楊會(huì)峰

（山西省水利建筑工程局，太原030006）

1 松塔水電站大壩工程概況

松塔水電站大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高62.6 m，壩頂長度523.2 m，壩頂寬度10 m。大壩上、下游壩坡均設(shè)兩層馬道。上游壩坡為 1∶2.75、1∶3.0、1∶3.5，下游壩坡為 1∶2.75、1∶3.0、1:3.25。上游壩坡為50 cm厚干砌石護(hù)坡，下設(shè)過渡層和反濾層或15 cm厚預(yù)制混凝土塊護(hù)坡，下設(shè)反濾層。下游壩坡為土工格室草皮護(hù)坡。壩基防滲采用黏土截水槽。壩體排水采用水平褥墊式排水和下游棱體排水相結(jié)合的方式。

大壩土方填筑總量約314萬m3，截水槽黏土回填總量約2.5萬m3。土料場選用大壩上游庫區(qū)左岸的袁家山土料場。壩體均質(zhì)土碾壓控制指標(biāo)為：干密度不小于1.69 g/cm3，施工控制含水率為13.5%～17.5%，壓實(shí)度不小于97%；截水槽黏土碾壓控制指標(biāo)為：干密度不小于1.76 g/cm3，施工含水率控制在12%～16%，壓實(shí)度不小于97%。

大壩土方填筑采用分段流水作業(yè)，主要施工工序?yàn)椋和跈C(jī)配合裝載機(jī)挖裝土料→20 t自卸汽車運(yùn)輸土料上壩→汽車進(jìn)占法卸料→TY165型推土機(jī)攤鋪土料→20 t自行式凸塊振動(dòng)碾壓實(shí)→壓實(shí)度檢測。

2 密實(shí)度儀的適用范圍及特點(diǎn)

2.1 適用范圍

LWMSD 型振動(dòng)壓路機(jī)密實(shí)度儀適用于各種單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。既可用于壓路機(jī)制造廠在新機(jī)出廠時(shí)配置，也可用于現(xiàn)有振動(dòng)壓路機(jī)的改造安裝，具有同等的使用效果。

2.2 密實(shí)度儀的特點(diǎn)

（1）整套裝置安裝快捷、拆卸簡便，抗干擾能力強(qiáng)。

（2）采用微處理器測算回填土的壓實(shí)度值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可信度高。

（3）使用簡單方便，操作界面直觀，可動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、無損、連續(xù)顯示回填土的壓實(shí)度值，可防止過度壓實(shí)和壓實(shí)不足。

（4）可監(jiān)測一定區(qū)域內(nèi)的壓實(shí)狀況，使回填面壓實(shí)均勻一致。

（5）可提高壓實(shí)工效，減少碾壓遍數(shù)，縮短施工工期，從而降低人員和機(jī)械的施工費(fèi)用。

3 密實(shí)度儀的工作原理

密實(shí)度儀是一種振動(dòng)壓路機(jī)機(jī)載壓實(shí)測量儀器，即安裝在壓路機(jī)上能連續(xù)監(jiān)控和無損測量被壓實(shí)材料壓實(shí)狀況的儀器。

在壓路機(jī)機(jī)體組成的振動(dòng)系統(tǒng)中，振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與被壓實(shí)材料的密實(shí)度有密切關(guān)系，振動(dòng)輪的垂直加速度與被壓實(shí)材料的壓實(shí)度呈正相關(guān)，從而通過測定振動(dòng)輪的垂直加速度計(jì)算被壓實(shí)材料的壓實(shí)程度，其工作原理如圖1所示。

圖1 密實(shí)度儀工作原理圖

加速度傳感器安裝在壓路機(jī)激振器的殼體上，用來采集振動(dòng)輪加速度值，該值經(jīng)放大器放大后送入濾波電路，過濾掉來自發(fā)動(dòng)機(jī)、振動(dòng)軸承、振動(dòng)馬達(dá)等的干擾次諧波，取出代表被壓實(shí)材料密實(shí)度相對值的主諧波，主諧波經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入微處理器，計(jì)算出密實(shí)度比較值（LCV值）。該信號與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定值進(jìn)行對比，得出被壓實(shí)材料的壓實(shí)度值，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器內(nèi)通過LCV表的LED數(shù)碼管顯示出來。

LCV值與壓路機(jī)的參數(shù)即規(guī)格和型號、振動(dòng)頻率、振幅、碾壓行走速度等有關(guān)。如壓路機(jī)的參數(shù)保持不變，則LCV值和被壓實(shí)材料的壓實(shí)狀況直接相關(guān)。低的LCV值意味著被壓實(shí)材料較軟，壓實(shí)度較?。幌喾?，高的LCV值意味著被壓實(shí)材料的壓實(shí)度較大。

4 密實(shí)度儀的現(xiàn)場標(biāo)定

為能使密實(shí)度儀顯示的壓實(shí)度測值能直觀反映回填土的實(shí)際壓實(shí)度，在密實(shí)度儀安裝后使用前，應(yīng)首先對密實(shí)度儀進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定。

松塔水電站大壩填筑面較大，在振動(dòng)壓路機(jī)上正確安裝密實(shí)度儀后，在填筑壩面上選取了一塊長約20 m，寬約6 m的試驗(yàn)段進(jìn)行密實(shí)度儀的現(xiàn)場標(biāo)定，其具體步驟如下：

（1）在選好的試驗(yàn)段區(qū)域內(nèi)均勻鋪設(shè)大壩回填土，并采用振動(dòng)碾充分壓實(shí)，作為基礎(chǔ)層。

（2）按照施工規(guī)范，用通過土方回填現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)確定的鋪土厚度鋪設(shè)壓實(shí)帶。

（3）用振動(dòng)碾對鋪好的土料進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。每條壓實(shí)帶應(yīng)相互重疊至少20 cm（振動(dòng)輪寬度的10%），保持振動(dòng)碾碾壓速度和振動(dòng)參數(shù)（振幅、頻率）不變，并注意觀察密實(shí)度儀LCV表的讀值。

（4）當(dāng)土料充分壓實(shí)后，密實(shí)度儀LCV表的讀值基本趨于穩(wěn)定，當(dāng)最后一遍壓實(shí)后的讀值增量小于2.5%時(shí)，即可在壓實(shí)帶中間進(jìn)行現(xiàn)場壓實(shí)度檢測。

（5）用常規(guī)的密實(shí)度檢測方法如環(huán)刀法或核子密度儀等檢測碾壓后的壓實(shí)度，在碾壓帶至少取三處作現(xiàn)場試驗(yàn)，計(jì)算平均壓實(shí)度值。

（6）再次開動(dòng)壓路機(jī)，以同樣的碾壓速度、振動(dòng)頻率和振幅向前行駛到壓實(shí)帶上，觸摸LCV表上的按鍵使LED顯示器數(shù)值達(dá)到計(jì)算出的平均壓實(shí)度值，即完成密實(shí)度儀的標(biāo)定。

（7）用密實(shí)度儀標(biāo)定后的振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓作業(yè)時(shí)，在振動(dòng)碾前進(jìn)碾壓時(shí)LCV表顯示的數(shù)值就是被碾壓土的壓實(shí)度值。當(dāng)所碾壓土層儀表顯示值均達(dá)到施工要求的壓實(shí)度時(shí)，表明這一層土的壓實(shí)質(zhì)量均達(dá)到了要求。

5 密實(shí)度儀在施工中的實(shí)際應(yīng)用

松塔水電站大壩土方填筑現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)確定的施工參數(shù)為：大壩均質(zhì)土鋪土厚度35 cm，施工控制含水率13.5%～17.5%，采用20 t自行式凸塊振動(dòng)碾壓實(shí)，碾壓遍數(shù)為靜壓2遍，振壓8遍，碾壓行走速度為2.5～3.5 km/h；截水槽黏土鋪土厚度為30 cm，施工控制含水率為12%～16%，同樣采用20 t自行式凸塊振動(dòng)碾壓實(shí)，碾壓遍數(shù)為靜壓2遍，振壓8遍，碾壓行走速度為2.0～3.0 km/h。

在土方填筑過程中，推土機(jī)鋪料完成一定長度后，便開始采用裝有密實(shí)度儀的20 t自行式凸塊振動(dòng)碾按設(shè)定的工作參數(shù)進(jìn)行進(jìn)退法碾壓，相鄰兩條碾壓帶搭接帶寬度不小于0.2 m。在碾壓過程中，機(jī)械操作人員要密切注意觀察振動(dòng)碾操作室里密實(shí)度儀LCV表讀值的變化。對于經(jīng)標(biāo)定的密實(shí)度儀，當(dāng)LCV表的讀值達(dá)到施工要求的壓實(shí)度時(shí)，即可停止碾壓，表明該碾壓條帶已碾壓合格，即可錯(cuò)距進(jìn)行相鄰條帶的碾壓。

待碾壓完成一定區(qū)域后，采用環(huán)刀法或核子密度儀對碾壓面進(jìn)行現(xiàn)場壓實(shí)度測點(diǎn)檢測，及時(shí)測出碾壓層的壓實(shí)度。而后將測出的數(shù)據(jù)與密實(shí)度儀LCV表的讀值進(jìn)行對比、分析，平行檢驗(yàn)?zāi)雺簩拥膲簩?shí)質(zhì)量，如兩者偏差很小，在允許偏差范圍內(nèi)，則表明該區(qū)域完全碾壓合格；如兩者相差較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找原因，找出究竟是密實(shí)度儀出現(xiàn)偏差，還是采用核子密度儀或環(huán)刀檢測時(shí)出現(xiàn)偏差，找出原因后及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，要時(shí)刻保證兩者均能正常檢測碾壓層的壓實(shí)度。

由于松塔水電站大壩土方填筑設(shè)計(jì)采用的土料場主要由Q3eol低液限黏土及Q2pl低液限黏土組成。施工過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)回填土土質(zhì)變化的現(xiàn)象。為能正常使用密實(shí)度儀檢測土料的壓實(shí)度，當(dāng)土質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)重新進(jìn)行密實(shí)度儀的標(biāo)定，這樣所檢測的數(shù)據(jù)才真實(shí)、可靠。

截止2010年11月11日，壩體均質(zhì)土填筑總量約90.5萬m3，截水槽黏土填筑總量約2.6萬m3。通過在不同部位核子密度儀或環(huán)刀法測值與密實(shí)度儀同步測值的對比，兩者相差很小，偏差一般不大于1.5%，保證了密實(shí)度儀的使用效果。

6 使用注意事項(xiàng)及異?，F(xiàn)象的處理

（1）在施工過程中，如振動(dòng)碾的壓實(shí)參數(shù)如行走速度、振動(dòng)頻率或振幅等發(fā)生變化時(shí)，必須對密實(shí)度儀重新進(jìn)行標(biāo)定。

（2）如果在振動(dòng)壓實(shí)過程中，密實(shí)度儀LCV表讀值不再增加，而實(shí)測壓實(shí)度達(dá)不到要求數(shù)值，表示用現(xiàn)有的振動(dòng)碾用當(dāng)前的參數(shù)已經(jīng)不能進(jìn)一步壓實(shí)，應(yīng)當(dāng)采取額外措施，例如提高振動(dòng)碾振幅、降低行走速度甚至更換大噸位振動(dòng)碾等。

（3）當(dāng)經(jīng)過多次碾壓后，LCV值仍然很小，遠(yuǎn)低于要求值，應(yīng)分析原因，可能是因土料含水率嚴(yán)重低于施工控制含水率下限或高于施工控制含水率上限而導(dǎo)致土料難以壓實(shí)。這時(shí)，應(yīng)根據(jù)土料實(shí)際含水率的情況，采取補(bǔ)水或翻曬、挖除換土等措施，保證回填土的質(zhì)量。

（4）如在正常壓實(shí)過程中偶然出現(xiàn)較高的LCV值，意味著在碾壓層附近可能存在比較堅(jiān)硬的材料，可通過密實(shí)度儀進(jìn)一步尋找到這些硬塊的位置，進(jìn)行處理，以保證土方填筑質(zhì)量。

（5）如果在密實(shí)度儀標(biāo)定時(shí)達(dá)到了某一壓實(shí)度，但在實(shí)際壓實(shí)施工時(shí)在同樣的工況條件下達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)度，應(yīng)當(dāng)檢查是否是振動(dòng)碾工作參數(shù)發(fā)生變化或回填土的特性與原來不一致。

（6）密實(shí)度儀標(biāo)定后的LCV值是在特定工況下有效，不同振動(dòng)碾、不同工作參數(shù)，甚至碾壓材料的特性明顯不同時(shí)的LCV值不具有可比性。

7 結(jié)論

松塔水電站大壩土方填筑施工中，通過采用振動(dòng)壓路機(jī)密實(shí)度儀同步進(jìn)行回填土的壓實(shí)度檢測，不僅從多方位全面保證了大壩土方的填筑質(zhì)量，而且在保證達(dá)到同等壓實(shí)質(zhì)量的前提下，可適當(dāng)減少碾壓遍數(shù)和常規(guī)壓實(shí)度檢測數(shù)量，從而提高了施工效率，降低了施工費(fèi)用。