大坝填筑碾压试验方案.doc

瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 A 页，共 13 页 目目 录录 1. 工程概况工程概况.1 2. 碾压试验技术依据碾压试验技术依据.1 3. 试验目的与内容试验目的与内容.3 4. 试验场地规划与资源配置试验场地规划与资源配置.4 4.1 试验场地规划 .4 4.2 试验资源配置 .5 5. 坝体填筑碾压试验技术参数坝体填筑碾压试验技术参数.7 6. 碾压试验工艺和步骤碾压试验工艺和步骤.7 6.1 试验工艺 .7 6.2 试验步骤 .7 7. 碾压单元分项试验碾压单元分项试验.10 7.1 碾压试验单元划分 .10 7.2 试验测点和取样部位 .10 7.3 分项试验 .11 7.4 试验检测方法 .11 7.5 碾压试验质量控制 .12 7.6 碾压试验安全保证措施 .13 7.7 碾压试验环境保护措施 .13 8. 试验成果及资料提交试验成果及资料提交.13 8.1 现场描述 .13 8.2 碾压试验成果整理及分析报审 .13 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 1 页，共 13 页 1. 工程概况工程概况 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（GB 50201-2014）、水利水电工程等级划分及洪水标 准（SL 252-2000）及水工混凝土结构设计规范（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 1道净宽 15m，堰顶高程 1143.00m，进口底板高程为 1141.00m。 2. 碾压试验技术碾压试验技术依据依据 （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）。 表表 1 坝料颗粒级配表坝料颗粒级配表 材料颗粒级配（粒径：mm） 材料分区 0.0750.10.250.51 2 5 1020406080 上包线%81119263342506884100 垫层料 下包线%5612172024304255708392 上包线%510 141923304152647380 过渡区 下包线% 4 7 9 14 20 3039495762 上包线%2 3 8 1014202837465255 主堆石 下包线% 41221313740 材料分区 材料颗粒级配（粒径：mm） 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 2 页，共 13 页 100150200300350400500600800 上包线% 垫层料 下包线% 上包线%7993100 过渡区 下包线%68778495 上包线%56707887919295 主堆石 下包线%4553617277808792100 2）坝料颗粒级配包络线图 3）填筑指标 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 3 页，共 13 页 填筑指标见表 2 表表 2 坝体填筑料指标表坝体填筑料指标表 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 192.22 4080振动碾碾压 8 遍数010 特殊垫 层料 加工后新鲜 石料 192.222040 振动碾碾压 8 遍数 010 过渡料 新鲜开挖石 料 212.16 40300振动碾碾压 8 遍数010 主堆石 料 新鲜开挖石 料 222.14 80800振动碾碾压 6 遍数1020 下游堆 石料 新鲜开挖石 料 222.14 80800振动碾碾压 8 遍数1020 4）填筑质量要求 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%。 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%。 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%。 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%。 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. 试验目的与内容试验目的与内容 （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。 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 4 页，共 13 页 （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试验场地规划与资源配置 4.1 试验场地规划试验场地规划 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+0.000m0+73.000m 范围，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 106m。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 单元内布置 22m 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 64m。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 单元内布置 1.51.5m 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。 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 5 页，共 13 页 4.2 试验资源配置试验资源配置 （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 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 6 页，共 13 页 （5）碾压试验材料准备 垫层料（2A） 130m3（Dmax80mm） 过渡料（3A） 140m3（Dmax300mm） 主堆石料（3B） 620m3（Dmax800mm） 特殊垫层料（2B） 65m3（Dmax40mm） 下游堆石料（3C） 620m3（Dmax800mm） 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21 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 内环 直径 22.6cm、高 15cm 29 双环 外环 直径 45.2cm、高 15cm 套1渗透试验 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125kg 34调土刀把1 35水表只4 36石灰粉代4200kg 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 7 页，共 13 页 5. 坝体填筑碾压试验技术参数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 8580 4、6、815、18、209 下游堆石料 8880 4、6、812、15、189 过渡料 4340 4、6、88、10、129 垫层料 4340 4、6、88、10、12 9 特殊垫层料 2220 4、6、88、10、129 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 68%。 下游堆石沉降率取 810%。 6. 碾压试验工艺和步骤碾压试验工艺和步骤 6.1 试验工艺试验工艺 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。 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 8 页，共 13 页 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m3620爆破料或备料场料 下游堆石料m3620爆破料或备料场料 过渡料m3140爆破料或备料场料 垫层料m3130机械轧制和掺配 特殊垫层料m365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 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。 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。 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。 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 9 页，共 13 页 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试验区各试验单元区布置 2m2m 的网格，在垫 层料、特殊垫层料和过渡料碾压试验区各试验单元区布置 1.5m1.5m 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 1.52.0Km/h） ，前进后退法碾压，前进时错 1/2 轮 宽（或搭接宽度控制在 1020cm） ，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 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 10 页，共 13 页 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. 碾压单元分项试验碾压单元分项试验 7.1 碾压试验单元划分碾压试验单元划分 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：22m）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（610m）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：1.51.5m）检查压实 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 11 页，共 13 页 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 分项试验分项试验 填料碾压分项试验见下表： 7.4 试验检测方法试验检测方法 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试验区各试验单元区布置 2m2m 的网格，在垫 层料、特殊垫层料和过渡料碾压试验区各试验单元区布置 1.5m1.5m 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范 填料类别检查项目取样（检测）次数 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 垫层料、特殊垫层料 渗透试验2 次/整个试验 干密度 2 组/每个碾压单元 孔隙率2 组/每个碾压单元 过渡料、主堆石料、下游堆 石料 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。 瓮安县胜土水库工程 大坝填筑碾压试验方案 重庆市渝万建设集团有限公司 第 12 页，共 13 页 （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 1.5m1.5m 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 34 倍，本工程试验取 1.5m1.5m 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 23 倍，最大不超过 2m，本工程试验 取 2m2m 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 法取样进行室内筛分，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，内环直径 22.6cm，高 15cm，外环直径 45.2cm，高 15cm。试验时将内外环嵌入试体 1520cm，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 小时内测记渗 入量 56 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