土坝填筑碾压试验优化施工方案

王艳娇

( 五大连池市水务局，黑龙江 五大连池164100)

根据土坝填筑施工计划安排( 1995—1996年完成) 及对当地所具备的施工机械、气象资料分析，为验证设计可行性又满足节省工程投资的目的，需进行土坝填筑碾压试验。土坝填筑碾压试验于1995年5月中、下旬在五大连池市山口水库库区内进行［1］。

1 库区土料场地下水位勘测及天然合水率、干密度测试

沿环形坝轴线土料场内挖坑查勘地下水埋深，共控测坑23个，测得地下水埋深为1.3 ～2.80 m。

选择具有代表性料场区域( 约110 万m2) 布置钻孔，沿距地表0 ～10、50、100、150 cm 4 层取样，进行土料天然含水率、干密度测试，其测试结果见表1。

2 坝基碾压处理试验

在对应坝轴线选择有代表性区域进行坝基碾压处理试验。首先用推土机或铲运机将表层干土或草皮清除，然后直接用东方红履带拖拉机( 54、60、75型) 碾压3 遍、5 遍至达到设计干密度为止，其碾压处理试验结果见表2［2－3］。

3 坝填筑碾压试验

3.1 机械选择

根据土坝大面积坡筑施工，采用最多的机械确定如下: 2.5 m3容量铲运机( 东方红54、60、75 牵引) ，铲、装、运、连续作业; 平土、碾压机械采用东方红(54、60、75 型) 型履带式推土机。其有关参数为:总重54 t，履带宽0.4 m，机身长16 m，机身宽1.84 m，压强为41.1 MPa。

3.2 碾压试验参数的确定

铲运机直接挖取土料场0 ～50 cm深填料直接上坝进行碾压，相应含水率为26.6% ～26.8%，然后再挖取50 ～100 cm深土料上坝进行碾压试验，其相应含水率为26.8% ～30.1%; 干密度按设计要求应达到1.5 ～1.55 g/m2，且不产生较大面积橡皮土或剪切破坏现象。

铺土厚度分为25、30、35 cm，遍数有2、3、4、5、7遍等不同情况。

3.3 碾压试验现场布置

在距坝基一定距离的库区内选择有代表性40 m×30 m 区域进行碾压试验。相邻两试验处理地区应保证有1.0 m宽的过渡区。靠近边缘试验小区应有2.5 ～5.5 m的过渡区，即每个试验区取样试验面积为4.0 ～9.0 m或5.0 ～9.0 m。

表1 土料天然含水率、干密度测试结果表

表2 坝基碾压处理试验结果

3.4 碾压试验结果

对于每种试验处理，在有效试验面积内分6 ～8点取样，铺土厚度较厚时沿深度分2 层取样。

3.5 降低土料含水率试验

根据土料场含水率勘测，可知五大连池市山口水库土坝含水率为23.6% ～30.1%(取土深0 ～100 cm)，最大达35.7%，高于设计含水率23% ～24%，尤其是通过碾压试验表明，对于50 ～00 cm深度土料必须通过适当方法降低含水率后才能上坝填筑。根据五大连池市山口水库土坝填筑料场面积宽阔、较远、施工坝线较长的特点:①通过挖、装、运平面分区取土降低土料含水率;②采用扩大取土面，分层取土，分层自然晾晒，轮换使用的办法降低含水率。

4 碾压试验研究结论

1) 通过土料场地下水位，天然含水率勘察试验及气象资料分析，认为五大连池市水库土坝填筑应利用1995年5—6月，1996年4—6月气温较高，降雨量也较低的季节施工。

2) 土坝坝基处理，首先应清除杂草、根须等杂物，无草皮地段用机械将浮土清除;然后用东方红60型履带拖拉机( 推土机) 碾压3 ～5 遍，使距地表50 cm以上土层干密度＞150 g/m2，且不应有橡皮土等剪切破坏现象发生。如含水率较大应进行松土翻晒后再碾压。

3) 建议五大连池市山口水库土坝填筑有关施工参数如下: 土坝填筑土料场取土深度为100 cm，0 ～50 cm 土料可直接上坝，其含水率为23.6% ～25.8%，经挖、运、铺、压等工序后含水率可损失1%～2%，这样碾压后土料含水率为21.6% ～24.8%，接近设计含水率，50 ～100 cm深土料上坝前应降低含水率，降低方法采用平面分区、分层取土、轮换使用、自然晾晒＞10 h( 白天) ，使含水率降低4% ～5%，这样50 ～100 cm深土料上坝碾压后含水率可以从26.8% ～30.1%降至18.8% ～26.1%，也可接近设计含水率，经现场碾压试验表明满足施工要求。铺土厚度以30 cm 为宜，最好控制在25 cm，采用2.5 m3容量铲运土，东方红60 马力(54 型或75 型)履带式推土机平土、碾压3 遍，碾压方式为有错距，不错车。

4) 根据土料填筑碾压试验可知土坝填筑干密度为1.5 ～1.58 g/cm2，其相应控制含水率为24.5% ～20.9%，上料压实度94.5%。鉴于土坝大面积填筑与碾压试验有一定差异，建议土坝大面积填筑土料上坝碾压时含水率为19% ～23%，这样按碾压试验成果施工，达到五大连池市山口水库土坝设计干密度ρd=1.50 ～1.55 g/m2，含水率M =23% ～24%，渗透系数ρ =4.23 ×10－2cm/s 是有保证的。

5 结 语

五大连池市山口水库土坝填筑试验成果，为水库土坝工程大面积填筑施工提供了科学依据。1995年5—7月及1996年4—7月五大连池市山口水库土坝填筑己按此成果实施，经对已完成的13.11 km土坝现场施工质量检测及室内土工试验分析，平均干密度为1.55 ～1.60 g/cm3，上坝土料碾压后平均含水率为20% ～24%、渗透系数为:1.38 ×10－2cm/s，均满足设计要求，从而验证了碾压研究成果是符合实际的。

［1］孙宝山，贾朋宾. 试验优化土石坝填筑施工方案［J］. 河北水利水电技术，2001(02) :36 －38.

［2］朱旭，马军. 土工试验中应该注意的几个问题［J］. 山西建筑，2003(08) :26 －29.

［3］高向阳. 土工试验中的问题及数据处理［J］. 徐州工程学院学报，2005(03) :42 －46.