时间：2013年04月01日 分类：推荐论文 次数：
摘要：本文对国际水电工程加纳布维(EPC)水电站项目1#副坝(土石坝)的心墙料碾压工艺试验的现场情况进行了介绍，对该土石坝所采用的心墙料取土场的料源性质进行了必要的室内试验，通过分析介绍了粉砂、砾石和粘土混合料(以下称为土料)作为芯墙的碾压试验结果。本文着重介绍了该料场土料的碾压工艺试验过程和参数分析与选择。包括对碾压控制参数范围的选择、设备选型、场地布置、碾压顺序和试验成果分析等，展示了本工程心墙料碾压工艺试验的全过程，并通过分析得出碾压施工所采取的参数值。
关键词：土石坝,心墙料,参数,碾压,选择,布维
一、工程概况
非洲加纳布维水电站1#副坝为土质心墙堆石坝，坝顶高程EL.187.00m，坝顶宽8m，最大坝高53m。芯墙料料场位于1#土石坝下游侧区域，距1#土石坝距离约500m左右。由于料场土层相互交错分布，其中粉土质砂厚约0.5-1.0m，呈浅黄色-淡紫色，砂含量一般占55%-60%;粘土质砾砂厚约0.5-1.5m，呈褐黄-浅棕色，砾粒径一般为0.3-5.0cm，含量占25%-30%不等，砂含量约占40%左右;粘土厚0.4-1.4m，呈土黄、褐黄、浅棕等混杂色。由于料场土层分布不均，该土石坝采用粉土质砂、粘土质砾砂及粘土混合料作为芯墙料。为确定芯墙料的压实特性，进行了不同铺料厚度、碾压遍数和不同含水率的现场碾压试验。通过不同压实条件下心墙料的干密度、压实度、渗透系数、含水量的综合分析，最终确定坝体心墙填筑料的碾压参数值。
二、心墙料设计要求
渗透系数≦1×10-5cm/s，最大干密度≥18.7KN/m3,压实度≥99%，压实后层厚≦0.3m，可溶盐含量小于3%和有机质含量小于2%，最大粒径≦5mm。
三、土料室内试验
通过对取土场的具有代表性的土料进行室内试验，结果如下表：
由上表可得：天然含水量ω为5.5%～14%，平均值为8.77;塑性指数IP为5～19.9，平均值为12.32;黏土(≦0.075mm)含量为29%～61.4%，平均含量为44.8%;最大干密度为1.77g/cm3～2.031g/cm3，平均值为1.93 g/cm3;最优含水量为9.4%～15.9%，平均含量为12.1%;渗透系数平均值为0.0471×10-6cm/s。
可见该土料属于低液限粉土，渗透系数和各项指标能够满足设计要求，可以作为防渗心墙料用。
四、土料现场碾压试验
根据室内试验结果进行碾压试验的布置和选择碾压参数范围。
1.试验设备
Bomag GmbH(德国)BW219D-4型凸块碾压机和平碾碾压机(净重19t)。
2.试验场地布置
试验场地位于坝下游土料场一块平地上，土料碾压试验分为三个区进行，每个试验区有效面积为2×5m，各试验区之间都留有0.5m宽的过渡带，顺碾方向一端应留出4～5m非试验区，以满足停车和错车需要。具体如下示意图：
3.铺料方法、厚度、碾压遍数参数选定
主要的施工参数为：铺层厚度h(cm)，碾压遍数n，含水量(或洒水量)ω(%)，试验采用固定其他参数，变动一个参数，通过试验结果比较得出该施工参数的最优值。试验参数组合如下表所示：
4.试验料堆准备
立面开采料场土料，将土料等量分成3个料堆(I、II、III)各150 m3，并进行含水量控制I=11%，II=13%，III=15%;
5.试验检测
每个试验单元取试验点3个，采用灌砂法进行密度试验;采用烘干法进行含水量试验;每个试验单元布置6个固定点，检测铺料前后的沉降量。
6.试验顺序
先将各个试验单元用Φ12圆钢筋进行单元区域的划分。试验按照顺序先进行第一层的三个单元(A1,A2,A3)试验，第一层完毕后再进行第二层(A1’,A2’, A3’)，第二层完毕后最后进行第三层(A1’’, A2’’,A3’’)试验，同一层的三个单元可以依次进行，也可以同时进行。在进行A1单元试验前，先将需铺层厚标记在单元四周钢筋上，自卸车运料至该单元，推土机进行初步平铺，初平完毕后测量高程是否达标，若不达标则继续推土机复平，直至平整至设计厚度，此时记下固定点的松铺厚度，上碾压机进行碾压，先静碾压2遍，后振动碾压4遍，然后取3个试验点进行密度试验。接着再振动碾压2遍即共6遍，然后再取另外3个不同试验点进行密度试验。最后再加2遍振动碾压后仍旧再取另外3个不同试验点进行密度试验。这样即是完成了A1单元的试验过程，其他单元试验如上所述进行。
五、碾压试验成果分析
根据试验检测所测得的压实度与碾压遍数、铺层厚度、含水量的关系如下图所示：
根据上图碾压试验结果分析:
1.碾压遍数、铺层厚度、含水率：当含水率为11%，厚度为25cm和30cm时，碾压4遍及以上的压实度都大于99%,能够满足要求，而当厚度为35cm时，碾压遍数要在6遍及以上时才能达到要求。当含水率为13%时，所有层厚的试验料在碾压6遍及以上时才能满足压实度要求。当含水率为15%，碾压遍数由4遍增加到8遍时，各种层厚的压实度都小于99%，且当含水量达到15%以上时，层厚越薄压实遍数越大，压实度反而越低。
2.沉降量:通过同一个测量控制点碾压前后的高程测量得出的心墙料的沉降量，n=4时沉降量平均值为41mm，n=6时沉降量平均值为48mm，n=8时沉降量平均值为50mm。
六、结束语
综合考虑铺料厚度、碾压遍数与沉降量的变化趋势，建议选定碾压遍数(n)选择为6遍，含水量(w)控制在11%-13%之间，铺层厚度(h)建议为30cm，沉降量按照5cm计算，即施工时松铺土厚度则为35cm。
本次试验周期较长，因为同时要进行灌砂法及核子密度仪的试验对比，施工速度缓慢及施工连续性间断，影响层间结合，表层与中间层的结合面较明显的。经过层间结合检测，在炎热地区的现场土料碾压施工有如下建议：
1.要保证施工仓面的保湿，包括已碾压完层面及已摊铺完层面，已碾压完层面在铺料前，需用喷枪打湿，故建议现场布置喷枪;
2.要保证施工铺料碾压的连续性，要求快碾压快检测，故建议现场使用核子密度仪检测;
3.使用平碾碾压，下一层铺料前，要对上一层的碾压面进行羊脚碾静碾1-2遍打毛。
4.若停止施工时间较长时，建议进行翻松重新碾压重新检测。
参考文献：
[1]水利水电工程施工手册.第二卷，土石方工程/《水利水电工程施工手册》编委会编.北京：中国电力出版社，2002.
[2]最新土石坝工程学(修订版)，日本电力土木技术协会著，陈慧远等译 /水利电力出版社， 1986.
[3]碾压式土石坝设计/林昭著.-郑州:黄河水利出版社，2003.7.
[4]碾压土石坝设计手册(上册)/能源部&水利部水利水电规划设计总院.-北京，1989.
[5]中国当代土石坝工程/王柏乐主编.-北京：中国水利水电出版社，2004.
[6]碾压式土石坝施工规范，中华人民共和国电力行业标准 DL/T5129-2001.