彼此搭接300 mm以上.
(7)碾压试验料仍应按设计要求洒水碾压,这对于细料的合理充填、软化块石、减小磨阻力均会收到较好的效果.
(8)应采取控制碾压参数与试坑法取样和干密度抽查“双控”相结合的质量控制手段,以保证堆石坝体填筑碾压质量.
[1]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5129-2001碾压式土石坝施工规范[S].北京:中国电力出版社,2001.
[2]中华人民共和国国家能源局.DL/T5128-2009混凝土面板堆石坝施工规范[S].北京:中国电力出版社,2009.
[3]蒋国澄,傅志安,凤家骥.混凝土面板坝工程[M].武汉:湖北科学技术出版社,1996.
[4]南京水利科学研究院.SL237-1999土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,1999.