石 海
(山西澤城西安水電有限公司 山西太原 030002)
山西省澤城西安水電站(二期)工程是山西省35項應(yīng)急水源工程之一,屬省重點工程。工程位于晉中市左權(quán)縣境內(nèi)的清漳河干流上,是一座以發(fā)電、防洪為主的水利水電樞紐工程。樞紐大壩最大壩高為46.8 m,壩頂長267 m,壩頂寬8.0 m。大壩上游壩坡1∶1.5,下游壩坡 1∶1.3。 大壩填筑過渡料( 3A)填筑量(包括大壩底部、壩體及兩岸岸坡填筑料)總計14.72萬m3。
通過碾壓試驗,達(dá)到以下目的:
1)核實過渡料設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性。
2)研究過渡料填筑施工工藝。
3)確定過渡料滿足設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)的碾壓次數(shù)、鋪料厚度及行車速度等施工參數(shù)。
1)過渡料填筑的料源及設(shè)計指標(biāo)見表1。
表1 過渡料填筑的料源及設(shè)計指標(biāo)
2)過渡料級配要求及現(xiàn)場試驗結(jié)果見表2。
3)現(xiàn)場實測過渡料(3A)表觀密度為2.70 g/cm3。
表2 過渡料級配要求及現(xiàn)場試驗結(jié)果
為保證過渡料與堆石料騎縫碾壓,同時便于施工,過渡料壓實厚度取堆石料壓實厚度的1/2,厚度由松鋪系數(shù)確定,碾壓試驗時松鋪厚度為40 cm、50 cm兩個參數(shù)進(jìn)行試驗。過渡料碾壓試驗參數(shù)組合見表3。
表3 過渡料碾壓試驗參數(shù)組合(碾型:20 t振動平碾)
過渡料試驗場地布置在大壩下游附近原河床河灘上。在試驗前,首先用推土機(jī)進(jìn)行平整、振動碾進(jìn)行壓實,然后在場地上鋪一層試驗料,用振動碾壓實,達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),以此作為基礎(chǔ)層,然后在基礎(chǔ)層上進(jìn)行碾壓試驗。
每一個試驗組合為10 m×60 m,為避免碾壓時發(fā)生側(cè)向擠壓,鋪料時每一個試驗區(qū)的左、右側(cè)(垂直行車方向)均預(yù)留一個振動碾的寬度,順著碾壓方向的前后各端均留3m作為非試驗區(qū),以滿足停車和錯車凈距要求。
壩料在料場選擇經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可、具有代表性的過渡料,并在試驗前一次性備足。
壓實平整→基準(zhǔn)面測量→鋪料(進(jìn)占法)→整平(控制鋪填厚度)→碾壓(6、8、10遍)→測量→干密度、含水率檢測→下一場試驗。
振動碾車速為2 km/h,碾壓遍數(shù)采取前進(jìn)、后退為二遍計,輪壓堆疊15~30 cm。
試驗組合均按1.0 m×1.0 m布置網(wǎng)格測點,用儀器測量基準(zhǔn)面、鋪料層面及不同壓實次數(shù)后,在固定測點上測量高度來計算松鋪厚度。
根據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL273-1999)的要求用灌水法進(jìn)行,灌水法塑料布厚度為0.2 mm,(雙層)體積校正系數(shù)參考相關(guān)資料采用校正系數(shù)為1.003。每一個試驗組測干密度三個。
碾壓試驗的成果見表4、表5。
表4 過渡料干密度檢測成果
表5 壓實后沉降量成果 單位:cm
在滿足設(shè)計要求的前提下,以最大鋪料厚度和最少碾壓次數(shù)作為最優(yōu)組合參數(shù)。由上表可以得:鋪料厚度為50 cm,碾壓次數(shù)為8次。
在最優(yōu)參數(shù)組合的情況下(鋪料厚度為50 cm,碾壓次數(shù)為8次),沉降量的平均值經(jīng)過計算為4.48 cm,實際鋪料厚度平均值為49.1 cm,從而得出最優(yōu)參數(shù)組合情況下的松鋪系數(shù)為1.2。
過渡料的顆粒級配,選用最大粒徑、小于某顆粒粒徑的含量(這里用小于0.075 mm和小于5 mm顆粒含量)來衡量級配的優(yōu)劣。一般最大粒徑越大,壓實干密度越高,上壩料不均勻系數(shù)越大,壓實性能越好,也更容易獲取最大的壓實密度。但過渡料最大粒徑與鋪料厚度有關(guān),最大粒徑應(yīng)小于鋪料厚度的2/3,如最大粒徑相近于鋪料厚度則不能確保壓實質(zhì)量。
從碾壓結(jié)果可以得出:過渡料最大粒徑偏小,小于5 mm粒徑含量偏大,盡管不均勻系數(shù)較大,但壓實干密度偏低,主要因素是上壩壩料細(xì)料偏多,顆粒級配不合理造成的,因而嚴(yán)格控制好上壩料源的質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。
壓實干密度隨碾壓次數(shù)的增加而增高,碾壓6~8次壓實干密度增長值較大,碾壓10次壓實干密度增長值較小。從碾壓試驗成果分析,碾壓10次干密度仍增加較大,可能是因料源中細(xì)顆粒含量較小,不均勻系數(shù)較低,需要增加碾壓次數(shù)來提高壓實密度而造成的。
過渡料壓實后的沉降量與碾壓次數(shù)有很大的關(guān)系,由資料顯示:壓實沉降量7~9 cm時能得到很好的壓實效果,而從壓實結(jié)果來看,一般碾壓8次,壓實沉降量、干密度值能達(dá)到控制及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求,詳見上表。
結(jié)合試驗結(jié)果、根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以看出,在碾壓次數(shù)一樣,松鋪厚度不一樣時,壓實干密度隨鋪填厚度的減小而增大。按照干密度檢測結(jié)果可以得出:壓實次數(shù)都為8次,鋪料厚40 cm時,壓實干密度為2.25t/m3;鋪料厚50cm時,壓實干密度為2.23t/m3。
綜合上述試驗結(jié)果及統(tǒng)計分析,就如何滿足設(shè)計要求的碾壓參數(shù)和施工工藝有下面幾點經(jīng)驗:
1)參照已建工程堆石壩填筑施工經(jīng)驗,碾壓試驗加水和不加水的壓實結(jié)果是一樣的,所以不加水。
2)設(shè)計提出的過渡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,并盡最大努力提高壓實密度。施工選定的碾壓機(jī)械20 t振動碾,碾壓行車速度2 km/h能夠滿足施工需要。
3)過渡料級配是否科學(xué)是有效增加壓實干密度、降低沉降變形的重要因素,施工過程中應(yīng)盡可能給予保證,同時確保上壩料級配的良好性和施工的規(guī)范性。過渡料松鋪厚度50 cm,碾壓次數(shù)8次,能達(dá)到設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)。
4)施工時,為減小顆粒分離宜采用進(jìn)占法和退鋪法相結(jié)合的填筑方法,并加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員的目視檢查和質(zhì)量控制。
5)碾壓試驗過程中的取樣及計算方法科學(xué)合理,確保了試驗結(jié)果的可靠性,在施工過程中進(jìn)行質(zhì)量控制時,可以延用。