料場復(fù)查與碾壓試驗課件

第四講：料場復(fù)查及碾壓試驗新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電設(shè)計研究所粗粒土的儀器設(shè)備大型直剪儀大型壓縮儀粗粒土三軸儀粗粒土相對密度儀現(xiàn)有灌砂筒（Dmax=200mm）自制灌砂筒（Dmax=500mm）典型的混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)示意圖壩體材料分區(qū)墊層區(qū)

墊層料應(yīng)具有高抗剪強度、低壓縮性、半透水

性和良好的施工性能。

墊層料的級配要求：

最大粒徑：80mm~100mm；

小于5mm的顆粒含量：30%~50%；

小于0.075mm的顆粒含量宜少于8%；

滲透系數(shù)要求為1×10-2cm/s~1×10-4cm/s。過渡區(qū)

過渡區(qū)一般采用最大粒徑不超過300mm的堆石料。墊層區(qū)與過渡區(qū)碾壓墊層區(qū)與過渡區(qū)碾壓特殊墊層區(qū)（小區(qū)）1—趾板2—面板3—周邊縫4—墊層區(qū)（2A）5—特殊墊層區(qū)（2B）主堆石區(qū)

填筑主堆石體的硬巖壩料應(yīng)具有自由排水的性能，其滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3cm/s，保證不產(chǎn)生孔隙水壓力；

最大粒徑：可與填筑鋪層等厚；

小于5mm顆粒含量不大于20%；

小于0.075mm顆粒含量不大于5%；對其級配不必規(guī)定必須具備優(yōu)良級配的要求。

利用料區(qū)

次堆石區(qū)的范圍選擇，基本上是由經(jīng)濟性和施工方便性來確定的，其鋪土厚度可采用1.5～2.0

m。瀝青混凝土心墻壩的剖面設(shè)規(guī)劃心墻兩側(cè)過渡層碾壓式瀝青混凝土心墻過渡層過渡層寬度:1.5~3.0m，強震區(qū)應(yīng)加厚；過渡料最大粒徑：不大于80mm；小于5mm顆粒含量：25%~40%；小于0.075顆粒含量：不超過5%澆筑式瀝青混凝土心墻過渡層過渡層寬度:1.5~3.0m，強震區(qū)應(yīng)加厚；過渡料最大粒徑：不大于60mm；小于5mm顆粒含量：25%~35%；小于0.075顆粒含量：不超過5%對過渡料的要求:1、過渡料應(yīng)選用連續(xù)級配料，其最大粒徑不得大于瀝青混凝土最大骨料粒徑的6～8倍，用于瀝青混凝土心墻上游側(cè)的過渡料，應(yīng)含有一定的細(xì)粒，以便心墻開裂時滲流將細(xì)顆粒帶入裂縫中，淤填封堵；2、過渡料的滲透系數(shù)不應(yīng)小于10-3cm/s，以便盡快排出過渡層中的水份；3、過渡料的填筑相對緊密度應(yīng)大于0.85；17新疆某水庫混凝土面板壩料場復(fù)查及壩料現(xiàn)場碾壓試驗簡介181壩料設(shè)計要求及料場復(fù)查根據(jù)施工要求，在大壩施工前需進行碾壓試驗，以取得壩體填筑料的最優(yōu)施工工藝參數(shù)，保證大壩填筑的施工質(zhì)量。設(shè)計壩料類別主要有：壩殼料、墊層料、過渡料，本次碾壓試驗需要針對以上三種料進行。料源代表性直接影響碾壓試驗的成敗，需對料場進行復(fù)查，明確試驗料場的開采位置、各料場的儲量、級配、質(zhì)量要求、填筑要求等。19§7.5粗粒土的擊實性20§7.5粗粒土的擊實性21（1）驗證壩體填筑設(shè)計壓實標(biāo)準(zhǔn)的合理性，通過碾壓試驗對原設(shè)計的壓實密度進行驗證；（2）檢驗振動碾的適用性及其性能的可靠性；（3）通過試驗確保達到填筑標(biāo)準(zhǔn)的壓實方法（含鋪填卸料方法、振動碾行車及振動技術(shù)性能、免加水碾壓效果等）；（4）通過試驗確定大壩填筑時的施工碾壓參數(shù)；（5）分析比較所選填筑料碾壓前后的級配變化、顆粒破碎情況。2碾壓試驗?zāi)康呐c內(nèi)容2.1試驗?zāi)康?2（1）室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，通過試內(nèi)相對密度試驗，按規(guī)范方法剔除60mm以上粒徑后，人工合成不同含礫率的級配料進行最大干密度、最小干密度試驗，繪制干密度與含礫率（P5）關(guān)系曲線，進而也可換算出在不同控制標(biāo)準(zhǔn)下（0.85、0.90）的干密度與含礫率（P5）關(guān)系曲線，稱之為標(biāo)準(zhǔn)曲線。（2）現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)曲線的修正，采用碾壓法進行，利用現(xiàn)場振動碾（25t自行式振動碾或16t牽引式振動碾）對全級配砂礫石料進行碾壓，碾壓密實后進行干密度、顆粒分析試驗，對室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線進行復(fù)核修正，為壩體填筑質(zhì)量提供控制標(biāo)準(zhǔn)。2.2試驗內(nèi)容23（3）對壩體砂礫石料進行不同鋪土厚度（擬選擇60cm、80cm、100cm）不同碾壓遍數(shù)(6遍、8遍、10遍)的組合碾壓試驗,了解不同區(qū)域的鋪料方式、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度及壓實效果。（4）試驗過程中應(yīng)進行相應(yīng)的檢測項目，主要包括沉降量、干密度、滲透系數(shù)、碾壓后顆粒破碎情況等試驗。（5）填筑試驗結(jié)果分析與評價,確定出最優(yōu)碾壓參數(shù)，將全部成果整理編寫成正式報告遞交監(jiān)理人，根據(jù)設(shè)計要求對施工參數(shù)的選擇作出論證。2.2試驗內(nèi)容24根據(jù)設(shè)計要求，確定采用C1料場砂礫石為試驗用料。根據(jù)料場勘察的各組顆分曲線進行統(tǒng)計分析，對每組料最大粒徑Dmax、特征含量d10、d30、d60及參數(shù)Cu、Cc等進行統(tǒng)計，得到其均值與方差，分析料場級配的離散程度。試驗用料隨著其性質(zhì)的不同，影響到碾壓試驗的組數(shù)和試驗場次的多少。對于壩殼料，當(dāng)其上下級配包線在一個很窄小的范圍內(nèi)時，采用平均級配曲線近似的代表該料場的壩料性質(zhì)，可以它為代表進行碾壓試驗。若上下包線分布范圍很大時，代表性壩料將是多組，則應(yīng)審慎選取不同級配的代表壩料進行碾壓試驗。當(dāng)有多個料場時，若不同料場壩料的性質(zhì)相差較大時，也應(yīng)分別對每個料場的壩料進行碾壓試驗。3試驗用料的確定

2526砂礫料填筑的壓實標(biāo)準(zhǔn)以相對密度控制,施工前先通過試驗確定填筑料的最大和最小干密度，對施工質(zhì)量控制具有重要意義。然而確定砂礫料的現(xiàn)場最大干密度還沒有一個完整、成熟的確定方法，致使質(zhì)檢結(jié)果難以評價，影響工程填筑質(zhì)量?！锻凉ぴ囼炓?guī)程》(SL237-1999)中規(guī)定了粒徑小于60mm粗粒土的相對密度試驗方法。該方法雖然對大于60mm粒徑的土料試驗提出了可采用剔除法、等量代替法、相似級配法、混合法等方法,但同時也指出這幾種方法各有一定局限性,要求在使用時要根據(jù)土料性質(zhì)和試驗項目來決定。工程實踐證明,這些方法確有不足之處,經(jīng)常出現(xiàn)相對緊密度大于1或反復(fù)碾壓也達不到壓實標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足工程實際的需要。本次碾壓試驗采用現(xiàn)場實測全級配砂礫石壩料的最大、最小干密度的方法開展研究工作。4最大、最小干密度標(biāo)準(zhǔn)曲線推求27

試驗室為得到較可靠的標(biāo)準(zhǔn)曲線，以壩料上、下包線含礫率作為邊界，初步選擇礫石含量為50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、進行人工配料，每組級配料用量100kg，做最大、最小干密度試驗，為保證試驗成果的可靠性，均做平行試驗。4.1實驗室配料284.2標(biāo)準(zhǔn)曲線修正

采用現(xiàn)場碾壓法進行，場地要求平整堅實，選擇在壩體以外，表面平整度小于10cm，碾壓單元為10m×30m，周邊填2m寬約束料。

按擬定厚度鋪設(shè)，選擇鋪設(shè)厚度80cm，砂礫料采用推土機平整后退法鋪料。根據(jù)振動壓實理論，強振具有較強的穿透能力，影響深度大，有利于壓實層中間至底層的壓實；弱振具有較高的能量，有利于壓實層中間至表面的壓實。對全級配壩料碾壓試驗采用震動碾先強振16遍，再弱振4遍，在振動過程中應(yīng)防止顆粒離析現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整振動頻率，通過測定其沉降率至0時，認(rèn)為級配料達到最大密實度，可停止振動。29

工程中砂礫料干密度測定一般采用灌砂法或灌水法（加套環(huán)）進行，為保證試驗精度，建議采用灌砂法測定現(xiàn)場碾壓最大干密度（注意：試坑體積可用泥膏封閉法進行修正），計劃取點9組。對每個孔挖出料用固定體積法測定相應(yīng)最小干密度值（注意：樣桶直徑應(yīng)大于壩料最大粒徑的3倍），樣桶初擬直徑60cm、高60cm鋼制圓桶，在每個單元中部布設(shè)兩個變形觀測點，進行碾壓后變形量觀測及滲透試驗。

將試料過60mm及5mm篩，測定超徑含量及5-60mm礫石含量值，對試驗室干密度-P5關(guān)系曲線進行超粒徑修正，最終得到壩殼料最大和最小干密度曲線，以此作為今后壩料碾壓的控制標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)行兩種常用試驗方法的比較采用灌水法雖快，但測出的密度偏大，根據(jù)柯柯亞二庫做的試驗比較統(tǒng)計，同一個試坑灌水法測得的密度為灌砂法的1.03-1.05倍，對于砂礫料碾壓密度建議采用灌砂法較可靠。試驗方法的改進解決方法1：若土中有大于60mm顆粒，把這些顆粒稱重，用質(zhì)量除以該顆粒的比重可以換算出其體積，在總體積中減去該部分的體積，在總質(zhì)量重減去該部分質(zhì)量后，再算得修正密度。問題：密度控制標(biāo)準(zhǔn)是實驗室通過相對密度試驗得到的，現(xiàn)有儀器只能滿足土粒最大粒徑為60mm，而現(xiàn)場進行密度試驗時，經(jīng)常遇到粒徑大于60mm顆粒，如何處置呢？

試驗方法的改進解決方法2：若土中有大于60mm顆粒，把這些顆粒再放回到試坑中，直接采用灌砂法測定密度，無需修正，以上兩種解決方法在工程中都得到了應(yīng)用。33§7.5粗粒土的擊實性34§7.5粗粒土的擊實性35§7.5粗粒土的擊實性36§7.5粗粒土的擊實性37§7.5粗粒土的擊實性38§7.5粗粒土的擊實性395砂礫石壩料碾壓試驗5.1試驗場地

試驗場地要求平整堅實，可選在C1料場近旁處砂礫石地基上，平整后采用25t自行式振動碾進行碾壓處理，當(dāng)?shù)鼗雺褐粱静怀两岛螅ㄓ盟疁?zhǔn)儀測量控制），在其上鋪填厚度為30cm的砂礫石（d<80mm的細(xì)料），并用機械配合人工找平，再用振動碾碾壓20遍至水準(zhǔn)儀測不出沉降為止。平整度要求起伏差小于10cm，最大高低差小于30cm。

每種料按3種鋪土厚度、3種碾壓遍數(shù)進行9種情況組合，共分9個碾壓單元，每個單元尺寸6m×10m，周邊填3m寬約束料，場地布置如圖4所示。4041§7.5粗粒土的擊實性42§7.5粗粒土的擊實性43§7.5粗粒土的擊實性44§7.5粗粒土的擊實性45§7.5粗粒土的擊實性46§7.5粗粒土的擊實性47§7.5粗粒土的擊實性48§7.5粗粒土的擊實性49§7.5粗粒土的擊實性50§7.5粗粒土的擊實性515.2碾壓機具

碾壓設(shè)備是核心，必須認(rèn)真選擇。對于堆石壩料應(yīng)選取重型振動碾進行施工。振動碾通常可分為自行式和牽引式兩大類。

在施工時，要求自行式與牽引式的行走速度都是控制在5km/h以內(nèi)，因此二者的工作速度是一樣的。但自行式振動碾的壓實有效凈重僅是其總重的50～60%，如15t自行式振動碾，有效凈重僅10t，最大離心力約為23t，對壩料施加的動、靜力總和為33t。而15t牽引式振動碾有效凈重為15t，最大離心力為38t，對壩料施加的動靜力總和為53t，是自行式振動碾的1.6倍?；谏鲜鲈?，在混凝土面板堆石壩施工中，對主堆石區(qū)多采用重型（＞15t）牽引式振動碾進行碾壓。這不但經(jīng)濟而且壓實質(zhì)量好。52碾壓試驗主要施工機械配置表序號機械名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1液壓反鏟挖掘機2.0m3臺12裝載機ZL50B臺13推土機TY220臺14自卸汽車20T輛25自行振動碾25t臺153根據(jù)壩料的分區(qū)，按不同鋪料厚度、碾壓遍數(shù)進行試驗，其場次及參數(shù)組合見表。5.3試驗場次及參數(shù)組合填筑分區(qū)碾壓場次料源鋪料厚度（cm）碾壓遍數(shù)（n）碾壓設(shè)備墊層區(qū)9墊層料加工場30/40/506/8/10自行式碾過渡料區(qū)960/80/1006/8/10自行式碾主堆石區(qū)9C1料場60/80/1006/8/10自行式碾541、應(yīng)結(jié)合壩料的最大粒徑來選擇鋪料厚度，最大粒徑的確定直接影響到料場施工的難易、和料場利用率施工的效益，根據(jù)經(jīng)驗填筑允許的最大粒徑可以與填筑層等厚。2、鋪料厚度必須控制在碾壓機械有效影響深度范圍以內(nèi)，不能過厚與過薄。應(yīng)考慮碾壓設(shè)備的效益發(fā)揮。3、對于分區(qū)填筑壩，碾壓厚度的選擇應(yīng)結(jié)合各料區(qū)的填筑厚度合理的匹配，確保填筑壩面齊平均衡上升。通常墊層料、過渡料等厚，其厚度取主堆石之半。鋪料厚度的選擇應(yīng)考慮以下因素：55通過