松塔水电站坝体土料碾压工艺试验分析

姜丽杰

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030000）

1 概况

松塔水电站坐落于山西省寿阳县潇河主流松塔河上，大坝所在坝址的控制流域面积为1 174 km2，位于寿阳县松塔镇下游14.2 km 处；距寿阳县城约25 km，距晋中市城区约44 km。大坝为均质土坝，主要由坝体、排水设施、反滤体和护坡等组成。最大坝高62.6 m，正常蓄水位1 027.00 m，总库容9 820 万m3，坝顶长度523.2 m，最大坝底宽度363.10 m，坝顶宽度10 m。坝体土方填筑总量约311.5 万m3。

通过现场碾压试验主要是检验、修正坝体填筑料的设计填筑标准，根据试验确定经济合理的坝料类别、设计压实标准、填筑强度和同类工程经验，选择能够满足工程需要的施工机械，并通过一定的技术优化，使施工时的数据参数满足实际要求，在实际施工时还需制定相应的施工准则，使工程的质量控制体系得到完善；核实土料填筑标准的合理性，确定回填料在铺筑的方式、铺料所应达到的厚度、碾压的遍数、行车时的速度以及土料的含水量等施工参数达到设计填筑标准。

2 碾压试验

2.1 试验材料

料场主要由Q3eol低液限粘土及Q2pl粘土组成，土料除天然含水率均低于最优含水率外，其余各项指标均满足均质土坝用料质量要求。

取碾压试验用土料进行击实试验，袁家山土料场大坝坝体填筑用土料，最大干密度（ρdmax）为1.76 g/cm3，最优含水率为16.6%。设计压实指标及施工控制指标如表1 所示。

表1 土料的设计指标及施工质控指标

2.2 试验机械设备及试验仪器设备

根据各种土料的设计压实标准及合同要求，结合在其它工程中的施工经验和现有装备情况，碾压试验配备的主要机械设备有20 t 自行式凸块振动碾、20 t自卸汽车、320 型推土机、洒水车各1 辆（台）；拟采用的试验仪器和设备有MC-3 核子水分密度仪、电子天平、水准仪、微波炉各1 台。

2.3 碾压试验场地地基要求

碾压试验场地布置在大坝坝址上游袁家山土料场中部台地上，占地面积1 900 m2。试验前用推土机清除试验区域的松土和草皮，用振动碾碾压平整，在上面铺一层试验土料，用振动碾压实到设计标准，将这一层作为基层，进行碾压试验。

2.4 试验场地面积、铺料要求

在施工场地内设置9 个试验组合，每个试验块的尺寸为22.0 m×49.0 m，根据试验块的铺土厚度和含水量，设置符合每个试验块不同需求的碾压遍数，得出碾压的实际成果，确保能够达到设计要求，详见图1。（图中“+、○、△”分别为不同碾压遍数区域的取样点。）

2.5 试验步骤

2.5.1 试验参数

选择土质相同、天然含水率不同的合格土料分别开采作为试验用料，土料的含水率分别为接近标准击实的最优含水率（ω0）、最优含水率+2%（ω1）、最优含水率-2%（ω2），然后按拟定的参数组合进行碾压试验。

图1 土料碾压试验场地布置图

2.5.2 铺料

采用进占法铺料，使用20 t 自卸汽车运输达到标准的土料，用推土机平料，铺料方向平行纵轴线，模拟大坝施工方法进行。在试验区域内铺土时要用标尺杆进行标记，相邻两个标记杆之间的距离控制在5 m，对于铺土的厚度误差值要求为松铺厚度的±10%以内。

2.5.3 碾压

碾压方式为进退错距法（当在每个工作面碾压6 次时，其每次搭接碾压1/6 碾宽，碾宽200 cm，错距为33 cm)，静压时不错距，碾压方向平行于纵轴线。振动碾行走速度控制在2 km/h 以内，垂直碾压方向搭接宽度0.3～0.5 m，平行碾压方向搭接宽度1.0～1.5 m。

2.6 试验检测

2.6.1 松铺系数

在不同的试验区域内按要求布设1.5 m×1.5 m 的网格，建立测量体系，在现场观测各个相关点位的铺料前后和碾压之后的高程值，从而对松铺系数进行计算。该试验方法主要用于大中型工程中，具有代表性，有利于施工。

松铺系数=（压前松铺高程-压前未铺高程）/（压后高程-压前未铺高程）。

2.6.2 干密度检测

在达到设计的压实遍数之后，按照试验要求取样标准进行取样，在取样之后进行干密度试验，取样的点位按照梅花形布置，相邻点位之间的距离为1.0 m，每个实验组取样数量为10～15 个，在每次碾压后结合层面处取2 个点位。

干密度试验方法采用MC-3 型核子密度仪检测，环刀法复核并率定核子密度仪（对比试验组数30 组，然后利用最小二乘法原理建立关系曲线）。

3 试验成果分析

根据在试验当中得到的数据进行整理汇总，大坝坝体土料碾压试验成果汇总见表2。

表2 大坝坝体土料碾压试验成果数据汇总表

通过对试验数据的分析可知，在铺料厚度为30 cm，含水率达到16.6%时，碾压6 遍、8 遍、10 遍压实平均干密度虽然达到设计要求，但只有碾压10 遍时干密度合格率才能达到100%。含水率为最优含水率的-2%以内时碾压8 遍、10 遍平均干密度才能达到1.69 g/m3，合格率分别为70%、100%。当含水率为最优含水率+2%以上时，压实平均干密度在碾压10 遍时达到设计要求，合格率只有60%。

铺料厚度为35 cm 时，最优含水率时碾压8 遍、10 遍压实平均干密度均合格，合格率为70%、100%。含水率为最优含水率的-2%以内时，碾压8 遍、10 遍压实平均干密度均能达到设计要求，合格率分别为50%、100%。含水率为最优含水率的+2%左右时，碾压10 遍，压实平均干密度达不到设计要求。

铺料厚度为40 cm 时，只有在最优含水率时，压实平均干密度达到设计要求，但合格率为60%。计算单位压实遍数的压实厚度，铺料厚度为35 cm，碾压遍数为10 遍时单位压实遍数的压实厚度最大。

根据以上分析，大坝坝体用土料含水率在14.5%～17.5%范围内时，铺料厚度35 cm，碾压10 遍为合理的施工参数。最优参数的复核试验结果证明以上碾压参数是合理的。

4 结论

第一，根椐碾压试验结果，拟将设计提出的大坝坝体施工控制含水率为14.5%～18.5%调整为14.5%～17.5%。两种坝料压实密度控制指标是合理可行的，施工中必须给予保证，并尽最大可能提高压实密度。选定的碾压设备，能够满足施工需要。

第二，通过试验最终确定的松塔水电站大坝坝体土料施工参数为：铺料35 cm，采用20 t 自行式凸块振动碾碾压10 遍，行驶速度宜控制在1～2 km/h，松铺系数1.14，含水率为14.5～17.5%，干密度≥1.69 g/cm3。

第三，松塔水电站大坝填筑土料碾压过程中的沉降变化符合土石坝沉降规律，在一定的程度上说明所采用的碾压参数是合理的。