昔格达土筑坝填筑碾压试验

杜守来,高 燕,杜国印

(1.攀枝花市水利水电勘测设计咨询有限公司,四川 攀枝花 617000;2.四川众望安全环保技术咨询有限公司,四川 攀枝花 617000;3.山东昌利建设工程有限公司,山东 菏泽 274000)

0 前言

均质土坝由于其对地基条件良好的适应性、能就地取材、能充分利用建筑物开挖料、施工机械化程度高、造价较低等优点,成为世界各国水利水电建设广泛采用的坝型。而攀西地区广泛分布的昔格达地层,造就了昔格达土均质坝在攀西地区的广泛使用。但在工程界昔格达土作为筑坝材料一直存在着争议,主要原因昔格达组是半成岩,也是一种工程性质较差的极软岩,其特点就是成岩低、结构构造不均一,富含粘粒及粘土矿物,压缩性较强,遇水易软化,脱水崩解等特点[1]。杜守来等[2-3]对昔格达土防渗料、筑坝材料进行了工程特性试验研究;宋为广等[4]对昔格达土作为坝体防渗料提供了施工参考依据。目前的碾压试验研究绝大多数集中在交通工程应用方面,主要有:王维早等[5]对昔格达土路基填料压实度影响因素进行了试验研究,得出含水量、颗粒级配、松铺厚度和碾压方式对压实度的影响;周洪福等[6]、聂影等[7]、刘惠军等[8]对昔格达土作为路基填料进行了试验研究,并对相应工程提供了最佳松铺厚度和碾压方式;郝刚立等[9]、董凤强等[10]对泥岩含量对昔格达土路基强度指标的影响进行了研究。本文通过工程实例对昔格达泥岩夹粉砂岩筑坝填筑材料进行碾压试验,确定坝体填筑碾压施工参数,为昔格达土筑坝填筑提供施工技术依据。

1 工程概况

梅子箐水库扩建工程高涧沟水库位于攀枝花金沙江上段新庄河一级支流大兴河支流——高涧沟溪沟,是一座以农业灌溉为主的水利工程;扩建后水库总库容264.20万m3,采用昔格达土均质坝,最大坝高44.18 m。所需筑坝土料料场位于拟加坝水库库区左岸距坝轴线约180 m,料场所在山梁地层大部分由昔格达组泥岩与粉砂岩互层构成,储量约300万m3,满足筑坝填料需求。

2 碾压试验

2.1 试验目的

通过现场碾压试验,根据料场的土料,进行不同压实参数的坝料碾压试验,通过现场碾压试验达到以下目的:

(1)确定填筑料达到设计填筑标准的碾压设备、碾压施工参数及施工工艺;

(2)确定合理的铺土厚度、碾压遍数、含水率等碾压施工参数。

2.2 压实参数和试验组合

(1)压实参数:包括机械参数和施工参数。压实设备选用山工机械振动平碾(SEM822),功率129 kW,工作质量22 t,频率28/30 Hz,震幅2.0/1.0 mm,激振力374/215 kN。施工参数有铺土厚度、碾压遍数、土的含水率等。

(2)试验组合:本试验目的是确定最优含水率、铺土厚度和碾压遍数,为项目施工提供施工参数依据。本次试验组合采用综合法,即固定铺土厚度,变动含水率、碾压遍数,通过现场碾压试验确定施工填筑参数。

2.3 试验步骤及方法

2.3.1 试验步骤

基层处理-土料测试-测量控制铺土厚度-碾压前含水率测定-人工洒水(或晾晒)-碾压-测量-碾压后土料取样测试(密度、含水率、渗透性、压实度)-下一试验循环。

2.3.2 试验方法

试验场地面积满足规划要求,场地基础密实,整场高差小于20 cm,且局部起伏差小于5 cm;取土方式为立面取土,保证土料均匀,土料经自卸汽车运输至试验场地再经推土机+人工进行摊铺;土料初步摊铺完成后,采用钢尺等工具测量厚度,标出尺寸线与摊铺面的高差情况;再按试验拟定的碾压方式及碾压遍数对填筑试验区域进行碾压,碾压完毕后进行测量、取样测试。

2.4 碾压试验成果

通过机械碾压进行30 cm、35 cm、40 cm、45 cm的4个松铺厚度,每个厚度分别进行振8、振10、振12、振14试验带。试验区土料平整摊铺完成并经过厚度测量之后开始碾压工作,每种铺料厚度分别按照2.6 km/h的碾压行驶速度。现场通过进行多个参数的调整后得出最终碾压施工参数,试验成果见表1。

表1 昔格达土碾压试验结果

根据碾压试验数据分析:松铺30 cm、35 cm时,渗透系数明显偏大,且压实度偏小,不能满足设计要求,主要是因为土料含水量偏低,碾压不密实。松铺45 cm时,渗透系数偏大,不能满足设计要求。铺土厚度40 cm时,分别进行了三场试验,其第三场、第四场、第六场碾压遍数及干密度关系曲线见图1、图2和图3。

图1 第三场40 cm厚度碾压遍数与干密度曲线

图2 第四场40 cm厚度碾压遍数与干密度曲线

图3 第六场40 cm厚度碾压遍数与干密度曲线

根据第三场现场碾压后实际观测,碾压后有弹簧土的现象,现场判断含水率略偏高,土料加水控制得不好,存在加水超量现象;根据第四场碾压试验结果分析,碾压遍数为10遍时,效果最佳,其平均含水率为17.24 %,平均干密度为1.71 g/cm3,各项指标均满足设计要求;进行第六场碾压试验复核,由图3试验结果分析,碾压遍数为10时,平均含水率17.49 %,平均干密度为1.67 g/cm3,各项指标均满足设计要求。

3 结论

通过现场碾压试验结果分析,得出如下结论:

(1)通过碾压试验,昔格达土作为筑坝填筑材料能够达到设计要求的坝体填筑标准。

(2)昔格达土筑坝填筑碾压参数建议采用:筑坝填筑料含水率控制在17 %～20 %,铺土厚度采用40 cm,压实机械采用平碾(SEM822),碾压速度2～3 km/h,碾压方式采用错距法,碾压遍数采用强震10遍。以此作为大坝填筑施工建议碾压参数。但是在施工过程中应注意碾压密实,并保证碾压遍数,防止局部漏碾,并注意昔格达组泥岩的含量及与砂岩混合料的均匀性,并严格控制填筑料的含水率。