大坝填筑碾压试验方案设计.docx
《大坝填筑碾压试验方案设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大坝填筑碾压试验方案设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大坝填筑碾压试验方案设计
1.工程概况
胜土水库坝址以上流域集水面积17.33km2（其中：
明流区集雨面积1.79km2,闭流区15.54km2），坝址以上主河道河长8.83km，平均坡降36.2‰。
水库校核洪水位1145.32m，总库容515万m3；正常蓄水位1143.00m，相应库容为442万m3；死水位1113.00m，相应库容为19.3万m3，兴利库容422.7万m3。
根据《防洪标准》（GB50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《水工混凝土结构设计规》（SL/T191-2008）的有关规定，本工程挡水建筑物、泄水建筑物为4级建筑物，次要建筑物为5级建筑物，临时建筑物为5级。
枢纽布置为：
混凝土面板堆石坝+右岸开敞式溢洪道+左岸取水兼放空洞+供水管线。
坝顶高程1145.50m，坝基最低高程1110.00m，最大坝高45.5m，坝顶宽度6m，坝顶长214m。
取水钢管直径1.0m，取水口进口底板高程为1111.00m。
溢洪道净宽15m，堰顶高程1143.00m，进口底板高程为1141.00m。
2.碾压试验技术依据
（1）胜土水库设计岩石物理力学性质
胜土水库填筑料主要是石料场开采毛料，岩性中厚层至厚层以灰岩为主，根据《瓮安县胜土水库工程初步设计报告》，本工程中厚层至厚层以灰岩，吸水率、干密度均较大，表明这类岩石受风化影响明显，抗压强度高，岩体完整性好，局部岩体破碎，裂隙发育。
（2）设计指标
1）填筑料坝料颗粒级配要求（坝料颗粒级配见表1）。
表1坝料颗粒级配表
材料分区
材料颗粒级配（粒径：
mm）
0.
0.1
0.25
0.5
1
2
5
10
20
40
60
80
垫层料
上包线%
8
11
19
26
33
42
50
68
84
100
下包线%
5
6
12
17
20
24
30
42
55
70
83
92
过渡区
上包线%
5
10
14
19
23
30
41
52
64
73
80
下包线%
4
7
9
14
20
30
39
49
57
62
主堆石
上包线%
2
3
8
10
14
20
28
37
46
52
55
下包线%
4
12
21
31
37
40
材料分区
材料颗粒级配（粒径：
mm）
100
150
200
300
350
400
500
600
800
垫层料
上包线%
下包线%
过渡区
上包线%
79
93
100
下包线%
68
77
84
95
主堆石
上包线%
56
70
78
87
91
92
95
下包线%
45
53
61
72
77
80
87
92
100
2）坝料颗粒级配包络线图
3）填筑指标
填筑指标见表2
表2坝体填筑料指标表
项目
填筑材料
设计孔隙率%
设计干密度g/cm3
碾压层厚cm
最大粒径mm
碾压遍数
碾压加水量%
盖重区
开挖石渣料
30
振动碾碾压8遍数
铺盖区
粘土
30
振动碾碾压4遍数
垫层料
加工后新鲜石料
≤19
≥2.22
40
80
振动碾碾压8遍数
0~10
特殊垫层料
加工后新鲜石料
≤19
≥2.22
20
40
振动碾碾压8遍数
0~10
过渡料
新鲜开挖石料
≤21
≥2.16
40
300
振动碾碾压8遍数
0~10
主堆石料
新鲜开挖石料
≤22
≥2.14
80
800
振动碾碾压6遍数
10~20
下游堆石料
新鲜开挖石料
≤22
≥2.14
80
800
振动碾碾压8遍数
10~20
4）填筑质量要求
①主堆石区采用料场新鲜开挖石料，最大块石粒径应小于80cm，压实后层厚80cm，用20t振动碾碾压密实，设计干容重2.15（g/m）3，孔隙率≤22%。
②下游堆石区采用料场新鲜开挖石料，最大块径应小于80cm，压实后层厚80cm，用20t振动碾碾压密实，设计干容重2.1（g/m）3，孔隙率≤25%。
③过渡料采用人工破碎后新鲜石料，最大粒径30cm，压实后层厚40cm，按前进法卸料、平料，用20t振动碾碾压密实，设计干容重2.2（g/m）3，孔隙率≤20%。
④垫层料采用人工破碎及筛分后新鲜石料，最大粒径8cm，压实后层厚40cm，按前进法卸料、平料，只允许小粒径石料占据大粒径石料的位置，不允许大粒径石料占住小粒径石料的位置，用20t振动碾碾压密实，设计干容重2.26（g/m）3，孔隙率≤18%。
⑤特殊垫层料采用人工破碎及筛分后新鲜石料，最大粒径4cm，应逐层铺筑，压实后层厚20cm，采用20t振动碾碾压密实，特殊垫层料的设计干容重2.26（g/m）33，孔隙率≤18%。
3.试验目的与容
（1）通过试验，根据筑坝料的岩性，试验各填筑料的压实参数，力求得到最佳压实效果，以满足最大干容重，最小空隙率、渗透系数等设计要求。
（2）通过碾压试验对原设计的压实密度进行验证，核实坝体填筑设计压实标准的合理性，分析比较各种填筑碾压前后的级配变化。
（3）研究填筑工艺，检验所选用的填筑压实机械的适用性及性能的可靠性。
（4）确定适宜、经济的施工压实参数，如铺层厚度，进料方式，平料方式，加水量，碾压遍数等。
（5）确定压实质量控制方法，包括压实机械类型械参数、施工参数等，完善填筑施工工艺，制定坝料填筑施工方法。
4.试验场地规划与资源配置
4.1试验场地规划
为确保胜土水库坝体填筑施工进度，计划在2016年4月10日～4月15日进行主堆石、下游堆石、特殊垫层料、垫层料和过渡料填筑碾压试验。
（1）试验场地选择
碾压试验场地拟选择在大坝左岸侧填筑区0+0.000m～0+73.000m围，碾压试验规划面积约为2000m2。
（2）试验场地规划
1）主堆石（滤水坝址区、排水区）及下游堆石碾压试验区规划原则
试验场地场地中按不同加水量布置试验单元面积。
每个试验单元面积的长度，以能获得2个试样检查压实度为宜；其宽度以振动碾轮宽的3倍为宜，即长×宽需10×6m。
按不同加水量和不同碾压遍数布置试验组数，每组试验分3个单元。
每个单元布置2×2m的方格网，以测量压实沉降度和相关检测指标的试验。
布置方法详见附图：
《大坝碾压试验规划布置图》。
2）垫层料、特殊垫层料和过渡料碾压试验区规划原则
试验场地中分不同石料、不同加水量布置试验单元面积。
每个试验单元面积的长度，以能获得2个试样检查压实度为宜；单元宽度取4m，即试验单元长×宽需6×4m。
按不同加水量和不同碾压遍数设置试验组数，每组试验分3个单元，每个单元布置1.5×1.5m的方格网，以测量压实沉降度和相关检测指标的试验。
垫层料与特殊垫层料铺料层厚不同，可设置1m宽的过渡带。
布置方法详见附图：
《大坝碾压试验规划布置图》。
4.2试验资源配置
（1）试验场地的准备工作
1）试验用水：
碾压试验用水采取从导流洞出口处河道抽取。
2）试验道路：
料源从备料场或石料场运至大坝下游填筑区，装满料源的自卸汽车从导流洞出口至大坝下游侧碾压混凝土硬化道路进入填筑区，卸料后从左岸基坑道路至料场，形成循环道路。
（2）试验人员配置
根据试验规模及时间要求，将成立坝料碾压试验小组，由有面板堆石坝施工经验的人员组成，并由项目部总工程师担任组长。
试验小组的人员配备初拟如下：
专业工程师：
1人；
试验人员：
2人；
测量技术人员：
2人；
质检员：
1人；
机械操作工：
4人；
其他辅助人员：
14人；
共计24人。
（3）碾压试验机械设备
20t自行式振动碾（德国宝马）两台
推土机（SD22）一台
装载机（3m3）一台
自卸汽车25T八台
挖掘机四台
全站仪一套
GPS测量仪器一套
水准仪一套
（4）碾压试验仪器设备表
1
铁锹
方、尖
把
4
方、尖各2把
2
电子天平
称量2.0kg
台
1
3
计算器
科学型
个
1
4
烘箱
台
1
5
磁盘
40*25cm
只
10
6
磅秤
100型
台
1
称量100KG
7
磅秤
500型
台
1
称量500KG
8
磁碗
大号
只
10
9
钢纤
根
2
1米、2米各一根
10
塑料水桶
只
2
11
新标准土壤筛
圆孔
套
1
12
容量桶
10升
只
1
13
塑料薄膜
宽3m
卷
1
14
羊角锄
把
2
15
钢卷尺
把
1
16
标准砂
袋
2
17
电子台秤
台
1
约20kg
18
水平尺
把
2
19
皮尺
50m
把
2
20
钢卷尺
5m
把
2
21
线坠
100克
个
2
22
铁锤
把
1
中号锤
23
长把勺
把
1
24
凿子
把
2
尖口、平口
25
铝盒
个
10
26
毛刷
2寸、4寸
把
10
各5把
27
温度计
只
5
28
秒表
只
1
29
双环
环
直径22.6cm、高15cm
套
1
渗透试验
外环
直径45.2cm、高15cm
30
钢圈
200cm*20cm
个
1
密度试验
31
钢圈
120cm*20cm
个
1
密度试验
32
钢圈
50cm*20cm
个
1
密度试验
33
酒精
纯度95%
桶
1
25kg
34
调土刀
把
1
35
水表
只
4
36
石灰粉
代
4
200kg
（5）碾压试验材料准备
垫层料（2A）130m3（Dmax≤80mm）
过渡料（3A）140m3（Dmax≤300mm）
主堆石料（3B）620m3（Dmax≤800mm）
特殊垫层料（2B）65m3（Dmax≤40mm）
下游堆石料（3C）620m3（Dmax≤800mm）
5.坝体填筑碾压试验技术参数
参数组合时，采用逐步淘汰法，即固定其它参数，变动一个参数，通过试验得出此参数与压实效果（干密度）的关系曲线；然后固定此参数，变动另一个参数，通过试验求得第二个参数与压实效果的关系曲线；依此类推，使每一个参数通过试验求得最优值。
最后用全部参数，再进行一次复核试验。
若碾压结果满足设计、施工要求，此碾压参数组合可作为施工时的碾压参数。
本次填筑碾压试验的参数选择如下：
参数组合
松铺厚度
（cm）
压实厚度
（cm）
振碾遍数
（遍）
加（含）水量
（%）
总组数
（组）
主堆石料
85
80
4、6、8
15、18、20
9
下游堆石料
88
80
4、6、8
12、15、18
9
过渡料
43
40
4、6、8
8、10、12
9
垫层料
43
40
4、6、8
8、10、12
9
特殊垫层料
22
20
4、6、8
8、10、12
9
备注：
主堆石、过渡料、垫层料、特殊垫层料等填筑料松铺厚度按沉降率经验值取为6~8%。
下游堆石沉降率取8~10%。
6.碾压试验工艺和步骤
6.1试验工艺
场地平整碾压→基面测量→进料（后退法）→堆平（控制铺料厚度）→静碾→沉降测量→洒水→振碾4遍→沉降测量→密度→级配渗透检测→回填试验坑碾压→补碾（总振碾6遍、总振碾8遍，分别重复上述试验检测）→下一层试验。
6.2试验步骤
（1）设备工作特性记录和工器具检查
检查设备的使用年限，设备特别是碾压设备的振动频率、振幅和碾重等是否满足本次试验规定的设备要求。
（2）场地平整碾压
碾压试验场地选择在大坝下游侧填筑区，在已碾压平整的找平层面上进行碾压试验，平整度不超过10cm。
（3）填筑材料备制及运输
1）碾压试验用填筑料
主堆石料、下游堆石料及过渡料从石料场进行开采或采用备料场料源。
垫层料、特殊垫层料为加工系统生产而成掺配的骨料。
经掺配的各种成品料颗粒级配满足设计要求。
所有填筑用料在上料过程中加强质量控制，保证试验用的填筑料符合设计要求并具有代表性。
试验填筑料备制不得低于下表所示：
填筑料名称
单位
制备量
备注
主堆石料
m3
620
爆破料或备料场料
下游堆石料
m3
620
爆破料或备料场料
过渡料
m3
140
爆破料或备料场料
垫层料
m3
130
机械轧制和掺配
特殊垫层料
m3
65
机械轧制和掺配
2）运输设备
坝料上坝全部采用自卸汽车运输。
运输垫层料、过渡料和堆石料使用的车辆相对固定，并经常保持车厢、轮胎的清洁，防止残留在车厢和轮胎上的泥土带入清洁的料源及填筑区。
3）运输措施
①料源装料、运输和仓面卸料、铺料等工序持续和连贯进行，以免周转过多而导致含水量的过大变化。
②垫层料运输及卸料过程中，采取控制措施防止颗粒分离。
运输过程中垫层料保持湿润并控制卸料高度。
③对不合格的垫层料、过渡料或堆石料，一律不得上仓面。
（4）填筑铺料
按试验方案中拟定的松铺厚、并根据不同填料确定铺料方式，具体的铺料方式如下：
1）主堆石、下游堆石：
采用进占法或后退法铺料，推土机整平。
2）过渡料：
采用后退法铺料，推土机或挖机整平。
3）垫层料、特殊垫层料：
采用后退法铺料，挖机和人工配合布料。
所谓“进占法”卸料，即自卸汽车行走平台及卸料平台是该填筑层已经初步推平但尚未碾压的填筑面，卸料及平料时大石块自然滚落至本层底部，小石块及细料大部分填充于大石块见，部分留在本层表面，这样有利于工作面的推平整理，提高碾压质量，同时，细颗粒与大颗粒石料间的嵌填作用，有利于提高干密度，确保填筑质量。
所谓“后退法”卸料，即在已压实的层面上后退卸料形成密集料堆，再用推土机或挖机平料。
这种卸料方式可减少填筑料的分离，对防渗、减少渗流量有利。
（5）布置方格网测点
在主堆石和下游堆石碾压Ⅰ试验区各试验单元区布置2m×2m的网格，在垫层料、特殊垫层料和过渡料碾压Ⅱ试验区各试验单元区布置1.5m×1.5m的网格，并在填筑区外设置控制基桩。
在各单元的网格测点上以颜色标记和编号，安放水准尺垫，用水准仪测量并记录其初始厚度与相对高程。
布置方法详见附图：
《大坝碾压试验规划布置图》。
（6）填筑料加水
1）对主堆石、下游堆石，在铺筑平整完成后即在其表面均匀洒清水，洒水量用水表计量。
2）特殊垫层料、垫层料和过渡料，因其含细粒多，渗透性弱，一般情况下不宜在坝面洒水。
要求垫层料生产存料时或上坝前按拟定含水量均匀加水，保证其在上坝前具有合适的含水量，这样可避免粗细骨料分离，对确保施工质量、加快施工进度很有好处。
（7）碾压
本次碾压试验采用20t自行式振动碾进行碾压试验，碾压方向沿试验区的轴线方向进行，试验段摊铺好整平后由20t振动碾先静压2遍然后进行振压，行驶速度为低档中油门（按经验控制在1.5～2.0Km/h），前进后退法碾压，前进时错1/2轮宽（或搭接宽度控制在10～20cm），再原位退回，往复至全段，即为2遍，再循环1次即为4遍，停止碾压。
由专人负责记录振动碾的碾压遍数及振动碾行驶速度。
本层碾压完成后，试验人员采用灌水法取样测定回填土密度。
碾压6遍、8遍后再次取样测密度，直到同样满足以下几个条件时停止碾压：
1）密度不再上升或有所下降。
2）标高不再下降。
3）取样时发现坑壁稳定，土粒嵌挤紧密。
第一层铺料厚度的碾压全部完成后，采用撒水车进行层间撒水，使层面湿润，进行第二层铺土厚度的摊铺、碾压、测量、取样试验，依次进行。
（8）测量和取样试验
1）测量：
碾压完成后，对各网格测点测量碾压后的高程值，通过碾压前后的高程变化值，计算沉降量和沉降率。
2）取样试验：
在试验标定的取样点，采用挖坑法进行密度、孔隙率等试验检测。
（9）复核试验
通过上述分区分组试验，采用逐步收敛法，选定能满足设计指标的各项压实参数，用选定的参数进行复核试验。
在复核试验区进行密度、孔隙率和透水率试验，进一步对选定的参数验证。
7.碾压单元分项试验
7.1碾压试验单元划分
以不同的碾压遍数，取得至少2个试坑的原则，划分试验单元，相邻单元撒白灰控制分区线，详见《大坝碾压试验规划布置图》。
7.2试验测点和取样部位
（1）主堆石、下游堆石料
试验以每个试验单元面积获得2个试样（试坑尺寸为：
2×2m）检查压实度和4个沉降量为准，可根据需要加密测验。
每个试验单元（6×10m）试验测点与取样部位如下图所示：
（2）垫层料、特殊垫层料、过渡料
试验以每个试验单元面积获得2个试样（试坑尺寸为：
1.5×1.5m）检查压实度和3个沉降量为准，可根据需要加密检测，试验测点与取样部位如下图所示：
7.3分项试验
填料碾压分项试验见下表：
填料类别
检查项目
取样（检测）次数
垫层料、特殊垫层料
干密度
2组/每个碾压单元
颗粒级配
2组/每个碾压单元
孔隙率
2组/每个碾压单元
渗透试验
2次/整个试验
过渡料、主堆石料、下游堆石料
干密度
2组/每个碾压单元
孔隙率
2组/每个碾压单元
颗粒级配
2组/每个碾压单元
注：
沉降检测根据每单元沉降检测点确定。
7.4试验检测方法
考虑到现场试验设备，摊铺方式及料源不均匀性的影响，在每层填料松铺前，在进行密度试验的同时辅以沉降观测。
（1）沉降观测
在主堆石和下游堆石碾压Ⅰ试验区各试验单元区布置2m×2m的网格，在垫层料、特殊垫层料和过渡料碾压Ⅱ试验区各试验单元区布置1.5m×1.5m的网格，并在填筑区外设置控制基桩。
在各单元的网格测点上以颜色标记和编号，安放水准尺垫，用水准仪测量并记录其初始厚度与相对高程。
最后根据高程之差统计各个试验单元的沉降量和沉降率。
（2）密度试验
堆石料、垫层料、特殊垫层料、过渡料密度试验参照《碾压式土石坝施工规》（DL/T5129-2013）进行，具体要求如下：
1）垫层料试坑直径不小于最大粒径的4倍，本工程试验取1.5m×1.5m的网格，试坑深度为碾压层厚。
2）过渡料试坑直径不小于最大粒径的3～4倍，本工程试验取1.5m×1.5m的网格，试坑深度为碾压层厚。
3）堆石料试坑直径不小于最大粒径的2～3倍，最大不超过2m，本工程试验取2m×2m的网格，试坑深度为碾压层厚。
根据不同填筑料最大粒径，堆石料套环直径为200cm，过渡料套环直径为120cm，特殊垫层料、垫层料套环直径为50cm，上述填筑料均采用灌水法。
（3）筛分试验
颗粒分析从料源地或从试坑中取出的试样，200mm以上的颗粒用钢尺量记其代表粒径，小于200mm的用大筛现场筛分至20mm，小于20mm的细颗粒经四分法取样进行室筛分，最终计算全试样级配组成。
（4）现场渗透试验
垫层料、特殊垫层料现场渗透试样参照SL237-1999《土工试验规程》的原位渗透试验方法进行。
渗透环为双环，环直径22.6cm，高15cm，外环直径45.2cm，高15cm。
试验时将外环嵌入试体15~20cm，用湿粘土将环下口外侧密封，防止水流向环外。
加水后测记渗透速度，当渗透稳定后，在1小时测记渗入量5~6次，计算平均渗透系数。
用原位渗透法在垫层料复核层碾压完毕后检测特殊垫层料和垫层料渗透系数。
7.5碾压试验质量控制
（1）碾压层厚控制
为保证填料层厚，可采用以下两种方法：
方法一：
可根据各填料铺填厚度、自卸车斗容计算出每车填料可铺填的面积，然后在仓面上画出方格，控制卸料间距，例如垫层料压实层厚40cm，考虑松铺系数，松铺后层厚45cm，25T自卸车斗容12m3左右，则可铺筑面面积为12/0.45=26.7m2。
方法二：
可使用全站仪等测量仪器控制层厚，填料粗平之后，在仓面上放点，标出超填高度或欠填高度，然后进行精平，或在填筑围外打桩，标示高程，拉线控制层厚。
（2）填筑料级配控制
在试验前对各种填筑料进行筛分试验，并绘制筛分曲线，检测其颗粒级配在设计的包络线。
（3）洒水量控制
根据不同碾压单元计算填筑料体积，用通水软管接水表计量，加水量为水量与填筑料的体积比。
7.6碾压试验安全保证措施
（1）设立专职安全员并建立旁站制度，及时纠正和消除施工中出现的不安全苗头。
（2）对施工人员定期进行安全教育和安全知识的考核。
（3）试验设立明显的安全警示牌。
（4）各类机械设备操作人员必须持证上岗，无证人员或非本机人员不得上机操作。
7.7碾压试验环境保护措施
（1）在机械化施工过程中，要尽量减少噪音、废气、废水及尘埃等的污染，以保障人民的健康，运转中尘埃过大时要及时洒水。
（2）清理施工机械、设备及机械的废水、废油等有害物质以及生活污水，不得直接排放于河流中，也不得倾泻于饮用水源附近的土地上，以防污染水源和土壤。
8.试验成果及资料提交
8.1现场描述
（1）记录使用的运输设备、卸料方式及铺料方法。
（2）对于堆石料应观察表面石料压碎及堆石架空情况。
8.2碾压试验成果整理及分析报审
将上述各种大坝填料的运输、卸料方式、平料方法、加水量、碾压遍数、压实度、干密度、孔隙率、渗透系数的每次试验资料进行系统整理，绘制相关图表，并根据试验条件进行分析，得出结论，将施工中所必要的铺料厚度、进料方式、平料方法、加水量、碾压遍数、行进速度、压痕尺寸等主要施工参数报监理审批。
当得到批准后，在大坝填筑时，必须严格遵照执行，不得任意修改。
升级会员 