金沙滩水库土料碾压试验及成果分析

尹 晓

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

金沙滩水库位于山西省怀仁县，为半挖半填型平原围封水库，坝体为碾压均质土坝，坝轴线总长3992.6m，坝顶宽6m。大坝土方填筑工程量342.97万m3，其中坝体填筑218.5万m3，坝后弃土回填124.47万m3。主要建筑物有大坝、水库进出水系统、山阴供水及泄洪明渠等。坝体压实后干容重不小于1.7 t/m3，压实度不小于98%，弃土回填压实度不小于93%。

2 试验目的

通过碾压试验，确定土料最佳含水量及施工偏差范围、加水量和有效压实厚度等施工方法与参数，提出相关质量控制的技术要求和检验方法，从而为坝体填筑施工提供依据。

3 试验准备工作

根据工程实际情况，土料碾压试验场地选在库盆土料场附近地势平缓、坚实的地段。场地全长30m，宽20m，总面积600 km2，将试验场地以坝体纵方向为轴线方向，平行划分为10m×15m四个试验小块，进行松铺厚度为35 cm和40 cm的碾压试验。

本次试验采用挖掘机或装载机装料，自卸汽车运输，推土机平料，人工配合找平，18 t凸块振动碾或平碾碾压。试验用土料为库区开挖料，天然含水率为5.1%。压实试验表明，其最大干密度为1.86 g/cm3，最佳含水率为12.8%。为保证试验取土时的含水率达到6%～10.5%，对料场提前7 d进行加水泡土。挖料时，现场检测土料平均含水率为8.2%。

4 碾压试验过程及成果分析

4.1 场地平整

填筑试验前先清除试验段内的表土、垃圾等，清理范围为试验块基面边线外50 cm，清理完毕后采用18 t振动碾碾压4遍，使试验段基本平整，高差不大于10 cm。

试验场地平整并碾压后，在各试验单元区内布置1.5m×2m的网格，以测量压实沉降量，并在填筑区外设置控制基桩。在各单元的网格测点上以油漆标记并编号，用水准仪测量并记录初始厚度与相对高程。

4.2 铺料

现场施工采用挖掘机挖土，自卸汽车运输，采用进占法铺料，铺料方向平行纵轴线（大坝轴线方向），用推土机平料。铺土厚度在标杆上用油漆标记，标杆间距1.5～2.0m，铺土厚度误差为松铺厚度的±10%。

4.3 碾压

试验段第一层松铺厚度为35 cm，右侧试验块采用 Y2-20D（18 t）振动平碾，左侧采用 SR18M（18 t）凸块振动碾，按进退错距碾压法对土样进行碾压，碾压速度控制在2 km/h，碾压遍数为8遍，第1遍和第2遍为静压，第3遍为弱振，第4遍和第5遍为强振，第6遍为弱振，第7遍和第8遍为静压。第一层土料检测合格后，其表面进行刨毛处理，并洒水湿润，然后进行第二层土料摊铺。第二层松铺厚度为35 cm，试验过程同第一层，碾压遍数为10遍。第3层和第4层铺土厚度均为40 cm，碾压遍数分别为10遍和12遍。

4.4 试验检测

在各试验组合区域内按1.5m×1.5m的间距布测量网格点，并用水准仪测量各点铺料前、铺料后和碾压后的高程，计算松铺系数。

按规定的碾压遍数碾压结束后，用环刀法进行干密度试验，按1.0m×1.0m的间距布置检测点，检测点梅花形布置，每个试验组合取样10个，每场试验结合层取样2个。

5 碾压试验参数确定

根据试验结果，凸块振动碾碾压效果略优于振动平碾。压实度要求为98%，土料最大松铺厚度为40 cm，松铺系数为1.15～1.20，含水率控制在11.5%～14.0%之间时碾压效果比较理想，碾压12遍，其中静碾2遍，弱振碾压1遍再强振碾压6遍，弱振碾压1遍，最后静压2遍，压实能达到要求。

6 经验及建议

通过此次填筑碾压试验，初步掌握了填筑碾压施工的工艺和方法以及质量控制和技术要求等，并对现场工作中遇到的碾压问题提出了相应的处理措施。

第一，影响大坝填筑的一个重要因素是土料的准备，由于本地区地下水位较低，大部分土料的含水率不足，若在土料运至坝上再加水，往往会因加水不匀而在局部形成弹簧土。因此必须在土料上坝前的10～15 d前在料场设置沟渠，按土料需要的加水量进行灌水，待含水率达到或接近最优含水率后再进行挖运，确保有合格充足的土料。

第二，料场开采、装料、土料运输和坝面卸料、铺料等工序应连贯进行。卸料应采用进占法，禁止汽车在已压实土料面上行驶，以免对土体形成剪切破坏。为保证大坝填筑层间结合，在上层土料上料前对下层土料进行刨毛、洒水处理。

第三，晋北地区气候严寒，冬季最大冻土深度可达186 cm，必须对已碾压完成部位采取相应的防冻措施。建议在已填筑好的坝体上铺填2m厚的土作为防冻层，复工时将防冻层取掉后再进行填筑作业。坝体填筑采用分坝分段填筑，填筑施工的接合部位必须进行接缝处理。长度方向平起法碾压，分段部位按大于1∶3的坡度预留斜坡。

第四，试验表明，对于最大干密度满足设计要求的上坝土料，当含水率偏低时，适当增加碾压遍数，压实度可达到设计要求。实际施工时，可综合考虑工期要求、土料场情况以及施工费用等因素，在料场加水量、泡土时间和碾压遍数之间进行取舍，在满足施工强度的前提下，尽可能节约成本。