关于水利工程碾压应用技术的分析

□史明焕（贵州弘波质量检测有限公司）

0 引言

土方填筑碾压施工是水利工程中的一个重要施工项目，确保土方填筑碾压施工质量，能够有效保证水利工程整体质量。因此，在实际工程中，应通过科学的碾压试验，确定其实际施工方法。

1 工程概况

塘冲水库是六洞河第二级综合开发利用水利工程，上衔上塘水库，下接附廓水库。塘冲水库枢纽工程位于滚马乡塘冲村河段，坝址控制流域面积185 km2，多年平均年径流量1.02亿m3。塘冲水库工程枢纽主要由大坝枢纽工程、灌区枢纽工程、供水枢纽工程组成。大坝坝顶高程为706.50m，防浪墙顶高程707.70m，坝顶长392.78m，大坝基础置于弱风化上限，河床趾板建基面高程为653m，最大坝高53.50m。

2 碾压试验

2.1 试验场地布置

试验场地位于大坝主堆区与下游堆石区坝基间，宽42m，长46m，碾压机具为机械驱动单钢轮振动碾高档碾压22遍，然后进行基层密度检测，共计挖坑5个。图1为塘冲水库试验平面图。

图1 塘冲水库试验平面图

基层处理合格后，即进行沉降方格网布置，方格网规格为2.00m×2.00m，并进行方格网高程测量，高差＜10 cm，则基层平整度满足试验要求，于是按要求进行分区：特殊垫层区、垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区。

2.2 碾压方式

2.2.1 上料方式

特殊垫层料、垫层料、过渡料采用进占法；主堆石料、下游堆石料采用后退法，梅花型堆料，用推土机或挖机推平。

2.2.2 铺料厚度

按现场施工实际铺料厚度能力进行。

2.2.3 碾压方式

使用机械驱动单钢轮振动碾进行碾压，采用直线行车往返错距式，重迭率为振动碾压轮宽的10%（即20cm），行车速度（受碾压机具限制）用其最慢速度（2.00-2.50km/h）进行碾压。注意应进行充分洒水，然后进行碾压。碾压时遍数记数按往返各算一遍的方式进行。各试验区的碾压组合式为：静碾2+高振碾2+高振碾2+……直至碾压后干密度、沉降基本没有变化为止。

3 各分区料碾压成果

3.1 特殊垫层区

试验场地宽4.00m，长36.00m。设计铺料厚度≤22 cm，实际铺料厚度24.40 cm。

3.1.1 级配

对碾压前的特殊垫层料进行3组筛分试验，3组料均超径，最大粒径48 cm，超径5.24%～11.33%，细颗粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量为12.86%～13.92%，其中有1组级配不良。分别对碾压4、6、8、10遍的10个试坑进行筛分试验，均有超径和细颗粒含量偏少现象，石料粒径随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，即：粗粒料含量减少，中、细粒含量增加。除Ⅰ-6-1试坑为级配不良外，各试坑级配均良好。

3.1.2 密度

随着碾压遍数的增加，容重值增加，孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的10个试坑进行密度试验，所得平均密度为2.01 g/cm3、2.11 g/cm3、2.24 g/cm3、2.27 g/cm3，对应的孔隙率为25.20%、21.50%、16.90%、15.50%。

3.1.3 渗透

在碾压8遍后进行测试，渗透系数为7.50×10-2cm/s。

3.1.4 沉降

随着碾压遍数的增加，沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量分别为23，15，7，6，6，6mm。

3.2 垫层区

试验场地宽6.00m，长36.00m。设计铺料厚度45 cm，实际铺料厚度45.80 cm。

3.2.1 级配

对碾压前的垫层料进行3组筛分试验，最大粒径56 cm无超径，细颗粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量为13.97%～17.11%，级配良好。分别对碾压4、6、8、10遍的13个试坑进行筛分试验，无超径，细颗粒含量偏少，石料粒径随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，即：粗粒料含量减少，中、细粒含量增加。除Ⅱ-6-1、Ⅱ-6-2两个试坑为级配不良外，各试坑级配均良好。

3.2.2 密度

随着碾压遍数的增加，容重值增加，孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的13个试坑进行密度试验，所得平均密度为1.99，2.03，2.11，2.17 g/cm3,对应的孔隙率为26.0%、24.5%、21.7%、19.4%。

3.2.3 渗透

在碾压8遍后进行测试，渗透系数为2.88×10-2cm/s。

3.2.4 沉降

随着碾压遍数的增加，沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为39，14，7，6，5，5mm。

3.3 过渡区

试验场地宽4.00m，长36.00m。设计铺料厚度45 cm，实际铺料厚度45.40 cm。

3.3.1 级配

对碾压前的过渡料进行3组筛分试验，最大粒径250 cm无超径，细颗粒含量(d＜5mm)偏少，d＜5mm的含量为9.93%～12.85%，级配良好。分别对碾压4、6、8、10遍的14个试坑进行筛分试验，无超径，石料粒径随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，即：粗粒料含量减少，中、细粒含量增加。各试坑级配均良好。

3.3.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定，与碾压遍数无关，现场实测值为2.73。

3.3.3 密度

随着碾压遍数的增加，容重值增加，孔隙率减小。分别对碾压4、6、8、10遍的14个试坑进行密度试验，所得平均密度为1.99，2.18，2.25，2.23 g/cm3,对应的孔隙率为27.2%、20.2%、17.7%、18.2%。

3.3.4 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的，渗透系数为2.2×10-2cm/s。

3.3.5 沉降

随着碾压遍数的增加，沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10遍所对应的沉降量为18，16，9，7，5，3mm。

3.4 主堆区

试验场地宽18m，长42m，设计铺料厚度为90 cm，实际铺料厚度为87 cm。

3.4.1 级配

对碾压前的主堆石料进行3组筛分试验，最大粒径620 cm无超径，有2组细颗粒含量(d＜5mm)偏少，级配良好。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的18个试坑进行筛分试验，无超径，石料粒径随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，岩石破碎比较严重，即：粗粒料含量减少，中、细粒含量增加。除Ⅳ-4-1、Ⅳ-4-3、Ⅳ-6-4三个试坑为级配不良外，各试坑级配均良好。

3.4.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定，与碾压遍数无关，现场实测值为2.69。

3.4.3 密度

随着碾压遍数的增加，容重值增加，孔隙率减小。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行密度试验，所得平均密度为1.97，1.98，2.04，2.05，2.07，2.06 g/cm3，对应的孔隙率为26.9%、26.3%、24.10%、23.70%、23.00%、23.40%。

3.4.4 渗透

在碾压8遍后进行测试，渗透系数为1.20 cm/s。

3.4.5 沉降随着碾压遍数的增加，沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为15，34，18，15,8,6,5mm。

3.5 下游堆石区

试验场地宽14m，长42m，设计铺料厚度为90 cm，实际铺料厚度为88.10 cm。遍数计数方式为往返各算一遍。

3.5.1 级配

对碾压前的下游堆石料进行3组筛分试验，最大粒径480 cm无超径，有2组细颗粒含量(d＜5mm)偏少，级配良好。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行筛分试验，无超径，石料粒径随着碾压遍数的增加，级配结构随之变化，岩石破碎比较严重，即：粗粒料含量减少，中、细粒含量增加。除Ⅴ-2-1、Ⅴ-6-2、Ⅴ-8-2、Ⅴ-8-4、Ⅴ-8-5、Ⅴ-10-2、Ⅴ-12-1，7个试坑为级配不良外，各试坑级配均良好。

3.5.2 视比重

视比重值由材料本身性质决定，与碾压遍数无关，现场实测值为2.73。

3.5.3 密度

随着碾压遍数的增加，容重值增加，孔隙率减小。分别对碾压2、4、6、8、10、12遍的20个试坑进行密度试验，所得平均密度为1.94，1.97，1.99，2.04，2.05，2.14 g/cm3,对应的孔隙率为29.00%、27.80%、27.20%、25.30%、24.80%、21.70%。

3.5.4 渗透

渗透系数是在碾压8遍后测试的，渗透系数为6.15×10-1cm/s。

3.5.5 沉降

随着碾压遍数的增加，沉降量减小。静碾2遍和动碾2、4、6、8、10、12遍所对应的沉降量为12，31，13，12，9，4，2mm。

4 坝体填筑碾压施工方法分析

通过以上上坝材料的现场碾压试验成果，得出其碾压施工方法如下：

4.1 特殊垫层料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾，直线行车往返错距式（往返各算一遍）。行车速度2.00 km/h，重迭率为10%（20 cm），上料方式为后退法，铺料厚度≤25 cm，洒水量为5%～10%;碾压方式：先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求（干密度：2.23 g/cm3、孔隙率16.9%）且经济合理，对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.2 垫层料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾，直线行车往返错距式（往返各算一遍），行车速度2.00～2.50 km/h，重迭率为10%（20 cm），上料方式为后退法，铺料厚度≤45 cm，洒水量为5%～10%；碾压方式：先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求（干密度：2.17 g/cm3、孔隙率19.4%）且经济合理，对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.3 过渡料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾，直线行车往返错距式（往返各算一遍）。行车速度2.00～2.50 km/h，重迭率为10%（20 cm），上料方式为后退法，铺料厚度≤45 cm，洒水量为15%～20%，碾压方式：先静碾压2遍后再高档振动碾压8遍达到设计要求（干密度：2.25 g/cm3、孔隙率17.70%）且经济合理，对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.4 主堆石体料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾，直线行车往返错距式（往返各算一遍）。行车速度2.00～2.50 km/h，重迭率为10%（20 cm），上料方式为进占法，铺料厚度≤90 cm，洒水量为15%～20%，由于高档振动碾压12遍未达到设计要求，建议设计调整参数，碾压方式：先静碾压2遍后再高档振动碾压10遍（干密度：2.07 g/cm3、孔隙率23.00%）较经济合理，对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

4.5 下游堆石体料

采用山推SR20M型机械驱动单钢轮振动碾，直线行车往返错距式（往返各算一遍）。行车速度2.00～2.50 km/h，重迭率为10%（20 cm），上料方式为进占法，次堆体为≤90 cm，由于高档振动碾压12遍未达到设计要求，建议设计调整参数，碾压方式：先静碾压2遍后再高档振动碾压10遍（干密度：2.05 g/cm3、孔隙率24.8%）较经济合理，对局部薄弱处应增加碾压遍数以保证满足设计要求。

5 结语

综上所述，在水利工程土方填筑碾压施工中，应重视碾压试验，有效控制碾压施工质量，一方面能够提高水利工程的建设质量，另一方面也可延长水利工程的使用寿命。

[1]曾细桃.水利工程土方填筑碾压施工技术分析[J].中国科技博览,2014(27):167-167.

[2]曹立刚.水利工程土方填筑碾压施工技术控制[J].华章,2013(31):52-53.

[3]徐青峰,张永强,史红雨.试分析土方回填施工技术在水利工程中的运用[J].江苏商报·建筑界,2013(24):162-163.