抽水蓄能电站下水库次堆石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下游堆石填筑料碾压工艺 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下游堆石填筑料碾压工艺试验 成果报告*有限公司*年*月目 录1、概述12、试验依据12.1 设计要求12.2 引用规范、规程12.3 其它13、坝料设计要求23.1 坝料料源规划23.2 碾压试验填筑料设计指标24、 填筑料性能试验成果34.1 填筑料岩石密度试验成果34.2 填筑料颗粒级配试验成果35、现场碾压试验45.1 现场碾压试验的目的45.2 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65.5 碾压试验检测项目和方法75.6 现场碾压试验检测成果116、现场碾压试验成果分析146.1 压实密度、孔隙率与碾压遍数的关系146.2 碾压遍数与压实沉降率的关系156.3 试验精度的影响166.4 附加质量法检测成果分析167、初步结论及建议167.1 建议达到设计标准的填料压实施工参数和控制标准167.2 填筑料级配和密度控制177.3 严格控制填筑施工参数，加强目视检查177.4 填筑施工质量控制检测方法177.5 减少试验误差18抽水蓄能电站下水库下游堆石填筑料碾压工艺试验成果报告抽水蓄能电站下水库下游堆石填筑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。为核实填筑料填筑压实标准的合理性，通过现场碾压试验，确定满足设计要求的填筑材料和施工碾压参数以及填筑工艺。参照上水库次堆石碾压试验成果报告和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，按照拟定的抽水蓄能电站上、下水库大坝填筑现场碾压试验实施细则并根据已上报并通过监理审核的上水库填筑料抽水蓄能电站上水库次堆石碾压工艺试验成果报告中相关检测参数基础上对下水库次堆石填筑料进行碾压工艺试验，在业主、设计、监理的指导下及现场试验监理旁站下于2019年4月23日2019年04月26日对下水库下游堆石料进行现场碾压工艺复核试验。已取得的试验成果报告如下。第 2 页 共 22页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、下水库大坝填筑现场碾压试验实施细则3、坝料设计要求 3.1 坝料料源规划下水库下游堆石料采用弱、微风化或新鲜白云岩与33%的蚀变闪长玢岩混合料。3.2 碾压试验填筑料设计指标 下水库下游堆石料填筑主要设计指标见表3-1。表3-1 下水库下游堆石料设计指标及填筑标准填筑分区名称设计最大粒径（mm）5mm颗粒含量（%）0.075mm颗粒含量（%）孔隙率(%)渗透系数(cm/s)不均匀系数Cu曲率系数Cc下游堆石料700/18.5/第 1 页 共 27 页4、 填筑料性能试验成果4.1 填筑料岩石密度试验成果下水库下游堆石料采用弱、微风化或新鲜白云岩与33%的蚀变闪长玢岩混合料，室内分别对白云岩和闪长玢岩按水利水电土工试验规程DL/T 5355-2006进行比重试验，其中5mm粒径岩石比重采用水中称重法即浮秤法，5mm粒径采用比重瓶法进行，全料岩石比重根据粗、细料组成比例和粗、细料密度通过加权平均计算白云岩和闪长玢岩的比重，再根据闪长玢岩的混合比例计算填筑料的全料比重，作为碾压质量控制时孔隙率计算依据。白云岩比重试验成果见表4-1，闪长玢岩比重试验成果见表4-2，下水库下游堆石料全料比重试验成果见表4-3。表4-1 白云岩比重试验成果表填料名称组数岩石比重(g/cm3)最大值最小值平均值白云岩32.722.712.72表4-2 闪长玢岩比重试验成果表填料名称组数岩石比重(g/cm3)最大值最小值平均值闪长玢岩32.622.602.61表4-3 下水库下游堆石全料比重试验成果表填料名称闪长玢岩比例（%）填筑料比重(g/cm3)白云岩闪长玢岩全料下水库下游堆石料332.722.612.684.2 填筑料颗粒级配试验成果下库次堆石料白云岩爆破料进行了1次筛分试验，爆破试验后，从3个不同部位分别挖取爆破料，用自卸车运至试验场进行全料颗粒级配试验，总筛分量为14.6t。颗粒级配试验，现场采用木筐抬筛，筛筐尺寸为4560cm，筛孔径为20mm、40mm、60 mm、80mm、100mm，大于100mm用直尺量测，分级称量。考虑筛分精度，现场仅进行20mm以上颗粒筛分，小于20mm试样，在现场称取不少于4000g送室内烘干后进行含水量和筛分试验，筛孔孔径为0.075mm、0.25mm、0.5 mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm,并将细料筛分与现场粗料筛分连接成全料级配。下水库次堆石白云岩爆破料颗粒筛分结果见表4-4，级配曲线图见图4-1。级配通过率（%）80070060050040030020010080604020105210.50.250.075上包线1001001001009384735753574132.2518105000第一次10010093.986.180.269.057.943.638.331.224.719.314.29.76.15.03.62.81.7下包线100100878071615033 292418104000000表4-4 下水库次堆石区爆破料筛分成果表场次最大粒径（mm）0.075mm 含量（%）5mm含量（%）20mm含量（%）d60 （mm）d30 （mm）d10 （mm）CuCc一6401.79.719.3230.063.76.933.32.65、现场碾压试验根据批复的抽水蓄能电站上、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，验证施工设备、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，对设计提出坝料填筑压实标准的合理性进行验证，如设计要求的填料颗粒级配、孔隙率等参数能否达到设计要求。（3）参考上水库次堆石碾压工艺试验在初步选定的铺料厚度、洒水量、碾压机具下和施工机械条件下，通过回填料的碾压试验，确定达到设计压实标准和变形性能要求的经济合理的碾压遍数等，为大坝现场填筑质量检测提供依据。（4）通过碾压试验，获得堆石料压实密度、孔隙率等参数。确定填筑料的施工铺填和碾压等施工工艺及压实质量控制试验检验方法，包括铺填方式、碾压方法、行车速度、正常气候洒水量和洒水方式等。（5）论证坑测法、附加质量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和控制标准。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，结合上水库碾压试验成果，并考虑下水库填筑料的性质，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 量激 振 力(KN)振 动 频 率振 幅（mm）自 行 式 振 动 碾徐 工 集 团XS263E26t410/30027/32HZ1.9/0.955.3 碾压试验场地布置试验前对场地进行平整，场地平整后，用与试验相同的材料铺一层，用26t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，达到要求后作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1.5m1.5m，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。根据现场情况和试验需要，将场地划分为若干试验单元。试验单元的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的施工错碾区，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。每个试验单元的尺寸为6m 15m，两单元之间预留2m3m的过渡区，长度方向前后各预留810m的施工错碾区。碾压试验场地布置见下图5-1。图5-1 下游堆石料碾压试验场地布置图5.4 碾压试验参数选择与试验场次的确定5.4.1 碾压试验参数选择施工阶段的填筑碾压试验主要是复核设计参数和验证设计施工工艺，工程量组合以施工参数为主。本次试验碾压施工参数的选择主要包括：铺土方法、振动碾参数、碾压速度、加水方式、碾压遍数及碾压方法流程等。（1）铺料厚度的选择参考上水库次堆石碾压试验本次下水库次堆石料试验暂定压实厚度为80cm，铺筑层厚度控制误差10%。（2）铺土方法施工时，通常采用进占法填筑。本次试验采用反铲装料、自卸车装卸，在各试验条带范围线内，采用“进占法”铺料、推土机整平。（3）碾压机具及碾压速度的选择下库次堆石碾压试验采用26t自行式振动碾，根据经验，选择23km/h碾压速度。（4） 洒水量和洒水方法正常气候条件下，坝上填筑料采用10%；碾压前在层面上一次性洒水，洒水量采用固定用水量方法，按堆石体体积百分率计算，采用流量表计量控制洒水量。（5）碾压遍数：本次试验采用8、10、12三种碾压遍数比选。（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1520cm。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(进占法)推平洒水松铺高程测量碾压沉降测量、压实密度、含水量回填试坑碾压基面测量下一场。5.4.2 碾压试验场次（1）现场碾压试验在监理见证下选用白云岩（掺量67%）与玢岩（掺量33%）混合料，采用 26t自行式振动平碾，选压实厚度 80cm,各小场碾压遍数为8、10、12 遍，洒水量为10%。共计 3 个小场碾压试验，每一小场试验区面积初定为 6m15m。试验场地布置于碾压试验场进行实施。本次碾压试验只进行下水库下游堆石区填筑料的碾压试验，根据碾压试验实施细则及已上报并通过监理审核的上水库填筑料句容抽水蓄能电站上水库次堆石碾压工艺试验成果报告中相关检测参数基础上，对下游堆石料进行一场复核碾压工艺试验，具体情况如表5-2。表5-2 现场碾压试验场次表场次填料名称最大粒径(mm)碾压厚度(cm)碾重(t)碾压遍数（遍）洒水量(%)小场数备注一下水库下游堆石料（复核场）70080268、10、12103/注:洒水量指白云岩，白云岩洒水后再与玢岩混合均匀。5.5 碾压试验检测项目和方法试验检测按现行规程、规范进行。5.5.1堆石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。即在各试验组合区均按1.5m1.5m的网格设置测点,每个组合21个测量点，如图5-2所示,并在试验区外设置控制桩,在网格测点上以石灰粉标记并编号,用水准仪测量基面网点高程,并在铺填和碾压不同遍数后在同一网点上测量高程,以计算每一个组合铺填平均厚度和不同碾压遍数的平均沉降率, 水准尺下放置水平尺垫，其平面尺寸为15151cm，中心设置一蘑菇头形亭帽。图5-2 碾压沉降变形测量网点布置图(单位：m)5.5.2 压实干密度检测堆石料密度测定采用附加质量法与坑测法进行比对试验，测定压实后的干密度。每一小场测点根据不同的填筑料确定，但不少于3个测点。先在选定的测点进行附加质量法检测，然后在原测点进行挖坑检测。坑测法压实干密度按水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006和水电水利工程粗粒土试验规程DL/T 5356-2006进行，采用灌水法，试坑直径为最大粒径的23倍，套环直径大于试坑直径，本次试验套环采用直径200cm，高度20cm，并保证足够的刚度。灌水法塑料薄膜厚度为0.04mm，且有良好的韧性，取样深度为压实层厚度，水位测量采用测针法进行。试样分别进行20mm和20mm颗粒含水量，以计算全料干土重。5.5.3 颗粒级配试验（1）级配筛分试验试坑直径为最大粒径的23倍，套环直径大于试坑直径。（2） 颗粒级配试验，采用圆孔筛。粒径不大于100mm的石料采用筛析法分析，粒径大于100mm的石料尺寸用尺量测。考虑筛分精度，现场仅进行20mm以上颗粒筛分，小于20mm试样，在现场称取不少于4000g送室内烘干后进行筛分试验,并将细料筛分与现场粗料筛分连接成全料级配。5.5.4 含水率试验分级测定不同粒径组石料的含水率，现场进行20mm以上颗粒筛分，含水率试验采用20mm和20mm颗粒试样分别测定，采用烘干法。含水率按照20mm和20mm颗粒试样含量加权计算全料含水率。5.5.5 孔隙率计算压实干密度相应的孔隙率由下式计算而得：n=1-(d0/ Gsw) 式中：n孔隙率，%； d0现场填筑干密度，g/cm3； Gs石料各粒径组加权岩石比重； w水的密度，取值1.0g/cm3。5.5.6 现场图片 试验场地整平洒水 碾压进行中 测量观测中 坑测法找水平 筛分试验中 挖坑、筛分中 灌水试验中5.6 现场碾压试验检测成果下水库下游堆石现场碾压试验成果见表5-3，筛分结果见图5-3图5-5。第 11 页 共 18 页表5-3 下水库下游堆石料26t碾碾压试验成果汇总表大场次分区/坝料类型压实厚度(cm)白云岩洒水量(%)碾压遍数试坑编号坑深（cm）填料级配曲线特征值坑测法附加质量法备注最大粒径（mm）0.075mm颗粒含量（%）5mm颗粒含量（%）20mm颗粒含量（%）不均匀系数Cu曲率系数Cc湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)孔隙率(%)干密度(g/cm3)一下游堆石区/白云岩与33%玢岩混合料8010810-80-8-1816200.28.717.721.52.92.262.92.2017.92.1910-80-8-2794400.412.625.730.32.52.242.12.1918.32.2210-80-8-3795300.27.816.013.52.42.303.02.2316.82.20平均值805300.39.719.821.72.62.272.72.2117.72.201010-80-10-1784200.613.731.234.71.12.323.62.2416.42.2110-80-10-2805800.510.022.918.72.12.272.42.2217.22.2110-80-10-3816000.25.011.48.81.62.272.62.2117.52.24平均值805300.49.621.820.71.62.292.92.2217.02.221210-80-12-1794200.49.122.416.12.02.333.62.2516.02.2410-80-12-2806801.028.153.025.70.52.293.02.2217.22.2410-80-12-3804503.018.041.027.70.92.283.12.2117.52.20平均值805201.518.438.823.21.12.303.22.2316.92.23设计要求/500/18.5坑号最大粒径（mm）0.075mm 含量（%）5mm含量（%）20mm含量（%）d60 （mm）d30 （mm）d10 （mm）CuCc10-80-8-16200.28.717.7137.650.46.421.52.910-80-8-24400.412.625.796.827.63.230.32.510-80-8-35300.27.816.0105.644.97.813.52.4图5-3 次堆石碾压8遍筛分级配曲线图坑号最大粒径（mm）0.075mm 含量（%）5mm含量（%）20mm含量（%）d60 （mm）d30 （mm）d10 （mm）CuCc10-80-10-14200.613.731.2104.218.23.034.71.110-80-10-25800.510.022.993.631.4518.72.110-80-10-36000.25.011.4130.755.614.68.81.6图5-4 次堆石碾压10遍筛分级配曲线图坑号最大粒径（mm）0.075mm 含量（%）5mm含量（%）20mm含量（%）d60 （mm）d30 （mm）d10 （mm）CuCc10-80-12-14200.49.122.490.431.95.616.12.010-80-12-26801.028.153.038.55.51.525.70.510-80-12-34503.018.041.061.011.12.227.70.9图5-5 次堆石碾压12遍筛分级配曲线图6、现场碾压试验成果分析6.1 压实密度、孔隙率与碾压遍数的关系从碾压遍数选择试验成果看（表5-3），压实密度随碾压遍数增加而提高，孔隙率随碾压遍数增加而明显降低。随着碾压遍数的增加，干密度的增长率和孔隙率的降低率逐渐减小。从试验结果看，玢岩掺量33%采用26t振动碾，在洒水10%，压实层厚80cm的情况下，8遍10遍干密度增长0.016g/cm3，孔隙率降低0.7%，碾压12遍后与10遍相比，干密度增长0.004g/cm3，孔隙率降低0.1%。虽然10遍12遍干密度增长量相对于8遍10遍干密度增长量有一定减小，但总体来看8遍到12遍变化量不大，且碾压8遍时已满足设计要求18.5%。压实干密度与碾压遍数关系见图6-1，孔隙率与碾压遍数关系见图6-2。图6-1 干密度与碾压遍数关系图 图6-2 孔隙率与碾压遍数关系图6.2 碾压遍数与压实沉降率的关系下水库下游堆石料碾压遍数与压实沉降率检测结果见表6-1。典型的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铺料厚度（cm）洒水量（%）压实沉降率（%）2遍4遍6遍8遍10遍12遍次堆石料26t80104.77.19.110.0/5.27.59.09.810.3/4.87.28.99.710.210.4图6-3 下游堆石料碾压遍数与沉降率关系图从上图表分析，压实沉降率随碾压遍数增加而增大，随着碾压遍数递增，不同碾压遍数的沉降率呈递减趋势，且随着碾压遍数增加，沉降率变化率在减小。6.3 试验精度的影响密度检测误差是不可避免的，我们应该意识到误差的存在，但应尽最大努力减小误差，试验误差归纳起来主要来源于三个方面：（1）试坑直径与试样最大粒径的关系。（2）灌水时塑料薄膜厚度的影响。塑料薄膜较薄时对试验精度影响较小，但容易被刺破，而塑料薄膜厚度增大与坑壁贴合不好，试验体积减小，干密度偏大，日本有关资料显示灌水法湿密度比标准密度要高56%，这与试坑内壁面的粗糙程度以及塑料薄膜的厚度有关。（3）试坑壁的松动和粗糙程度对试验结果精度有一定影响，尤其对试坑壁凹凸不平的部位要进行处理。6.4 附加质量法检测成果分析本次试验共完成3个单元，共计9个附加质量法测点，附加质量法与坑测法对比，两者相对误差最大值为1.32%，最小值为0.28%，平均相对误差为0.85%，满足规程规范要求。附加质量法可适用于次堆石料填筑碾压施工质量过程控制。试验表明，附加质量法测试结果与试坑法比，其绝对误差有正有负，总体平均相对误差为0.85%。附加质量法具有快速、轻便、高效、无损等特点，采用附加质量法配合传统试坑使用，在保证大坝填筑质量前提下，实现了大坝填筑所有单元均进行施工快速检测、施工。7、初步结论及建议整个试验过程监理旁站，所有资料的整理、分析工作，均经过由业主、设计、监理、第三方试验室组成的试验小组充分的检查、研究、讨论，其中复核