抽水蓄能电站下水库库底粘土铺盖料碾压工艺试验成果报告

抽水蓄能电站土建及金属结构安装工程抽水蓄能电站下水库库底粘土铺盖料碾压工艺试验 成果报告批准： 审定： 审核： 编制： 抽水蓄能电站工程施工项目部二*年*月 抽水蓄能电站 土建与金属结构安装工程下水库库底粘土铺盖料碾压工艺试验 成果报告抽水蓄能电站项目试验室二0*年*月抽水蓄能电站下水库库底粘土铺盖料碾压工艺试验成果报告目 录1、概述12、试验依据12.1 设计要求12.2 引用规范、规程22.3其它23、 填筑料技术指标及填筑标准24、回填料室内试验成果24.1颗粒级配试验成果24.2界限含水率试验成果34.3室内击实试验成果35、现场碾压试验45.1 现场碾压试验的目的55.2 碾压机具选择55.3 碾压试验场地布置55.4 碾压试验参数选择与试验场次的确定75.5 碾压试验检测项目和方法96、现场碾压试验成果分析166.1 压实度与铺料厚度的关系166.2 压实度与碾压遍数的关系166.3 碾压遍数与压实沉降率的关系166.4 试验精度的影响176.5 复核场试验成果分析177、初步结论及建议187.1 推荐达到设计标准的压实机械和施工参数187.2 严格控制填筑料压实均匀性187.3 严格控制填筑施工参数，加强目视检查187.4 填筑施工质量控制检测方法19抽水蓄能电站下水库库底粘土铺盖料碾压工艺试验成果报告1、概述枢纽工程主要建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等组成。上水库主、副坝均采用沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程272.40m，主坝最大坝高182.3m，坝顶长度810m。上水库库盆采用库岸沥青混凝土面板及库底土工膜防渗。上水库沿库周设库岸公路，路面高程272.40m，路面宽度6.5m，总长约3.0km(含坝顶公路)。下水库主要建筑物有大坝、溢洪道、放水管、库盆、库岸公路等。下水库大坝采用沥青混凝土面板堆石坝，最大坝高38.00m，坝顶高程87.00m，坝顶长度670.00m。下水库采用库岸沥青混凝土面板及库底粘土铺盖防渗。下水库溢洪道采用开敞式溢洪道，自由溢流，全长约266.72m。下水库放水管布置在大坝右岸，全长约509.96m。为论证坝料设计填筑标准的合理性，通过现场碾压试验，确定满足设计要求的施工碾压参数和填筑工艺。现依据设计技术要求、设计图纸和国家有关规程规范，以及参照国内外已建及在建堆石坝坝料碾压参数和工程类比，并结合本工程的实际情况，按照拟定的大坝填筑料现场碾压试验实施细则对下水库库底粘土铺盖料进行碾压工艺试验，并在试验监理旁站下于2018年08月31日2019年04月15日共进行五大场16小场碾压试验，现将已取得的试验成果报告如下。2、试验依据2.1 设计要求（1）抽水蓄能电站上、下水库填筑料碾压试验技术要求（2）设计图纸及技术文件。2.2 引用规范、规程本项目引用的标准和规程规范如下（但不限于）：（1）碾压式土石坝施工规范DL/T 5129-2013（2）碾压式土石坝设计规范DL/T 5395-2007（3）水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006（4）水电水利工程粗粒土试验规程DL/T 5356-2006（5）水电水利工程岩石试验规程DL/T 5368-2007（6）土石筑坝材料碾压试验规程NBT 35016-2013（7）岩土工程勘察规程GB 50021-20012.3其它抽水蓄能电站上、下水库填筑料现场碾压试验实施细则及监理批复文件。3、 填筑料技术指标及填筑标准本工程下水库库底铺盖料填筑料利用下水库坝基开挖区剥离的去除表面腐殖土的粘土。下水库库底铺盖料填筑技术指标及填筑标准见表3-1，表3-1 下水库铺盖料技术指标及填筑标准填筑分区名称最大粒径（mm）5mm颗粒含量（%）0.075mm颗粒含量（%）0.005mm颗粒含量（%）渗透系数压实度(%)下库库底铺盖5984、回填料室内试验成果4.1颗粒级配试验成果对下水库库底铺盖粘土采用筛析法和密度计法进行颗粒级配分析试验，其试验结果如表4-1，颗粒级配曲线如图4-1。表4-1 下库库底铺盖粘土颗粒分析试验成果表样品编号小于该孔径的总土质量百分数（%）210.52.250.10.0750.0520.0240.010.0050.002XKKDN-01100.0100.0100.0100.0100.095.964.453.135.723.511.9图4-2 XKKDN-01颗粒级配曲线4.2界限含水率试验成果依据水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006，采用液塑限联合测定法，对下水库库底铺盖不同部位的粘土进行了界限含水率试验，试验结果如表4-2。表4-2 界限含水率试验成果表样品编号取样部位天然含水量（%）液限(%)塑限(%)塑性指数土的分类XKKDN-01-1下水库土料场坝基开挖区21.5392118CLXKKDN-01-2下水库土料场A1区23.2432221CLXKKDN-01-3下水库土料场A1区20.0471928CL从试验结果看，下水库库底铺盖不同部位开采的粘土按塑性图分类，均属于低液限粘质土。4.3室内击实试验成果下水库库底铺盖不同部位开采的粘土依据水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006对细料（5mm）采用标准轻型击实仪进行室内轻型击实试验，单位击实功能为592.2KJ/m3，室内击实试验结果如表4-3，击实曲线如图4-2图4-4。表4-3 下水库库底铺盖粘土室内击实试验成果表样品编号取样部位最大干密度dmax(g/cm3)最优含水率op(%)XKKDN-01-1下水库土料场坝基开挖区1.6421.9XKKDN-01-2下水库土料场A1区1.6021.2XKKDN-01-3下水库土料场A1区1.6221.6平均值1.6121.6 经室内轻型击实试验成果整理，下水库库底铺盖粘土细料最大干密度1.61g/cm3，最优含水量21.6%。图4-2 XKKDN-01-1轻型击实曲线 图4-3 XKKDN-01-2轻型击实曲线 图4-4 XKKDN-01-3轻型击实曲线5、现场碾压试验根据监理批复的大坝坝体填筑工艺性碾压试验方案进行现场试验的组织与实施。5.1 现场碾压试验的目的（1）通过碾压试验研究施工设备、施工工艺等对填筑料环境条件的适应性。 （2）通过本次室内试验和现场碾压试验，论证坝料设计填筑标准的合理性，如设计要求的压实度等参数是否达到设计要求。（3）在初步选定的碾压机具下和施工机械条件下，通过回填料的碾压试验，选择达到设计压实标准的，经济的、合理的压实参数，包括铺料厚度、碾压遍数、压实度等，为大坝现场填筑质量检测提供依据。（4）通过碾压试验，确定填筑料的施工铺填和碾压等施工工艺，包括铺填方式、碾压方法、行车速度、方式等，论证灌砂法等测试方法的适用性，确定合适的碾压填筑质量检验方法。5.2 碾压机具选择为适应设计提出的填筑料压实质量标准，并考虑本工程填筑料的性质，此次试验碾压机具及参数选择如表5-1。 表5-1 碾压机械设备参数表名称生产厂家型号碾压质量（t）激振力(KN)振动频率（HZ）振幅（mm）自行式振动碾徐工集团XS203E20（凸块）370/25528/331.86/0.935.3 碾压试验场地布置试验前对场地进行平整。用拟用设备中最大工作质量的振动碾按照23km/h的速度碾压，直到每碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm；整场高差小于20cm且局部起伏差小于5cm，场地达到要求后，铺一层相同的试验料，直到每碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm，碾压后做为现场碾压试验平台。原地面整平及每层碾压后均做沉降量观测，然后对场地测量、放线，并记录试验场地的高程，测点间距1.0m1.0m，每单元不少于20个测点。并用白灰线划出试验区域和试验单元以及机械进出场的方向指示标志。场地大小达到至少完成一个完整的试验组合。根据需要，将场地划分为若干试验单元。试验宽度和长度根据试验检测内容、数量以及碾压设备确定。两侧各预留3m的施工回车道区，可供施工机械与重车行走、试验场边缘应具有足够的稳定性。土料每个试验单元尺寸为4m 6m，两单元之间可预留2m的过渡区，试验场地宽拟定为6mn(试验料组数)，长度方向前后各预留8-10m的施工回车和错碾区。碾压试验场地布置见图5-15-4。图5-1 30cm、40cm碾压试验场地布置图（单位：m） 图5-2 35cm、45cm碾压试验场地布置图（单位：m）图5-3 30cm、40cm复核场碾压试验场地布置图（单位：m）图5-4 45cm复核场碾压试验场地布置图（单位：m）5.4 碾压试验参数选择与试验场次的确定5.4.1 碾压试验参数选择碾压试验参数按照监理批复的江苏句容抽水蓄能电站上、下水库大坝填筑现场碾压试验实施细则进行。（1）铺料厚度的选择采用反铲装料、自卸车装卸，在各试验条带范围线内，采用“后退法”铺料、推土机整平，铺筑层厚度控制误差10%，并测量高程，以确保填料松铺厚度。本次上水库库底铺盖粘土回填压实厚度为30cm、35cm、40cm、45cm比选。（2）铺土方法施工时，通常采用“进占法”填筑，而碾压试验主要研究振动碾的压实效果，不考虑进占法在卸土过程中对碾压层面的压实作用，因此本次碾压试验采用退铺法填筑，推土机平整，铺填厚度误差为松铺厚度的10%。（3）碾压速度的选择根据经验，选择23km/h的碾压速度。（4） 加水量和加水方法上水库库底铺盖粘土料源天然含水量，接近最优含水量，所以本次试验填筑料采用天然含水量。（5）碾压遍数：本次试验采用6、8、10、12四种碾压遍数比选。（6）碾压试验方法及基本流程碾压方法采用进退错距法，前进、后退为二遍计，轮压重叠为轮宽除以碾压遍数。基本流程是：碾压场开辟碾压场压实布设控制点、平整度测量进料推平松铺高程测量静碾松铺高程测量碾压沉降测量、压实密度、含水量检测回填试坑碾压基面测量下一场。5.4.2 碾压试验场次本次碾压试验进行下水库铺盖料回填碾压试验，共进行四大场14小场，现场碾压场次如表5-2。表5-2 现场碾压试验场次表场次填料名称压实厚度(cm)碾重(t)碾压遍数（遍）小场数备注一粘土30、4020（凸块）6、8、106/二粘土3520（凸块）8、102/4520（凸块）10、122/三（复核场）粘土3020（凸块）81/4020（凸块）101/四（复核场）粘土4520（凸块）10、122/五（生产性复核场）粘土3020（凸块）81由第三方进行复核4020（凸块）1015.5 碾压试验检测项目和方法5.5.1回填料沉降网点布置与测量为了解填料在不同碾压遍数下的沉降量，及达到沉降基本稳定的碾压遍数，铺料静碾2遍后开始进行，以后毎碾压2遍进行一次沉降观测，直至最后碾压遍数。每完成2遍振动碾压，即对试验单元全部测点进行一次高程测量，在试验场地划线标识出振动碾行走线和沉降测量点。四大场14小场各试验单元均按1.0m1.0m的网格设测点,测点场地尺寸和沉降网点控制图5-5。图5-5 测点场地尺寸和沉降网点控制图(单位：m)5.5.2压实密度检测压实密度按土工试验规程SL237-1999进行，采用灌砂法或环刀法，标准砂在室内进行了砂容重标定，容重为1.38（g/cm3）,因为考虑到是凸块碾压，必须挖去凸出松散表层后10cm左右，再挖至底层进行取样。现场称量及时做好记录，并将样品取回及时进行室内检测。5.5.3含水率试验现场取样后室内采用烘干法测定。5.5.4压实度计算压实度计算根据土工试验规程SL2371999，压实度=（现场压实干密度/最大干密度）100%。 5.6 现场碾压试验检测成果现场碾压试验成果见表5-3。第 10 页 共 17 页表5-3 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)碾压遍数试坑编号坑深（cm）湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注单个值平均值一下水库土料场坝基开挖区3020t 凸块21.521.91.64630-6-1221.9321.21.5997.095.31.4210-730-6-2211.8520.51.5493.930-6-3191.8720.21.5695.1830-8-1221.9220.81.5997.098.630-8-2211.9620.21.6399.430-8-3201.9721.91.6299.41030-10-1201.9921.21.64100.098.830-10-2221.9219.41.6198.230-10-3221.9319.61.6198.24020t 凸块21.521.91.64640-6-1301.9019.81.5896.396.31.4210-740-6-2321.9019.51.5997.040-6-3301.8820.01.5795.7840-8-1311.9120.81.5896.397.240-8-2321.9420.41.6198.240-8-3301.9321.41.5997.01040-10-1311.9420.61.6198.298.440-10-2321.9621.01.6298.840-10-3301.9420.41.6198.2 表5-3（续1） 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)碾压遍数试坑编号坑深（cm）湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注单个值平均值二下水库土料场坝基开挖区(A1区）3520t 凸块23.219.41.60835-8-1261.9123.41.5596.995.24.3210-735-8-2281.8623.41.5194.435-8-3251.8823.01.5395.635-8-4261.9020.01.5898.835-8-5251.8522.21.5194.435-8-6271.8220.81.5194.435-8-7281.8624.01.5093.835-8-8261.8323.51.4892.535-8-9271.9022.41.5596.935-8-10261.8824.11.5194.41035-10-1261.9223.01.5697.598.535-10-2301.9421.41.60100.035-10-3281.9221.61.5898.735-10-4261.9020.31.5898.735-10-5271.9121.81.5798.135-10-6271.9122.71.5697.535-10-7251.9521.61.60100.035-10-8291.9122.21.5697.535-10-9261.8821.01.5697.535-10-10271.9321.31.5999.4表5-3（续2） 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)碾压遍数试坑编号坑深（cm）湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注单个值平均值二下水库土料场坝基开挖区(A1区）4520t 凸块23.219.41.601045-10-1311.8821.11.5596.998.34.3210-745-10-2301.9520.21.62101.345-10-3301.9620.11.63101.945-10-4321.9120.01.5999.445-10-5291.9021.11.5798.145-10-6301.8419.91.5395.645-10-7321.9321.21.5999.445-10-8331.8622.01.5395.645-10-9321.7919.71.4993.145-10-10311.9319.01.62101.21245-12-1311.9322.21.5596.998.645-12-2331.8921.81.5596.945-12-3301.9021.31.5798.145-12-4311.8920.21.5898.845-12-5331.9321.71.5999.445-12-6321.9421.01.60100.045-12-7291.9522.41.5999.445-12-8311.7520.81.4590.645-12-9322.0619.81.72107.545-12-10301.9120.31.5898.8 表5-3（续3） 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)碾压遍数试坑编号坑深（cm）湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注单个值平均值三复核场下水库土料场坝基开挖区(A1区）3020t 凸块20.021.61.62830-10-1221.9320.81.6098.898.5/30-10-2211.9421.41.6098.830-10-3201.9220.71.5998.130-10-4211.9220.91.5998.130-10-5201.9321.41.5998.130-10-6221.9021.21.5796.930-10-7211.9120.81.5897.530-10-8201.9421.81.5998.130-10-9221.9220.81.5998.130-10-10211.9621.61.6199.44020t 凸块20.021.61.621040-10-1311.9321.41.5998.198.2/40-10-2301.9120.81.5897.540-10-3301.9220.41.5998.140-10-4291.9321.41.5998.140-10-5311.9220.51.5998.140-10-6301.9321.41.5998.140-10-7301.9321.41.5998.140-10-8311.9220.21.6098.840-10-9301.9321.71.5998.140-10-10291.9421.21.6098.8 表5-3（续4） 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)碾压遍数试坑编号坑深（cm）湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注单个值平均值四复核场下水库土料场坝基开挖区(A1区）4520t 凸块20.021.61.611045-10-1351.9120.51.5998.795.3/45-10-2321.7519.61.4690.745-10-3331.8418.81.5495.745-10-4321.8318.11.5596.345-10-5341.8422.21.5193.845-10-6321.8620.91.5495.745-10-7331.8518.61.5696.945-10-8351.8519.71.5596.345-10-9321.8518.91.5696.945-10-10351.7619.31.4891.91245-12-1341.9121.91.5797.596.7/45-12-2331.8218.31.5495.745-12-3321.9320.61.6099.445-12-4341.8220.21.5294.445-12-5321.8620.01.5596.345-12-6301.8921.31.5696.945-12-7311.8721.51.5495.645-12-8331.9121.21.5898.245-12-9311.8721.81.5495.745-12-10331.8316.21.5797.5 表5-3（续5） 下水库库底铺盖回填料碾压试验成果汇总表场次分区/坝料类型压实厚度(cm)碾压机具(t)天然含水率（%）碾压 遍数最优含水率(%)最大干密度(g/cm3)试样编号湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)平均干密度(g/cm3)压实度（%）渗透系数备 注五生产性复核场下水库土料场坝基开挖区(A1区）3020t 凸块21.0820.01.56NT201904011.8620.21.551.5599/1.8720.51.55NT201904031.8519.11.551.55991.8619.91.5520.31.73NT20190404-12.0320.01.691.69982.0320.41.69NT20190404-22.0420.21.701.70982.0421.31.69NT20190404-31.9918.01.691.69981.9716.81.69NT20190404-42.0218.11.711.71992.0017.01.714020t 凸块21.41020.01.56NT201904021.8720.51.551.5599/1.8720.91.5520.31.73NT20190405-12.0621.91.691.70982.0519.91.71NT20190405-22.0320.11.691.69982.0420.71.69NT20190405-32.0619.31.731.731002.0819.91.73NT20190405-42.0018.31.691.69982.0018.41.69NT20190405-52.0620.51.711.71992.0922.21.71第 17 页 共 17 页6、现场碾压试验成果分析6.1 压实度与铺料厚度的关系从碾压层厚30cm、35cm、40cm和45cm对比试验结果看，在含水量基本接近，相同碾压遍数n=10遍，20t凸块碾的作用下，压实度随压实层厚增加而降低。6.2 压实度与碾压遍数的关系压实度与碾压遍数关系见图6-1、6-2。 图6-1 压实度与碾压遍数的关系图 图6-2 压实度与碾压遍数的关系图（h=30cm） （h=40cm）从图6-1和6-2试验成果看，总体上压实度随碾压遍数增加而提高。在20t凸块碾作用下，压实厚度为30cm时，随着碾压遍数的增加，压实度的增长率逐渐减小，6遍8遍压实度增长3.3%，而8遍10遍的压实度增长率只有0.2%；压实厚度为40cm时，压实度的增长率基本保持不变。总体看，在含水量基本接近，20t凸块碾的作用下，碾压层厚30cm碾压8遍能够达到设计压实度98%要求，而压实层厚35cm、40cm和45cm均需碾压10遍才能达到设计压实度98%要求。6.3 碾压遍数与压实沉降率的关系碾压遍数与压实沉降率检测结果见表6-1，碾压遍数与沉降量的关系曲线见图6-3。表6-1 碾压遍数压实沉降率检测成果统计表填料名称碾压机具压实厚度（cm）洒水量（%）压实沉降率（%）6遍8遍10遍下库铺盖回填料20t(凸块）30天然含水量8.49.710.040天然含水量5.96.87.2图6-3 碾压遍数与沉降率的关系图 从图6-9看，压实沉降率随碾压遍数增加而增大，且伴随碾压遍数递增，不同碾压遍数的沉降率呈递减趋势。6.4 试验精度