沥青混凝土心墙堆石坝填筑碾压试验方案2分解.docx

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沥青混凝土心墙堆石坝填筑碾压试验方案2分解

四川省乐山市马边河官帽舟水电站工程

大坝、泄洪放空洞、生态流量电站、

机电及金结设备安装工程

沥青混凝土心墙土石坝

填筑碾压试验大纲

中国葛洲坝集团股份有限公司

官帽舟水电站工程施工项目部

二0一三年六月

目录

一、编制依据-1-

二、概述-1-

三、技术参数及试验要求-2-

四、试验目的-6-

五、碾压试验设备及各填筑料碾压试验内容及要求-6-

5.1试验设备-6-

5.2各填筑料碾压试验内容及要求-6-

5.3碾压试验场次安排表-9-

六、试验场地选择及布置-10-

八、碾压试验步骤及方法-10-

8.1试验步骤-11-

8.2试验步骤简述-11-

8.3试验检测方法-12-

九、实施时间-14-

十、碾压试验资源配置-15-

10.1碾压试验人员配置-15-

10.2碾压试验用机械-15-

10.3试验用仪器-15-

十一、试验保证措施-16-

十二、试验资料的整理及成果报告-17-

一、编制依据

沥青混凝土心墙土石坝的现场碾压试验、各类骨料筛分的最佳性能指标和标配参数按《沥青混凝土心墙堆石坝填筑施工技术要求》（设计提供）的规定，以及监理工程师的指示进行，并以以下标准规范为试验依据。

1、《水工碾压式沥青混凝土施工规范》DL/T5363－2006；

2、《水电水利工程土工试验规程》DL/T5355-2006；

3、《土工试验规程》SL237—1999；

4、《工程测量规范》GB50026-2007；

5、《碾压式土石坝设计规范》DL/T5395－2007；

6、《水工沥青混凝土试验规程》DL/T5362-2006。

7、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052－2001；

8、《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129－2001；

二、概述

官帽舟水电站工程位于四川省西南部乐山市马边县境内的马边河上，距马边县城约19km。

采用混合式开发方式，以发电为主兼有改善下游防洪能力和灌溉条件的中型水利水电枢纽工程。

坝址控制流域面积1449km²，拦河坝坝高109m，水库正常蓄水位674m，坝顶高程679m，总库容为0.96亿m³。

枢纽工程由沥青混凝土心墙土石坝、开敞式溢洪道、泄洪放空洞、生态流量引水系统及电站厂房、发电引水系统及电站厂房等建筑物组成，总装机容量12万kW。

挡水土石坝主要由过渡层、砂岩主堆石1A区、主堆石1B区、砂岩主堆石2A区、主堆石2B区、砂岩主堆石3A区、主堆石3B区、石渣开挖料、堆石排水棱体、级配碎石过渡料和垫层、中粗砂过渡料和垫层等石料填筑而成，填料分层碾压密实，总填筑量约为272.1万m³。

三、技术参数及试验要求

表3.1筑坝材料控制标注参数表

项目名称

河床砂卵石料

心墙过渡层

主堆石1A区（弱风化石英砂岩）

主堆石1B区（弱风化石英砂岩）

主堆石2A区、2B（弱风化石英砂岩）

堆石3A区、3B（弱风化石英砂岩）

石渣开挖料（弱风化泥质粉砂岩夹泥岩）

上游枯期围堰结合体

堆石排水棱体

级配碎石过渡料、垫层

中粗砂过渡料、垫层

干砌石护坡

料源

河床现有料

河口爆破堆石料

粗碎石：

砂：

石粉=5:

3:

1

河口堆石料场（弱风化中下部）

河口堆石料场和枢纽中砂岩堆石料（弱风化中下部）

河口堆石料场

（弱风化中下部）

河口堆石料场和马坝备用石料场（弱风化上部）

溢洪道和泄洪洞出口开挖的弱风化泥质粉砂岩夹泥岩

河口堆石料场，部分利用开挖料

河口堆石料场（弱风化中下部）

河口堆石料场（弱风化中下部）

河口堆石料场（弱风化中下部）

河口堆石料场（弱风化中下部）

填筑部位或作用

沥青混凝土心墙两侧与坝壳之间

沥青混凝土心墙下游堆石区

沥青混凝土心墙上游堆石区

上、下游坝坡区

坝顶上、下游坝壳料

坝体中下部的上、下游坝壳料

坝体下游排水

主堆石过渡到石渣开挖料、

下游基础排水

石渣开挖料过渡到主堆石

上下游坝面护坡

填筑量（万m3）

9.22

52.88

19.56

17.02

44.65

99.63

6.11

2.93

10.02

2.99

4.25

石料品质

级配良好的沙砾石料或人工碎石骨料,要求质密、坚硬、抗风化、耐浸蚀，最大粒径一般不超过沥青混凝土骨料最大粒径的8倍

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

比较新鲜坚硬、组织均匀的碎石及块石

质地致密，利用经筛分的天然沙砾料或人工碎石组成

质地致密，利用经筛分的天然沙砾料或人工碎石组成

新鲜坚硬、均匀石料，块石重量一般60kg～90kg，块形方正

限制粒径（mm）

/

80

800

800

800

800

600

800

1000

200

40

600（≤单块重300kg），最长边不小于350mm，平均粒径400mm（单块重89kg，最短边不小于250mm

饱和抗压强度（MPa）

/

≥45

30~45

30~45

30~45

30~45

20~30

≥30

≥80～100

≥45

≥45

≥80～100

类型名称

/

级配良好砂砾石

碎石、块石

碎石、块石

碎石、块石

碎石、块石

碎石混合土

块石

块石

级配良好砂砾石

级配良好中粗砂

块石

含（洒）水量（％）

（根据现场试验待定）

10~20

3~5

10~20

10~20

10~20

10~20

3~5（严格控制）

10~20

10~20

10~20

10~20

/

不均匀系数

≥30

15~30

15~30

15~30

≥15

≥15

<30

<30

15~30

15~30

压实后干密度

（g/cm3）

≥2.09

2.18~2.21

2.09~2.23

2.09~2.23

2.09~2.23

2.09~2.23

2.09~2.23

2.04~2.13

2.04~2.13

2.13~2.21

2.13~2.21

孔隙率（%）

≤20

17.7~16.5

22.8~19.7

22.8~19.7

22.8~19.7

22.8~19.7

23.6~18.2

23.6~18.2

23.6~18.2

20~18.2

20~18.2

渗透系数

（×10-2cm/s）

≥1

2.94~43.3

2.94~43.3

2.94~43.3

1.11~22.3

1.11~22.3

22~100

2.94~43.3

2.94~43.3

软化系数

0.68~0.71

0.68~0.71

0.68~0.71

0.68~0.71

≥0.65

0.55~0.6

0.68~0.71

0.68~0.71

0.68~0.71

0.68~0.71

≥0.71

表3.2坝体碾压参数表

项目

河床砂卵石料

心墙过渡料

主堆石1A、1B区

主堆石2A、2B区

堆石3A、3B区

石渣开挖料

上游枯期围堰

堆石排水棱体

级配碎石过渡料和垫层

中粗砂过渡料和垫层

块石护坡

碾压机械

名称

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

振动碾

碾重（t）

20～25

2.7

18~25

18~25

18~25

18~25

18~25

18~25

18~25

18~25

振动频率（Hz）

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

20~30

振幅（mm）

2

1.3~1.4

2

2

2

2

2

2

2

2

填筑方式

/

进占法填筑

进占法填筑为主

进占法填筑为主

进占法填筑为主

后退法铺筑

进占法填筑

进占法填筑

进占法填筑

进占法填筑

机械或人工选石、堆码、整坡

铺筑厚度（mm）

/

300

800

800

800

600

800

1000

600

600

与坝体填筑同步进行

错距（mm）

/

360

300

300

300

300

300

300

300

300

300

碾压遍数

8

先静碾2遍，后振碾8遍

8

8

8

8

8

8

8

8

限制粒径（mm）

/

80

800

800

800

600

800

1000

200

40

含（洒）水量（％）（待现场碾压试验结果后调整）

10~20

3~5

10~20

10~20

10~20

3~5（严格控制）

10~20

10~20

10~20

10~20

/

行驶速度（km/h）

<2

<2

3~4

3~4

3~4

<2

12~15

3~4

<2

<2

*压实干密度（g/cm3）

≥2.09

2.18~2.21

2.09~2.23

2.09~2.23

2.09~2.23

2.09~2.23

2.04~2.13

2.04~2.13

2.13~2.21

2.13~2.21

孔隙率（%）

≤20

17.7~16.5

22.8~19.7

22.8~19.7

22.8~19.7

23.6~18.2

23.6~18.2

23.6~18.2

20~18.2

20~18.2

备注

不应有明显的颗粒分离和压碎现象

表3.3筑坝料级配曲线要求表

堆石料名称

包络线

颗粒级配组成（颗粒粒径：

mm）

小于

5

mm

含量

小于

0.075

mm

含量

不均

匀

系数

曲率

系数

>

800

800～

600

600～

400

400～

300

300～

200

200～

100

100～

80

80～

60

60～

40

40～

20

20～

10

10～

5

5～

2

2～

0.5

0.5～

0.25

0.25～

0.075

<

0.075

<5

<

0.075

Cu

Cc

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

-

-

过渡层

上包络线

-

14

18

16

12

12

12

4

8

4

40

4

88.9

2.17

推荐

8

16

19

13

12

11

11

3

5

2

32

2

46

1.76

下包络线

20

16

17

12

10

12

8

2

2.5

0.5

25

0.5

25.7

1.03

主堆石1A、1B、2A、2B、3A、3B区

上包络线

-

-

-

14

15

11

8

12

9

7

8

8

3

3

2

24

2

75

1.88

推荐

-

-

13

21

15

8

7

8

7

6

6

4

1.5

2.5

1

15

1

64.8

1.32

下包络线

7

12

13

19

12

8

6.5

6

5

4

3

2.5

1

1

0

7.5

0

36.5

1.55

石渣开挖料

上包络线

-

-

-

-

15

16

11

8

12

10

8

7

6

4

3

20

3

60.9

1.95

推荐

-

-

-

15

11

18

11

7

10

7

6

6

5

3

1

15

1

54.2

1.85

下包络线

-

11

13

11

12

13

9

6

6

5

4

4

3

2

1

10

1

54

2.49

图3.3-1过渡层控制级配关系曲线表

图3.3-2主堆石1A、1B、2A、2B区、3A、3B区控制级配关系曲线表

图3.3-3石渣开挖料控制级配关系曲线表

坝体填筑必须进行现场生产性试验，对含水量、碾压机械、压实效果、碾压遍数、铺层厚度等参数进行试验，在取得参数之前，填筑施工参数可参照表3.3进行。

对于枢纽石渣开挖利用料，应尽量直接上坝，减少软岩料细化和泥化现象的产生，以提高软岩填筑料的承载能力和坝体的稳定性。

四、试验目的

1、核实坝料的设计填筑标准的合理性及可行性；

2、研究达到设计填筑标准的压实方法，通过试验和比较确定合适的碾压工艺参数，对过渡层（河口弱风化中下部砂岩）、主堆石（1A区、1B区、2A区、2B区、3A区和3B区）（河口弱风化中下部石英砂岩堆石料），石渣开挖料（枢纽弱风化泥质粉砂岩夹泥岩）三种筑坝料进行不同铺土厚度、不同碾压遍数、加水（加水含量5%、10%、15%和20%）与不加水等多种不同工况的现场碾压试验、确定坝体填筑标准和压实采用的各项参数，包括压实机械类型、机械参数、铺料厚度、碾压遍数、洒水量及渗透系数等；

3、优化土、石料填筑施工工艺，完善优化土、石料压实质量控制措施及质量检测的有效方法。

五、碾压试验设备及各填筑料碾压试验内容及要求

5.1试验设备

根据本工程的现场的实际状况及规划的施工道路情况，结合本工程施工工期紧、强度高、任务重的特点，以及坝体碾压要求高的特点，进行设备选型详见表5.1。

表5.1大坝填筑设备选型配置表

填筑部位

运输设备

平料设备

碾压设备

特殊部位碾压设备

过渡料I

8t自卸车

TYB220推土机

2.7t自行振动碾

液压振动平板

过渡料II

25t、20t自卸车

TYB220推土机

25t自行振动碾

堆石料

25t自卸车

TY320推土机

25t自行振动碾

液压振动平板

碎石垫层料

8t自卸车

1.6m³反铲、人工

25t自行振动碾

液压振动平板

开挖石渣料

25t、20t自卸车

TY320推土机

25t自行振动

液压振动平板

5.2各填筑料碾压试验内容及要求

1、堆石区料、级配碎石过渡料及粗砂石过渡料碾压试验内容及要求

（1）试验用料

堆石区试验用料直接从河口场开采料，级配碎石过渡料及粗砂石过渡料由河口料场开挖的料子经肖家坝砂石料生产系统生产后拉运至试验场地。

现场碾压试验前，对堆石料进行室内物理、力学性试验和检测，试验用料级配应满足表3.1的要求。

（2）碾压机械

碾压机械采用25t自行式振动平碾进行坝面施工。

（3）碾压试验场次安排

试验用料直接从取料点装运至碾压场铺料碾压，施工设备与将实际采用的相同。

试验中采用进占法铺料，必要时进行不同铺料方式的对比试验。

在场地范围内划分5个区，分别将5个分区的加水量控制为0%、5％、10%、15%、20%（体积比），按2种铺料厚度（60cm、80cm、100cm），3个碾压遍数（6、8、10遍）进行第一大场、第二大场及第三大场共计45个小场试验，根据第一大场试验成果，选取合适的洒水量、最佳铺土厚度、最佳碾压遍数进行第四大场复核试验，级配碎石过渡料及粗砂石过渡料碾压试验与堆石料同步进行，试验组数一个小场取三组。

若发现试验结果出现异常，再决定增加试验场数。

2、碎石垫层料碾压试验内容及要求

（1）试验用料

碎石垫层料碾压试验用料直接从河口料场开挖料中获取，经肖家坝砂石料系统加工后直接投入试验。

在碾压试验之前，应进行室内物理、力学性试验。

现场碾压试验前，对反滤料进行室内物理、力学性试验和检测。

（2）碾压机械

碾压机械采用25t的自行式振动平碾，进行坝面施工。

（3）碾压试验场次安排

从已建成的大坝碎石垫层料肖家坝砂石加工系统取料直接运至碾压现场铺料碾压，运输设备与将实际采用的相同。

试验中采用进占法铺料，必要时进行不同铺料方式的对比试验。

场地范围内划分3个区，分别将3个分区的加水量控制为10%、15％、20%，按铺料厚度（松铺厚度50cm、60cm），3个碾压遍数（4、6、8遍）进行第一大场计18个小场试验，以初步了解其压实性能。

根据第一大场试验成果，选取合适的洒水量、最佳铺土厚度、最佳碾压遍数进行第二大场复核试验（可适当考虑）。

若发现试验结果出现异常，再决定增、减试验场数。

3、沥青心墙过渡料碾压试验内容及要求

（1）试验用料

取用河口料场开采料经肖家坝砂石料加工系统生产出沥青心墙心墙过渡料。

在碾压试验之前，应进行室内物理、力学性试验。

现场碾压试验前，对过渡料Ⅰ（沥青心墙过渡料）进行室内物理、力学性试验和检测，试验用料级配应满足表3.1的要求。

（2）碾压机械

采用2.7t及25t自行式振动平碾，进行坝面施工。

（3）碾压试验场次安排

从加工系统取料点取料开展以下场次的碾压试验。

试验用料直接从取料点装运至碾压场铺料碾压，施工设备与将实际采用的相同。

试验中采用后退法铺料，必要时进行不同铺料方式的对比试验。

在场地范围内划分3个区，分别将3个分区的加水量控制为0%、3％、5%，按铺料厚度（松铺厚度25、30cm），3个碾压遍数（4、6、8遍）进行第一大场计18个小场试验。

根据第一大场试验成果，选取合适的洒水量、最佳铺土厚度、最佳碾压遍数进行第二大场复核试验（可适当考虑）。

若发现试验结果出现异常，再决定增加试验场数。

4．开挖石渣料碾压试验内容及要求

（1）试验用料

开挖石渣料试验用料从各开挖工程部位开挖的石渣料有用料中取用，试验用料级配应满足表3.1的要求。

现场碾压试验前，对堆石料进行室内物理、力学性试验和检测，颗粒级配在满足要求后。

（2）碾压机械

碾压机械采用25t自行式振动平碾进行坝面施工。

（3）碾压试验场次安排

试验用料直接从取料点装运至碾压场铺料碾压，施工设备与将实际采用的相同。

试验中采用后退进占法铺料，必要时进行不同铺料方式的对比试验。

对加水量为5%、10%，按松铺料厚度（松铺厚度60cm、80cm），3个碾压遍数（6、8、10遍）进行第一大场计12个小场试验。

根据第一大场试验成果，选取合适的洒水量、最佳铺土厚度、最佳碾压遍数进行第二大场复核试验。

若发现试验结果出现异常，再决定增加试验场数。

5.3碾压试验场次安排表

表5.2碾压试验场次及试验项目取样数量表

填料种类

碾压

设备

碾压

遍数

铺料

厚度

（cm）

加水量

（％）

试验

性质

试验场次

试验检测数量

试验时间

干密度

含水率

级配

比重

相对密度

渗透试验

大三轴压缩试验

垂直

水平

室内

过渡料Ⅰ

2.7t振动平碾

4/6/8

25/30

0/3/5

系统

18

24

24

24

24

24

2013/8/20至2013/9/10

最优

25

0/最优

复核

1

4

4

4

4

4

4

4

过渡料Ⅱ

25t振动平碾

4/6/8

60/80

10/15/20

系统

45

36

36

36

36

36

2013/7/10至2013/8/1

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

2

2

堆石料

25t振动平碾

6/8/10

60/80

0/5/10/15/20

系统

45

36

36

36

36

36

2013/7/10至2013/8/1

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

2

2

开挖石渣料

25t振动平碾

6/8/10

60

5/10

系统

12

36

36

36

36

2013/8/1至2013/8/20

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

2

2

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

2

碎石垫层料

25t振动平碾

6/8/10

60

5/10

系统

18

36

36

36

36

/

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

2

最优

最佳

最优

复核

1

2

2

2

2

2

六、试验场地选择及布置

碾压试验场地尽量用与试验相同的材料铺筑20～30cm厚，并按2.0×2.0m方格网布置沉降点，做好标记便于测量高程，并平整处理和振动压实，使基础的沉降量每压一遍不超过2mm，试验场地表面不平整度控制±10cm，沉降量保持稳定时，方可作为碾压试验场地使用。

为同时满足试验单位面积及错车、转向要求，弱风化中下部砂岩主堆石场地选择在河口料场附近，弱风化上部砂岩堆石场地选择马坝备用料场附近（考虑石料岩性相同且满足工程施工进度的要求,在河口料场处完成堆石料弱风化砂岩即可,其他试验参数依照此参数方可），石渣开挖料碾压试验场地选在3#弃渣场附近，试验场地尺寸均为52m×38m。

第一个场地碾压试验的料源为河口弱风化中下部砂岩料场，由于第二个场地碾压试验的料源特性与第一场试验一样，故将第个二场碾压试验也安排在河口料场进行（考虑进度要求及试验砂岩的岩性特点,可以省略不做,参照第一场试验参数即可），第三个场地碾压试验的料源为坝右岸边坡的石渣开挖料。

首先清除试验场地表面的淤泥，在不平整区域分别摊铺一层砂岩料（石渣混合料），用振动碾充分碾压10遍后作为找平层。

场地碾压好后，在场地四周用竹竿树立标志，以划分各试验工况的小场，小场之间用石灰线区别，同时在竹竿上画出高程标志线或用小红旗插定在相应位置进行控制，以便测定铺土厚度。

试验组合采用淘汰法，每个试验组合只变动一种参数，固定其他参数，待各项参数选定后，用选定参数进行复核试验。

本次试验中每一个试验组合不少于10m×6m（长×宽），由于碾压时，产生侧向挤压，因此试验区的两侧应留出2m距离。

同时顺碾压方向的两侧应留出约8m作为非试验区，以满足停车和错车的需要。

加水与不加水区域之间以及不同铺土厚度之间留出2m左右宽的区域作为过渡带。

坝壳石渣混合料的试验场地要求及场地布置与砂岩主堆石料相同。

七、试验填筑料要求

本试验使用的填筑料均为石料场开采的石料、骨料经肖家坝砂石料加工系统生产的成品料。

为保证本试验科学合理性，所有试验用填筑料在使用之前先进行颗粒分析试验（即筛分处理），杜绝不合格料用于本次试验。

八、碾压试验步骤及方法

8.1试验步骤

基面处理→摊铺整平→方格网布设→洒水→碾压→测量→取样→下一试验循环。

8.2试验步骤简述

⑴基础处理

选用的试验场地面积必须满足规划要求，基础