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        松塔水電站壩體土料碾壓工藝試驗分析

        2020-07-15 01:47:52姜麗杰
        山西水利 2020年1期
        關(guān)鍵詞:鋪料土料壩體

        姜麗杰

        (山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,山西 太原 030000)

        1 概況

        松塔水電站坐落于山西省壽陽縣瀟河主流松塔河上,大壩所在壩址的控制流域面積為1 174 km2,位于壽陽縣松塔鎮(zhèn)下游14.2 km 處;距壽陽縣城約25 km,距晉中市城區(qū)約44 km。大壩為均質(zhì)土壩,主要由壩體、排水設(shè)施、反濾體和護(hù)坡等組成。最大壩高62.6 m,正常蓄水位1 027.00 m,總庫容9 820 萬m3,壩頂長度523.2 m,最大壩底寬度363.10 m,壩頂寬度10 m。壩體土方填筑總量約311.5 萬m3。

        通過現(xiàn)場碾壓試驗主要是檢驗、修正壩體填筑料的設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)試驗確定經(jīng)濟合理的壩料類別、設(shè)計壓實標(biāo)準(zhǔn)、填筑強度和同類工程經(jīng)驗,選擇能夠滿足工程需要的施工機械,并通過一定的技術(shù)優(yōu)化,使施工時的數(shù)據(jù)參數(shù)滿足實際要求,在實際施工時還需制定相應(yīng)的施工準(zhǔn)則,使工程的質(zhì)量控制體系得到完善;核實土料填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性,確定回填料在鋪筑的方式、鋪料所應(yīng)達(dá)到的厚度、碾壓的遍數(shù)、行車時的速度以及土料的含水量等施工參數(shù)達(dá)到設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)。

        2 碾壓試驗

        2.1 試驗材料

        料場主要由Q3eol低液限粘土及Q2pl粘土組成,土料除天然含水率均低于最優(yōu)含水率外,其余各項指標(biāo)均滿足均質(zhì)土壩用料質(zhì)量要求。

        取碾壓試驗用土料進(jìn)行擊實試驗,袁家山土料場大壩壩體填筑用土料,最大干密度(ρdmax)為1.76 g/cm3,最優(yōu)含水率為16.6%。設(shè)計壓實指標(biāo)及施工控制指標(biāo)如表1 所示。

        表1 土料的設(shè)計指標(biāo)及施工質(zhì)控指標(biāo)

        2.2 試驗機械設(shè)備及試驗儀器設(shè)備

        根據(jù)各種土料的設(shè)計壓實標(biāo)準(zhǔn)及合同要求,結(jié)合在其它工程中的施工經(jīng)驗和現(xiàn)有裝備情況,碾壓試驗配備的主要機械設(shè)備有20 t 自行式凸塊振動碾、20 t自卸汽車、320 型推土機、灑水車各1 輛(臺);擬采用的試驗儀器和設(shè)備有MC-3 核子水分密度儀、電子天平、水準(zhǔn)儀、微波爐各1 臺。

        2.3 碾壓試驗場地地基要求

        碾壓試驗場地布置在大壩壩址上游袁家山土料場中部臺地上,占地面積1 900 m2。試驗前用推土機清除試驗區(qū)域的松土和草皮,用振動碾碾壓平整,在上面鋪一層試驗土料,用振動碾壓實到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),將這一層作為基層,進(jìn)行碾壓試驗。

        2.4 試驗場地面積、鋪料要求

        在施工場地內(nèi)設(shè)置9 個試驗組合,每個試驗塊的尺寸為22.0 m×49.0 m,根據(jù)試驗塊的鋪土厚度和含水量,設(shè)置符合每個試驗塊不同需求的碾壓遍數(shù),得出碾壓的實際成果,確保能夠達(dá)到設(shè)計要求,詳見圖1。(圖中“+、○、△”分別為不同碾壓遍數(shù)區(qū)域的取樣點。)

        2.5 試驗步驟

        2.5.1 試驗參數(shù)

        選擇土質(zhì)相同、天然含水率不同的合格土料分別開采作為試驗用料,土料的含水率分別為接近標(biāo)準(zhǔn)擊實的最優(yōu)含水率(ω0)、最優(yōu)含水率+2%(ω1)、最優(yōu)含水率-2%(ω2),然后按擬定的參數(shù)組合進(jìn)行碾壓試驗。

        圖1 土料碾壓試驗場地布置圖

        2.5.2 鋪料

        采用進(jìn)占法鋪料,使用20 t 自卸汽車運輸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的土料,用推土機平料,鋪料方向平行縱軸線,模擬大壩施工方法進(jìn)行。在試驗區(qū)域內(nèi)鋪土?xí)r要用標(biāo)尺桿進(jìn)行標(biāo)記,相鄰兩個標(biāo)記桿之間的距離控制在5 m,對于鋪土的厚度誤差值要求為松鋪厚度的±10%以內(nèi)。

        2.5.3 碾壓

        碾壓方式為進(jìn)退錯距法(當(dāng)在每個工作面碾壓6 次時,其每次搭接碾壓1/6 碾寬,碾寬200 cm,錯距為33 cm),靜壓時不錯距,碾壓方向平行于縱軸線。振動碾行走速度控制在2 km/h 以內(nèi),垂直碾壓方向搭接寬度0.3~0.5 m,平行碾壓方向搭接寬度1.0~1.5 m。

        2.6 試驗檢測

        2.6.1 松鋪系數(shù)

        在不同的試驗區(qū)域內(nèi)按要求布設(shè)1.5 m×1.5 m 的網(wǎng)格,建立測量體系,在現(xiàn)場觀測各個相關(guān)點位的鋪料前后和碾壓之后的高程值,從而對松鋪系數(shù)進(jìn)行計算。該試驗方法主要用于大中型工程中,具有代表性,有利于施工。

        松鋪系數(shù)=(壓前松鋪高程-壓前未鋪高程)/(壓后高程-壓前未鋪高程)。

        2.6.2 干密度檢測

        在達(dá)到設(shè)計的壓實遍數(shù)之后,按照試驗要求取樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣,在取樣之后進(jìn)行干密度試驗,取樣的點位按照梅花形布置,相鄰點位之間的距離為1.0 m,每個實驗組取樣數(shù)量為10~15 個,在每次碾壓后結(jié)合層面處取2 個點位。

        干密度試驗方法采用MC-3 型核子密度儀檢測,環(huán)刀法復(fù)核并率定核子密度儀(對比試驗組數(shù)30 組,然后利用最小二乘法原理建立關(guān)系曲線)。

        3 試驗成果分析

        根據(jù)在試驗當(dāng)中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總,大壩壩體土料碾壓試驗成果匯總見表2。

        表2 大壩壩體土料碾壓試驗成果數(shù)據(jù)匯總表

        通過對試驗數(shù)據(jù)的分析可知,在鋪料厚度為30 cm,含水率達(dá)到16.6%時,碾壓6 遍、8 遍、10 遍壓實平均干密度雖然達(dá)到設(shè)計要求,但只有碾壓10 遍時干密度合格率才能達(dá)到100%。含水率為最優(yōu)含水率的-2%以內(nèi)時碾壓8 遍、10 遍平均干密度才能達(dá)到1.69 g/m3,合格率分別為70%、100%。當(dāng)含水率為最優(yōu)含水率+2%以上時,壓實平均干密度在碾壓10 遍時達(dá)到設(shè)計要求,合格率只有60%。

        鋪料厚度為35 cm 時,最優(yōu)含水率時碾壓8 遍、10 遍壓實平均干密度均合格,合格率為70%、100%。含水率為最優(yōu)含水率的-2%以內(nèi)時,碾壓8 遍、10 遍壓實平均干密度均能達(dá)到設(shè)計要求,合格率分別為50%、100%。含水率為最優(yōu)含水率的+2%左右時,碾壓10 遍,壓實平均干密度達(dá)不到設(shè)計要求。

        鋪料厚度為40 cm 時,只有在最優(yōu)含水率時,壓實平均干密度達(dá)到設(shè)計要求,但合格率為60%。計算單位壓實遍數(shù)的壓實厚度,鋪料厚度為35 cm,碾壓遍數(shù)為10 遍時單位壓實遍數(shù)的壓實厚度最大。

        根據(jù)以上分析,大壩壩體用土料含水率在14.5%~17.5%范圍內(nèi)時,鋪料厚度35 cm,碾壓10 遍為合理的施工參數(shù)。最優(yōu)參數(shù)的復(fù)核試驗結(jié)果證明以上碾壓參數(shù)是合理的。

        4 結(jié)論

        第一,根椐碾壓試驗結(jié)果,擬將設(shè)計提出的大壩壩體施工控制含水率為14.5%~18.5%調(diào)整為14.5%~17.5%。兩種壩料壓實密度控制指標(biāo)是合理可行的,施工中必須給予保證,并盡最大可能提高壓實密度。選定的碾壓設(shè)備,能夠滿足施工需要。

        第二,通過試驗最終確定的松塔水電站大壩壩體土料施工參數(shù)為:鋪料35 cm,采用20 t 自行式凸塊振動碾碾壓10 遍,行駛速度宜控制在1~2 km/h,松鋪系數(shù)1.14,含水率為14.5~17.5%,干密度≥1.69 g/cm3。

        第三,松塔水電站大壩填筑土料碾壓過程中的沉降變化符合土石壩沉降規(guī)律,在一定的程度上說明所采用的碾壓參數(shù)是合理的。

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