心墙砂体石坝碾压施工质量控制指标试验研究

心墙砂体石坝碾压施工质量控制指标试验研究

拉多水库项目位于拉萨河上游，位于林周县旁多乡下游1.5公里处，距下游拉萨直线约63公里。是一座以灌溉、发电为主,兼顾防洪和供水的综合利用工程。水库库容12.3亿m3,电站装机容量160MW,工程规模为Ⅰ等,大(1)型水库,地震基本烈度为Ⅷ度,为西藏“十一五”期间重点建设项目。枢纽最大坝高71m,坝顶高程4100m,宽度10m,大坝采用碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝,砂砾石坝壳料填筑量约950万m3,来源于距坝址上游1.5km的旁多砂砾石料场,料场位于热振藏布河右岸Ⅱ级阶地上,砂砾石坝壳料开采后直接上坝。1压力试验条件1.1砂石坝壳料填筑压实砂砾石坝壳料用于坝体4076m高程以下部位,料源来自位于热振藏布河右岸Ⅱ级阶地上旁多砂砾石料场,料场现为草场,部分为河漫滩,其储量与质量均能满足使用要求。料场沿热振藏布河砂砾石料含砂量较大,颗粒较细沿山体侧含砂量相对较少,颗粒较粗。粒径小于0.1mm含量为0.4%～1.2%,小于5mm含量为6.3%～23.3%,大于60mm含量为35%～59%。对砂砾石坝壳料的填筑碾压的设计要求为:(1)砂砾石坝壳料的填筑压实标准为相对密度不小于0.85;(2)级配连续,具体要求如表1所示,粒径小于0.1mm颗粒含量不大于3%,含水量不大于5%,不均匀系数Cu≥15;(3)水下开采出的砂砾石需进行沥水。1.2试验场景设计和试验单元的设置根据料场复查结果,旁多砂砾石料场沿热振藏布河砂砾石料含砂量较大,颗粒较细沿山体侧含砂量相对较少,颗粒较粗的特性,现场碾压试验分两次进行,根据沿河边和靠近山体侧料源的情况不同分别进行试验。试验场地布置在料场内,每块场地52m×28m,每个试验单元12m×8m,同一铺料厚度的不同碾压遍数的试验单元在同一条带进行试验,不同试验单元和试验条带之间均预留2m宽的过渡带。试验前将覆盖层清除干净,场地平整度不得超过±10cm,用试验振动碾碾压20遍,基层的密度不小于待测试层压实干密度。试验主要机械包括有反铲挖掘机、自卸汽车、推土机和振动碾等4种机械,反铲挖掘机取料、自卸汽车卸料、推土机进行平料,振动碾采用18t三一YZ18C自行单钢轮振动平碾。1.3试验设计及试验结果砂砾石坝壳料的试验参数采用松铺厚度60cm、80cm和100cm,碾压遍数6遍、8遍和10遍试验参数进行现场工艺性试验,试验时不加水。试验现场采用进占法卸料,推土机进行平料,厚度不得超过设计铺筑厚度的10%,平整度不得超过±10cm。试验过程中主要进行了压实干密度、碾压层表面沉降、碾压后土料颗粒级配分析和最大最小干密度试验。压实干密度采用灌水法进行,试坑的大小、深度必须符合规范要求;沉降量采用自制钢筋标杆进行测量,每个试验单元布置4个测点;颗粒分析采用筛分法;采用松铺80cm砂砾石料,用试验振动碾碾压20遍的压实干密度为最大干密度,最小干密度采用固定体积法进行。2试验结果的分析2.1铺土厚度对沉降的影响两次现场试验沉降量结果如图1所示,从沉降变化曲线可以看出,碾压6遍时沉降变形较大,8～12遍以后趋于平缓,沉降变形趋于稳定。另外,对比不同铺厚时的沉降量变化,碾压沉降量有随铺土厚度增加而加大的规律,并且碾压遍数越多沉降差异越大。沿河侧的碾压沉降量与山体侧沉降量比较,沿河侧的沉降量略大于沿山体侧砂砾石坝壳料碾压后的沉降量。2.2铺料厚度对压实效果的影响不同铺料厚度及不同碾压遍数的试验压实干密度如表2所示,压实干密度与碾压遍数和铺料厚度的关系曲线如图2、3所示。从图中可以看出随着铺料厚度的增加,干密度有所下降,但变化不大,总的趋势是铺料越薄,压实后干密度越大。因此,对于本次试验而言,铺土厚度对压实效果的影响尚符合常理,实际上并不是铺料越薄越好,如果铺料层过薄,会影响现场施工的进度,增加坝体施工的费用。当铺层厚度相同时,随着碾压遍数的增加,干密度也随之上升,但碾压遍数达到一定数量后,再增加碾压遍数,其压密效果已不明显。2.3坝料级配分析为对比碾压前后砂砾石坝壳料级配变化情况,试验过程中对砂砾石坝壳料进行了级配分析,其中沿山体侧的砂砾石坝壳料的级配分析曲线如图4所示,从中可以看出,碾压前和不同碾压遍数时坝料的颗粒级配曲线都比较接近,因此可以断定,碾压施工过程中,坝料未发生明显破碎。这种规律与砂卵石料颗粒圆滑、坚硬,不易破碎的特点相一致。2.4砂坝材料配比试验方案目前,砂砾石坝壳料的最大干密度还没有一个完整、成熟的确定方法,《土工试验规程》(SL237-1999)中规定了粒径小于60mm粗粒土的相对密度试验方法,该方法虽然对大于60mm粒径的土料试验提出了可采用剔除法、等量代替法、相似级配法、混合法等方法,但同时也指出这几种方法各有一定局限性,要求在使用时要根据土料性质和试验项目来决定。工程实践证明,这些方法确有不足之处,难以满足工程实际的需要。砂砾石坝壳料采用旁多砂砾石料场砂砾料直接上坝,砾石直径5～300mm,根据料场复勘资料,60mm以上砾石含量达35%～59%,剔除60mm以上砾石进行最大干密度试验,致使试验料缺乏代表性,试验成果偏小,无法满足施工要求。通过各种试验方法测定与现场实际比较,最终确定采用砂砾石料松铺80cm厚,用18t振动碾强振20遍时的压实干密度作为最大干密度,通过数理分析找出最大干密度与砾石含量的关系。最小干密度采用固定体积法进行,试验时采用同一试坑中的砂砾石坝壳料分别进行最大干密度、最小干密度和颗粒分析试验,每种试验共进行52组。采用MATLAB数学分析软件中的cftool数据拟合工具进行数理分析,分析过程中部分较离散的点采取剔除的办法,拟合出最大干密度和最小干密度与砾石含量的关系曲线,用于计算试验过程中的最大、最小干密度,进而计算出砂砾石坝壳料的相对密度。3砂坝坝面砂体施工通过现场工艺性试验,综合考虑沉降测量结果和碾压遍数与干密度的变化趋势,碾压遍数超过8遍时,砂砾石坝壳料的沉降量和压实干密度趋于稳定。结合现场施工水平和施工工艺,推荐现场施工采用的参数和现场施工时应注意的问题如下:(1)大坝砂砾石坝壳料现场填筑碾压施工时采用松铺80cm,三一YZ18C单钢轮振动平碾静碾2遍找平,动碾8遍作为现场施工参数,碾压方法以进退错距法为主,搭接法为辅。(2)为保证砂砾石坝壳料的级配均匀,料场开采采用斜面与立面相结合的混合开采法,每层控制高度不小于4m,坝面砂砾石料用自卸车运到工地后,采用以进占法为主,后退法为辅的综合铺料法,后退法铺料时,严禁车辆在坝面上急刹车,急转弯;平料采用推土机平料,严格控制铺料层厚及坝面平整度。(3)为了更好地进行现场质量动