锦屏一级水电站移民安置工程老沟水库坝区枢纽工程施工反滤料2碾压试验成果报告.doc

锦屏一级水电站移民安置工程老沟水库坝区枢纽工程施工(合同编号：LG-BQSN-01)反滤料2碾压试验成果报告批准/日期： 审核/日期： 编制/日期： 中国水利水电第五工程局有限公司老沟水库工程项目经理部二一四年一月八日目 录1、工程概述11.1大坝简述11.2反滤料2填筑技术要求22、试验目的及相关要求22.1试验目的22.2编制依据及使用的规程规范33、碾压试验33.1试验内容33.2现场准备工作43.2.1试验场地要求43.2.2场地布置、平整及验收43.3试验过程53.3.1碾压前颗分53.3.2反滤料2掺配与运输53.3.3铺料53.3.4碾压53.3.5沉降测量63.3.6检测方法64、资源配置74.1人员配备74.2设备配置85、试验主要成果95.1相对密度95.2试验用水95.3沉降测量95.4现场密度检测95.5现场颗粒级配检测115.5.1铺料厚度40m时级配115.5.2铺料厚度50cm时级配125.5.3铺料厚度60cm时级配126、试验成果136.1干密度136.1.1主要成果136.1.2干密度与碾压遍数136.1.3干密度与铺料厚度146.1.4干密度与铺料厚度、碾压遍数156.2沉降指标156.2.1主要成果156.2.2沉降与碾压遍数156.2.3沉降与铺土厚度166.3反滤料2含水率177、 主要结论188、存在的问题18附件：现场检测照片（附照片19） 19老沟水库坝区枢纽工程 反滤料2碾压试验成果报告反滤料2碾压实验成果报告1、工程概述1.1大坝简述老沟水库位于盐源盆地地势较高的盆北地区唯一有规模的非喀斯特地区三岔河一带, 其地理位置界于东经1012410131、北纬27402749之间(即干沟、新沟和老沟所处位置)。老沟水利灌溉工程为四川省雅砻江锦屏一级水电站水库移民安置配套工程，本工程的开发任务是满足古柏农场移民安置区生产生活用水要求，并为相关盐源县灌区提供生活、灌溉及生态用水。老沟水库坝型为粘土心墙堆石坝，坝顶高程2609.0m，心墙最低建基面高程为2547.00 m (暂定高程，具体建基面高程以防渗墙导向槽拆除后的高程为准)，最大坝高60.0m，坝顶长度283.40m，坝顶宽10m。大坝上游坡度为1:2，下游坡度为1:1.9。挡水大坝坝体共分为粘土心墙防渗体、反滤层、过渡层、堆石坝壳四大区。心墙上、下游侧为反滤层，反滤层外侧设置过渡层，过渡层外侧为堆石体坝壳。防渗心墙上、下游坡度均为1：0.25，心墙顶宽3.5m。心墙顶高程2607.0m，高于正常蓄水位2.0m，心墙顶部与坝顶“L”型防浪墙底部有良好的防渗连接。心墙座落在基岩上，最低部位底高程2548.00m，最大底宽32.0m。为了保护心墙土料，根据反滤设计原则，在心墙下游面设置反滤料1、反滤料2两层反滤料。考虑到水库水位骤降的影响，在心墙上游设置一层反滤料。为满足心墙土料与坝壳堆石之间的刚性过渡要求，在上、下游反滤层与坝壳堆石之间设置过渡层，为避免地基中的细小颗粒被渗透水流带入堆石体内，在心墙下游的覆盖层与堆石体之间设置厚度1.0m的下游坝基水平反滤层。心墙上游一层反滤层水平厚度均为3.0m，心墙下游面两层反滤层水平厚度均为3.5m，总厚7.0m，上、下游过渡层项部厚度均采用3.0m，与堆石交界面的坡度均为1:0.4。在上游坝面设置干砌块石护坡，在下游坝面设置大块石护坡，干砌块石护坡和大块石护坡厚度均为0.6m。为便于干砌块石护坡施工，在干砌块石护坡与坝面堆石之间铺设一层厚0.3m的碎石垫层，其最大粒径不大于8cm。图1.1-1 坝体填筑典型断面图1.2反滤料2填筑技术要求根据老沟水库大坝填筑技术要求(初稿)的相关要求，适用于老沟水库大坝反滤料2填筑的技术要求具体如下：（1）反滤料2全部采用砂石加工系统制备的人工料。（2）反滤层2的最大粒径为80mm，D15为51.5mm。（3）压实后反滤料的相对密实度应0.75。反滤料2级配见图1.2-1。图1.2-1 反滤料2级配曲线2、试验目的及相关要求2.1试验目的（1）确定反滤料2的最佳压实方法（包括选碾压设备类型、机械参数、碾压遍数、铺土厚度等施工参数等）；（2）了解并分析反滤料2碾压前后颗粒级配的变化； （3）了解并分析压实后反滤料2的各种物理性质，为设计提供安全、经济、合理的计算参数；（4）分析复核反滤料2设计技术指标及填筑标准的合理性。2.2编制依据及使用的规程规范中华人民共和国水利电力部土工试验规程SD128-79、84、86、87；中华人民共和国行业标准土工试验规程SL237-1999；中华人民共和国国家标准土的分类标准GBJ145-90；中华人民共和国电力行业标准碾压式土石坝施工规范DL/T 5129-2001；中华人民共和国电力行业标准碾压式土石坝设计规范SL274-2001；中华人民共和国电力行业标准水利水电工程岩石试验规范SL264-2001；中国水电顾问集团成都勘测设计研究院老沟水库枢纽工程心墙堆石坝碾压试验技术要求（初稿）；中华人民共和国电力行业标准水电水利工程施工测量规范DL/T51732003；老沟水库大坝工程碾压实验大纲及监理工程师批复。3、碾压试验3.1试验内容反滤料2碾压试验在面坝坪子砂石骨料加工系统反滤料2天然含水率的情况下进行，行车速度按2.70.2km/h进行控制。碾压遍数与沉降量关系曲线未趋于收敛时，增加碾压遍数，继续测量直至收敛。具体铺料厚度、碾压遍数试验组合表见表3.1-1。表3.1-1 反滤料2铺料厚度、碾压遍数试验组合表铺土厚度(cm)激振4遍激振6遍激振8遍404040505050606060碾压试验同步进行的试验检测工作有：颗粒分析试验、现场密度试验、含水率试验等，同时按规范要求进行沉降量测量工作。3.2现场准备工作3.2.1试验场地要求试验场地能够真实地模拟大坝填筑施工情况，碾压试验场地选择在大坝营地右岸1#渣场部位进行。试验场地经平整，碾压密实验收后铺料，试验场地处理及标准要求如下：(1)场地坚实平整，用选定的碾压设备最大工作质量的振动碾按2.70.2km/h的速度碾压，直到碾压2遍后全场平均沉降量不大于10mm；整场高差小于20cm且局部起伏差不大于5cm，经测量现场验收后投入使用。(2)在基层碾压完毕后，铺一层40cm厚的试验料，压实达到设计标准，将这一层作为基层，然后在其上进行碾压试验。(3)试验区面积：试验场地面积1200m，每项参数试验场面积6m10m，试验区面积需要1000m。(4)试验铺料要求：由于碾压时产生侧向挤压，因此在试验区的两侧（垂直行车方向）留出一个碾宽。顺碾压方向的两端留出4m6m作为非试验区，以满足停车和错车需要。3.2.2场地布置、平整及验收（1）场地布置:试验场地分区分块布置在大坝营地左岸1#渣场约2550m位置，布置场地时考虑所采用的试验组合方法。碾压试验场地总长30m，宽20m，碾压试验场地布置了过渡带，作为停车及错车用，中间有不同铺料厚度的料；为防止碾压时向侧面产生挤压，两端各留2m区间作为压重。在试验段范围内进行现场试验和取样，并按照1.5m1.5m的网格布置沉降测量点。（2）场地平整：根据测量放设场地范围（用白灰标识），用反铲及推土机清理试验场地，反铲配合人工整平场地，其场内相对高差小于10cm，然后用25t振动平碾最大工作质量按2.70.2km/h的速度碾压，直到碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm；整场高差小于20cm且局部起伏差小于5cm。在基层碾压完毕后，铺一层40cm厚的试验料，压实达到设计标准，将这一层作为基层，然后在其上进行碾压试验。 (3)场地验收：砂石骨料加工系统生产的反滤料2碾压试验场地由监理、业主、施工方共同确定，及时组织人员及机械对碾压试验场地进行了平整，并用YC26E振动平碾进行了碾压（碾压20遍），碾压完成后及时请监理工程师进行了验收。在验收合格后再进行铺料及后续碾压工作。3.3试验过程3.3.1碾压前颗分反滤料2由面坝坪子料场生产的5mmd180mm反滤料2和砂按4:1的掺配比例分层摊铺、平面立采，现场掺配颗分见表3.3.1-1 碾压前反滤料2颗粒级配见表3.3.1-1由上图3.3.1-1可看出3.3.1-1未掺砂的曲线在小于10mm后全部在下包线以外，经计算石：砂的比例按4:1进行掺配后得出实测值2-实测值7均满足反滤料2的级配要求(平均值Cu=14.7;Cc=1.2)。3.3.2反滤料2掺配与运输反滤料2碾压试验用料由砂石骨料加工系统生产，经反铲按一定比例掺和均匀随机装车，用20t运输汽车装运到大坝碾压试验场。3.3.3铺料现场铺料采用后退法，用20t自卸车运输，推土机进行平料；在距填筑面前沿46m距离设置移动式标杆，推土机操作手根据标杆控制填料层厚，避免超厚或过薄。3.3.4碾压碾压设备使用YC26E自行式振动平碾，工作质量为25.4t，碾宽2.17m，振动频率为27/31Hz，振幅为2.05/1.03mm，激振力为416/275kN；碾压时行进速度为2.70.2km/h，错碾方式为搭接4050cm，按“进退法”碾压，碾压遍数按一进一退2遍计算。3.3.5沉降测量3.3.5.1测点布置测量测点布置采用1.5m1.5m的网格，根据不同的碾压铺料厚度、碾压遍数共划分为3个区，每个区布置有18个测点，共计54个测点，测点采用白灰标识，碾压两遍后仍按标识测量，如有损毁重新标识测量。3.3.5.2测量过程（1）铺料前测量采用徕卡（TCR802）全站仪进行场地测量，记录其测点坐标及高程，取得铺料厚度计算初始值。（2）碾压前测量铺料完成后，在试验段内按照均匀分布的网格进行测量，记录其坐标和高程，测算其铺料厚度并为计算碾压沉降值提供初始值。（3）碾压过程中测量碾压过程中碾压遍数每增加2遍，由测量进行网格网测量，并记录碾压过程中的测量值。（4）碾压后测量碾压结束后，根据方格网点测量其高程值，以求得碾压沉降量。3.3.6检测方法试验检测方法操作按照碾压式土石坝施工规范DL /T5129-2001、土工试验规范SL237-1999及监理批复的试验大纲严格进行。主要试验方法有：现场密度采用挖坑灌水法、现场颗粒级配分析采用筛析法等。3.3.6.1相对密度试验按照土工试验规范SL237-054-1999进行。3.3.6.2现场密度试验按照土工试验规范SL237-041-1999，原位密度试验采用灌水法进行现场密度试验。首先，在测试区将直径0.4m、高10cm的钢套环安放在需要检测的地面上，用水平尺大致找平并固定，将塑料薄膜平铺在钢套环内，并与地面紧贴。再将事先准确称量过的水注入钢套环内，直至钢套环内的水刚刚快要溢出钢套环最低处为止，记录此时钢套环内的用水量W1(kg)，将钢套环内的水舀出，并防止将塑料薄膜踫破。其次，将钢套环内的水舀除干净后移去塑料薄膜，沿钢套环内侧开挖至整个碾压层厚，将坑内的试样装入盛土容器进行准确称量其质量m(kg)并计录，同时取代表性的各级试样进行室内含水率测定。再次，将大于试坑容积的塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴，将事先准确称量后的水注入试坑内，后随时观察将塑料薄膜与坑壁的贴紧程度，注水至钢套环内的水刚刚快要溢出钢套环最低处为止，并记录此时试坑与钢套环内的用水量W2(kg)。最后，计算试坑现场湿密度：湿=mGW/（W2-W1）此处的GW为水的密度，取1g/cm。3.3.6.3现场颗粒级配分析试验按照土工试验规范SL237-006-1999，颗料级配分析试验采用筛析法。首先，将现场密度测定时试坑挖出的试样（此时试样含水率较低，且为无粘性土样）全部通过4676cm的圆孔标准土壤筛（筛孔尺寸依次为：80、60、40、20、10、5mm）逐级进行现场筛分，对于粒径大于80mm的土样由于数量较少采用钢板尺逐一测量其最宽处并记录。其次，将小于5mm的筛底取小样约5kg带回室内烘干后用震击式标准振筛机进行筛分试验（此时采用3005mm的国家新标准土壤筛，筛孔尺寸为5、2、0.5、0.25、0.075mm）。最后，以小于某粒径的土样质量占全部土样总质量的百分数为纵坐标，以粒径（mm）为对数横坐标绘制土样颗粒级配曲线。4、资源配置为了保证堆反滤料2碾压试验的顺利开展，根据需要投入了充足的人力资源、试验设备、机械设备及配套的设施、材料等，保证了试验工作顺利进行。4.1人员配备人员配备见表4.1-1表4.1-1 主要劳动力资源投入统计表序号工种实际投入数量共投入时间备注1管理人员62014.1.12014.1.92中级试验工23初级试验工34普工55普通司机36运输车辆司机机47挖掘机司机28推土机司机19装载机司机14.2设备配置试验使用的机械设备、试验设备及工器具见表4.2-1、表4.2-2、表4.2-3：表4.2-1 机械设备统计表序号机械设备名称型号单位数量备注1自行式振动平碾YC26E台12挖掘机1.6m台23推土机SD22台14装载机3m台15自缷汽车20t辆46皮卡车0.5t辆1表4.2-2 试验仪器设备统计表序号名称单位数量规格型号生产厂家出厂编号1电子分析天平1台FA2004B上海佑科仪器仪表厂YK2012094862电子天平1台BS-30KA上海友声衡器有限公司71100993电子台秤2台TCS-100凯丰集团有限公司70090/712076标准土壤筛1套4676cm/7国家新标准土壤筛2套3005上虞市道墟鸣五金仪器厂9电热鼓风恒温干燥箱3台101-3上海东星建材试验设备厂408310卡尺1套/11振动台1台/12试样筒2套l/13校正用钢套环2个0.4m/表4.2-3 试验工器具统计表序号工器具名称单位数量备注1铁锹把42橡皮筐个153钢钎根44水桶只25勺子个26塑料薄膜m2507塑料袋只1005、试验主要成果5.1相对密度 选取反滤料2级配良好的试样，采用湿法制备求得反滤料2的最大干密度为2.27g/cm3和最小干密度1.67g/cm3从而求得坝料的相对密度。5.2试验用水现场密度检测采用挖坑灌水法，试验用水采用抽水泵至试验现场，经测量水温范围为：78之间，其相应的密度范围为：0.999930.99983g/cm，试验中取其标准值1g/cm做为计算采用数值。5.3沉降测量使用网格测量，不同铺料厚度与碾压遍数的沉降量见表5.3-1。表5.3-1 各级碾压遍数下的沉降量汇总表序号理论铺料厚度(cm)实际铺料厚度(cm)各级碾压遍数下的沉降量(mm)振4遍振6遍振8遍14053.323262525053.631384236059.93646585.4现场密度检测现场碾压完成后用灌水法检测每个测区的密度、颗粒级配及含水率，每个测区共布设了3个试验坑，密度试验结果见表5.4-1：表5.4-1 反滤料2料碾压试验结果统计表铺料厚度(cm)碾压 遍数湿密度(g/cm3)平均湿密度(g/cm3)含水率(%)平均含水率（%）干密度(g/cm3)平均干密度(g/cm3)最大干密度最小干密度相对密度平均相对密度4042.15 2.14 4.84.92.05 2.04 2.271.67 0.70 0.69 2.12 5.02.02 0.65 2.14 4.92.04 0.69 4062.26 2.26 4.74.82.16 2.16 0.86 0.86 2.27 5.02.16 0.86 2.26 4.72.16 0.86 4082.25 2.22 5.05.02.14 2.12 0.83 0.79 2.23 4.92.13 0.81 2.19 5.12.08 0.75 5042.14 2.15 4.84.82.04 2.05 0.69 0.71 2.15 4.72.05 0.71 2.17 4.92.07 0.73 5062.24 2.23 5.15.02.13 2.12 0.82 0.80 2.23 4.82.13 0.81 2.22 5.22.11 0.79 5082.24 2.25 5.05.02.13 2.14 0.82 0.83 2.25 4.82.15 0.84 2.26 5.12.15 0.85 6042.08 2.10 4.95.01.98 2.00 0.60 0.64 2.10 5.22.00 0.62 2.13 4.82.03 0.67 6062.23 2.22 5.35.32.12 2.11 0.80 0.79 2.22 5.32.11 0.79 2.21 5.22.10 0.78 6082.21 2.23 4.94.82.11 2.13 0.78 0.81 2.23 4.62.13 0.82 2.24 4.82.14 0.83 5.5现场颗粒级配检测碾压后颗粒级配检测共3个区27组，试样是现场密度试验试坑内全料试样。铺料厚度为40cm、50cm、60cm，颗粒级配曲线分别见图5.5-1图5.5-3。5.5.1铺料厚度40m时级配图5.5-1 铺料厚度40cm碾压后颗粒级配曲线汇总铺料厚度40cm时，碾压试验后取样级配总体靠下包线，偏粗，最大粒径平均值为：65mm，平均级配曲线不均匀系数为：Cu=10，曲率系数为：Cc=2，级配良好。5.5.2铺料厚度50cm时级配 图5.5-2 铺料厚度50cm碾压后颗粒级配曲线汇总铺料厚度50cm时，碾压试验后取样级配总体较好，但最大粒径偏小，最大粒径平均值为：60mm，平均级配曲线不均匀系数为：Cu=12，曲率系数为：Cc=2,级配良好。5.5.3铺料厚度60cm时级配图5.5-3 铺料厚度60cm碾压后颗粒级配曲线汇总铺料厚度60cm时，碾压试验后取样级配总体较好，最大粒径也较其它铺料厚度时大，最大粒径平均值为：67mm，平均级配曲线不均匀系数为：Cu=11，曲率系数为：Cc=2.5,级配良好。6、试验成果6.1干密度6.1.1主要成果根据现场取样试验结果，经整理计算其铺料厚度、碾压遍数及干密度成果见表6.1-1。表6.1-1 反滤料2现场碾压试验成果表 碾压遍数 干密度(g/cm）松铺厚度碾压4遍碾压6遍碾压8遍40cm2.042.162.1250cm2.052.122.1460cm2.002.112.136.1.2干密度与碾压遍数干密度与碾压遍数关系见图6.1-1。图6.1-1 碾压遍数与干密度关系图根据碾压密度成果（表6.1-1及图6.1-1）分析，在同一铺料厚度条件下，反2干密度与碾压遍数的关系成正比，即干密度随碾压遍数的增加而增大，说明碾压遍数越大，反滤料2压实度越高；同样碾压遍数随着铺土厚度增加，干密度减小，说明反滤料2厚度越大越不易压实；不同反滤料2铺土厚度越大，其干密度越小。40cm铺料厚度碾压8遍时，干密度同比6遍有下降趋势，说明碾压6遍后垂直沉降已趋于0，反滤料2有被二次扰动迹象，已开始向水平方向移动。50cm铺料厚度碾压6、8遍与60cm铺料厚度压6、8遍压实效果相当，说明选择压实机械压实性能满足要求，在碾压器具、振动频率和碾压遍数不变的情况下，50cm铺料厚度干密度要比60cm 厚度的变化小，说明填料厚度50cm是受到外界压力压实度平稳上升，内部结构趋于合理排列，说明铺料厚度控制在50cm-60cm干密度能满足设计要求。6.1.3干密度与铺料厚度干密度与铺料厚度关系见图6.1-2。图6.1-2 铺料厚度与干密度关系图根据铺料厚度与干密度关系图分析，在同一碾压遍数的情况下，铺料厚度与干密度的关系成反比，即干密度随铺料厚度的增加而减小。铺料厚度50cm碾压6遍增加到8遍，干密度增加0.02，说明在铺料厚度50cm时碾压6遍基本处于密实状态；铺料厚度40cm碾压遍数从4遍增加到6遍时，干密度增加0.12，6遍增加到8遍反而减小0.04，说明有二次扰动；铺料厚度60cm碾压遍数从4遍增加到6遍时，干密度增加0.11,碾压6遍增加到8遍时，干密度增加0.02基本同铺料50cm相同。说明铺料厚度控制在50cm-60cm、干密度能满足设计要求。6.1.4干密度与铺料厚度、碾压遍数(1)碾压4遍时，铺料厚度40cm、50、60cm干密度基本均匀变化，从干密度与碾压遍数变化趋势上分析，碾压4遍与碾压6遍反滤料2干密度变化趋势总体上平缓为设计铺料厚度范围合适碾压遍数，碾压8遍干密度出现下降趋势，说明过薄铺料厚度压8遍反滤料2存在二次扰动的可能性。根据干密度分布范围分析，铺料厚度50cm与60cm是施工生产合适选择厚度，因为上述铺料厚度下不同碾压遍数反滤料2干密度相比较变化较小，说明在6-8遍情况下均已压实且均满足设计要求。碾压6遍时铺料厚度50cm与60cm均可作为经济铺料厚度。(2)通过分析，反滤料2在级配良好的情况下干密度控制在不小于2.10g/cm3情况下，反滤料2的相对密度大于0.75，可满足设计要求。6.2沉降指标6.2.1主要成果根据测量整理成果，反滤料2的碾压沉降率见表6.2-1。表6.2-1 反滤料2碾压沉降率成果表碾压遍数沉降 ()松铺厚度碾压4遍碾压6遍碾压8遍40cm23303350cm31454860cm3646586.2.2沉降与碾压遍数沉降与碾压遍数关系见图6.2-1。图6.2-1 碾压遍数与沉降关系图根据沉降量成果（表6.2-1及图6.2-1）分析，在同一碾压遍数的条件下，其铺料厚度越大，则沉降整体趋势增大；在同一铺料厚度的条件下，随着碾压遍数的增加，沉降整体增大。从沉降趋势分析50cm、60cm铺料厚度下，不同碾压遍数反滤料2沉降都维持在较高数值，说明50cm、60cm铺料厚度碾压效果良好。铺料厚度为40cm时，沉降随碾压遍数增加趋势明显，总体沉降率不大，说明40cm铺料厚度过薄且在设计碾压遍数下存在二次扰动。6.2.3沉降与铺土厚度沉降与铺土厚度关系见图6.2-2。图6.2-2 铺土厚度与沉降率关系图根据沉降率与铺土厚度关系图分析：在碾压遍数不变的情况下，随铺料厚度的增加，沉降变化大；铺料厚度在50cm、60cm时碾压6遍和碾压8遍沉降量相比较小并且分布均匀，说明反滤料2在碾压6遍时已趋于密实。6.3反滤料2含水率根据27组现场取样试验，统计得出不同工况的天然含水率，见表6.3-1。表6.3-1 反滤料2碾压试验含水率平均值表碾压遍数含水率(%)松铺厚度 碾压4遍 碾压6遍 碾压8遍40cm 4.9 4.8 5.050cm 4.8 5.0 5.060cm 5.0 5.3 4.8由上表可以看出：碾压试验采用的面坝坪子料场生产的反滤料2含水率有一定变化，但变化不大，主要是由颗粒级配中细料含量的多少及细料含水率的大小来决定，对碾压试验反滤料的相对密度没有明显的影响。为了能更准确的验证含水对反滤料的相对密度影响不大我们专门选择了一组铺料50cm，碾压遍数6遍的试验区进行加水试验，试验结果见6.3-2表6.3-2 加水试验成果表铺料厚度(cm)碾压 遍数