車維斌，田中濤，江萬紅，王森榮

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

0 引 言

目前DL/T5395—2007《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》[2]要求堆石料填筑控制標準為孔隙率，根據(jù)類似工程經(jīng)驗孔隙率可在20%～28%之間選取，高土石壩常選取19%～21%，糯扎渡水電站、長河壩水電站、溧陽抽水蓄能電站的大壩孔隙率分別取20.5%、21%、19%。近年來，工程施工實際檢測堆石料平均孔隙率一般為18%～19%，最小值為16%，據(jù)統(tǒng)計，糯扎渡水電站、長河壩水電站、溧陽抽水蓄能電站的大壩平均孔隙率分別為19.7%、19.2%、18.07%。從以上工程可以看出，堆石料孔隙率的設(shè)計數(shù)值與施工實際取樣數(shù)值差距較大，堆石料孔隙率能否碾壓到18%～19%， 堆石料的孔隙率與其他相同料相比較到底是什么水平，一直是行業(yè)非常關(guān)注和需要搞清楚的問題。

為保證兩河口水電站300 m級高壩的工程質(zhì)量可靠性，針對堆石料進行了不同類型的大型專項相對密度試驗，力圖找到不同孔隙率下對應(yīng)的相對密度，并與同樣條件下砂石料相比較，根據(jù)堆石料相對密度來說明現(xiàn)場碾壓孔隙率數(shù)據(jù)的合理性。

根據(jù)NB/T35016—2013《土石筑壩材料碾壓試驗規(guī)程》，采用直徑100 cm小環(huán)和400 cm的大環(huán)對原級配堆石料筑壩材料進行現(xiàn)場大型相對密度試驗(包括最大干密度試驗和最小干密度試驗)來評價指標的合理性，并采用現(xiàn)場原位大型碾壓試驗驗證其合理性。

1 現(xiàn)場相對密度試驗

按照NB/T35016—2013規(guī)范要求，分別采用直徑100 cm小環(huán)和400 cm大環(huán)進行試驗。

1.1 試驗方法

現(xiàn)場相對密度試驗先進行最小干密度試驗，然后通過碾壓設(shè)備進行振動碾壓至最大干密度。最小干密度試驗采用人工配合反鏟松填法。試驗按環(huán)的大小分別進行最大粒徑為100、200、400、800 mm的現(xiàn)場試驗(上、中、下包線)。

按照DL/T5356—2006、NB/T35016—2013規(guī)范要求，通過人工篩分把每一級料全部篩分出來，篩完后人工配料、人工裝樣、獲取試樣體積。采用32 t自行式振動平碾碾壓26遍，在每個試樣環(huán)范圍內(nèi)微動進退振動碾壓15 min。在碾壓過程中，根據(jù)試驗料及周邊料的沉降情況及時補充料源，使振動碾不與試樣環(huán)直接接觸。碾壓完成后進行現(xiàn)場灌水，獲取碾壓后土體的體積，計算最大干密度值，均進行2組平行試驗。試樣環(huán)下部封閉，上部碾壓前采用粒徑20 mm的礫石進行填平，并稱取礫石質(zhì)量(高度約20 cm)。根據(jù)裝填的總土質(zhì)量和試樣環(huán)的體積計算最小干密度和最大干密度。

1.2 試驗成果

100 cm環(huán)按最大粒徑為200、100 mm分別進行6組堆石料現(xiàn)場最大、最小干密度試驗，具體試驗成果見表1。

表1 100 cm環(huán)堆石料現(xiàn)場最大、最小干密度試驗成果

400 cm環(huán)按最大粒徑為400、800 mm分別進行3組最大、最小干密度試驗，具體試驗成果見表2。

表2 400 cm環(huán)堆石料現(xiàn)場最大、最小干密度試驗成果

2 現(xiàn)場原位大型碾壓試驗

2.1 試驗方法

參照 NB/T35016—2013規(guī)范類似原理進行現(xiàn)場原位大型碾壓試驗確定最大干密度。選擇大壩已填筑沉降基本趨于穩(wěn)定的下游堆石I區(qū)部位進行試驗，填筑堆石料約900 m3，填筑總質(zhì)量為1 852 480 kg，面積1 089 m2。通過現(xiàn)場地磅稱量得到堆石料的質(zhì)量，經(jīng)過布置測量點測量得到精確的體積，計算對應(yīng)的鋪料厚度與不同碾壓遍數(shù)下的堆石料密度。主要步驟為：

(1)基礎(chǔ)面處理?；A(chǔ)采用32 t自行式平碾振動碾壓26遍后，現(xiàn)場劃定30 m×30 m的試驗區(qū)域，在場地周邊填筑厚度為100 cm的堆石料，振動碾壓26遍，對靠近試驗區(qū)一側(cè)的坡面進行修整(坡比為1∶1.3)，剔除較大粒徑石料，采用“50%反濾料1+50%反濾料2”組成的混合料對修整后的坡面進行找平處理，然后用振動夯板進行振動夯實(≥80 s)。

(2)基礎(chǔ)面測量?，F(xiàn)場測量網(wǎng)格點采用1 m×1 m 布置，包括斜坡面中部與坡頂，采用全站儀進行精確測量。

(3)料源。專項試驗料源采用壩面堆石料，首先進行直觀判斷，再進行顆粒級配試驗，滿足要求后進行試驗。

(4)質(zhì)量控制流程。在試驗前，對試驗流程進行規(guī)定，對相關(guān)試驗人員進行技術(shù)交底。采用“堆石料相對密度試驗質(zhì)量控制卡”的方式對堆石料的上料質(zhì)量進行控制。料場質(zhì)檢員對堆石料的料源質(zhì)量進行控制，并指導(dǎo)堆石料的裝車質(zhì)量，要求堆石料混合均勻，級配連續(xù)，滿足試驗要求，并對運輸車輛發(fā)放控制卡，由質(zhì)檢員填寫控制卡上的編號、車號，交于運輸司機；運輸司機依次經(jīng)2個地磅進行整車稱量，然后運輸至試驗場地；試驗場地的收料員對控制卡進行簽字、拍照、記錄，將簽字后的控制卡再交于運輸司機；空車依次再進行地磅稱量，由最后1個地磅收集控制卡，經(jīng)數(shù)據(jù)核對后確定填筑到試驗區(qū)堆石料的總質(zhì)量。

(5)鋪料。在剛開始上料時，為防止試驗區(qū)斜坡面邊沿壓塌，采用鋪設(shè)鋼板的形式對斜坡面進行保護。鋪料厚度由測量人員進行跟蹤測量，為避免大粒徑石料集中，靠近邊沿容易造成大粒徑石料集中的部位安排反鏟車進行處理。

(6)碾壓測量。鋪料完成后，對應(yīng)下層的點位進行鋪料厚度測量，并對振動碾壓2～26遍間每2遍的沉降進行測量，以計算對應(yīng)不同碾壓遍數(shù)下的體積與密度。

(7)試驗檢測。鋪料完成后，采用坑測法、附加質(zhì)量法、沉壓值法分別對松鋪料、振碾8遍、振碾26遍時的堆石料密度進行檢測，每種狀態(tài)檢測3個點。

2.2 試驗成果

現(xiàn)場原位大型碾壓試驗采用坑測法、附加質(zhì)量法、沉壓值法測量得到的密度成果分別見表3、表4、表5和圖1。

表3 堆石料原位大型碾壓試驗密度成果(坑測法)

由圖1可知，沉壓值法測干密度略微比附加質(zhì)量法偏大，但干密度與碾壓遍數(shù)的趨勢與附加質(zhì)量法相同；當碾壓遍數(shù)在0～10時，干密度隨碾壓遍數(shù)的增加而增加，增長的速率較快；當碾壓遍數(shù)超過10時，干密度增長速率極為緩慢，基本趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場最小干密度1.76 g/cm3，最大干密度為2.324 g/cm3。

3 試驗成果分析

3.1 成果匯總

100 cm環(huán)由于受填料縮尺及周邊約束影響較大，不能準確測出堆石料最大干密度、最小干密度，相對密度成果誤差較大，不具備參考價值，將現(xiàn)場相對密度試驗(400 cm環(huán))、現(xiàn)場原位大型碾壓試驗測得的堆石料密度成果匯總于表6。

表4 堆石料原位大型碾壓試驗密度成果(附加質(zhì)量法)

表5 堆石料原位大型碾壓試驗密度成果(沉壓值法)

圖1 沉壓值法、附加質(zhì)量法測干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系

檢測項目最大干密度/g·cm-3最小干密度/g·cm-3最大孔隙率/%最小孔隙率/%400cm環(huán)(最大粒徑400mm)上2.181.9828.321.0中2.242.0027.518.8下2.081.8931.524.6400cm環(huán)(最大粒徑800mm)上2.202.0126.920.0中2.272.0226.317.2下2.091.9030.723.7現(xiàn)場坑測法2.241.7536.618.8附加質(zhì)量法2.281.8931.517.4沉壓值法2.3241.92930.115.8

3.2 成果分析

(1)400 cm環(huán)能夠相對準確測出堆石料最小干密度，由于受周邊約束影響較大，不能準確測出最大干密度，相對密度成果誤差較大，不具備參考價值。

(2)現(xiàn)場大型原位碾壓試驗通過直接計算試驗用料質(zhì)量及體積方法推算堆石料最大干密度、最小干密度，其趨勢與附加質(zhì)量法一致，且在碾壓8遍后最大干密度測試方面規(guī)律性強，以其作為計算依據(jù)可行。

(3)現(xiàn)場大型原位碾壓試驗成果得出堆石I區(qū)孔隙率最大為30.1%(松鋪狀態(tài))、最小為15.8%(碾壓26遍后，理論最密實狀態(tài))，相應(yīng)干密度最大值為2.324 g/cm3、最小值為1.929 g/cm3。下游堆石I區(qū)實際施工在鋪料厚度100 cm、32 t振動平碾碾壓8遍后檢測64組得到的干密度最大值為2.29 g/cm3、最小值為2.19 g/cm3、平均值為2.24 g/cm3(作為施工填筑干密度)，對應(yīng)的孔隙率最大值為20.7%、最小值為17.0%、平均值為18.9%。根據(jù)現(xiàn)場大型原位碾壓試驗成果計算壩面填筑的相對密度，其最大值為0.93，最小值為0.75，平均值為0.83。

綜上，堆石料填筑相對密度最大值為0.93，最小值為0.75，平均值為0.83，經(jīng)對比砂礫石料具有較高的可信度。

4 結(jié) 論

對堆石料進行現(xiàn)場相對密度試驗和大型原位試驗，根據(jù)試驗結(jié)果可知，現(xiàn)有相對密度試驗方法無法適應(yīng)堆石料的最大干密度、最小干密度測試，存在較大的偏差，采取現(xiàn)場大型原位碾壓試驗取得的孔隙率數(shù)據(jù)較為真實客觀。另外，當前我國堆石料施工碾壓設(shè)備能夠滿足現(xiàn)今高土石壩、超高土石壩建設(shè)要求，施工質(zhì)量有保證。

[1] DL/T 5129—2013 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S]．

[2] DL/T 5395—2007 碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S]．

[3] NB/T 35016—2013 土石筑壩材料碾壓試驗規(guī)程[S]．

[4] DL/T 5356—2006 水電水利工程粗粒土試驗規(guī)程[S]．