土方填筑碾压试验报告

土方填筑碾压试验报告一、工程概况本工程为某水利枢纽工程大坝及围堰土方填筑项目，工程规模为大（2）型，主要建筑物等级为2级。大坝设计为粘土心均质坝，最大坝高58.0米，坝顶长度320.0米，坝顶宽度8.0米。大坝填筑总量约120万立方米，主要填筑料取自上游指定土料场，土质以粉质粘土为主，夹杂少量砾石。为确保大坝填筑施工质量，验证设计填筑标准的合理性，确定经济合理的施工参数，在土料场选取具有代表性的区域进行现场碾压试验。试验旨在确定达到设计干密度和压实度所需的铺土厚度、碾压遍数、行车速度、最优含水率等关键参数，并为后续大规模施工提供科学依据和质量控制标准。二、试验目的与依据1.试验目的本次现场碾压试验的主要目的在于通过实地模拟施工过程，探究土料在特定机械组合下的压实特性。具体目标包括：核实土料压实设计标准的合理性，确定设计压实度（≥0.98）能否在现有设备条件下实现；通过不同铺土厚度、碾压遍数及含水率的组合试验，确定经济高效的最优施工参数；检查压实机具的性能是否满足施工要求；确定压实土料的物理力学性质指标，如干密度、含水率、渗透系数等；试验过程中观察土料压实后的表面结构、剪切破坏及颗粒破碎情况，为施工质量控制提供直观判断依据；制定填筑施工的工艺流程和质量检测方法。2.试验依据本次试验严格遵循以下国家及行业标准进行：（1）《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）；（2）《碾压式土石坝施工规范》（DL/T5129-2013）；（3）《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》（SL631-2012）；（4）本工程招标文件技术条款及设计图纸；（5）土料场地质勘察报告及土工试验报告。三、填筑料源及土工特性分析1.料场选择试验用料取自设计指定的1号主料场，该料场储量丰富，土质均匀，开采运输条件便利。在料场开挖过程中，通过目测和简易手试，剔除含有树根、草皮、腐殖土及淤泥的表层土，选取颜色呈黄褐色、质地均匀的粉质粘土作为试验用料。为确保试验具有代表性，在料场不同位置随机选取了3个探坑进行取样。2.室内土工试验成果在碾压试验开始前，对所取土样进行了系统的室内土工试验，测定了其物理力学指标。试验结果表明，该土料天然含水率在18.5%至22.4%之间，平均值为20.3%；液限为36.2%，塑限为19.8%，塑性指数为16.4，属低液限粉质粘土；标准击实试验（击实功能592.2kJ/m³）测得最大干密度为1.72g/cm³，最优含水率为19.5%。颗粒分析试验显示，粘粒含量（<0.005mm）占25%，粉粒含量占55%，砂粒含量占20%，级配良好。渗透系数垂直为1.2×10⁻⁶cm/s，满足防渗土料要求。四、施工机械与设备配置根据工程现有设备情况及设计要求，本次碾压试验选用的主要施工机械设备如下表所示。设备进场前均进行了全面的检查和保养，确保运行状态良好，计量仪表准确。序号设备名称规格型号数量主要技术参数备注1自行式振动压路机徐工XS203J1台工作质量20t，激振力360/180kN，振动频率28-32Hz用于碾压2液压挖掘机小松PC2201台斗容1.0m³用于装料3自卸汽车斯太尔3辆载重20t用于运料4推土机山推SD1601台功率162kW用于铺土、整平5洒水车东风洒水车1辆容量10m³用于调节含水率6环刀取样设备/2套环刀容积200cm³用于密度检测7核子密度仪麦克CPNMC-41台台深度模式用于快速对比检测五、试验场地布置与基准面处理1.场地选择试验场地选在大坝下游右侧的空地上，地势平坦、开阔，地基承载力较好。场地尺寸长60米，宽30米，能够满足不同参数组合的试验条带布置需求。2.基准面处理为确保试验结果的准确性，对试验场地基底进行了严格处理。首先清除地表植被、腐殖土及松散浮土，然后用推土机整平，采用20t振动压路机进行静压2遍，随后振压4遍，直至地基表面无轮迹、压路机无下沉现象。经检测，地基压实度达到95%以上，作为坚实的基准面。在处理好的基准面上，使用白石灰和测量仪器进行放样，划分为不同的试验单元。试验计划采用“因素法”进行组合，主要考察铺土厚度、碾压遍数两个变量，含水率控制在最优含水率±2%范围内。六、试验方案设计1.因素水平确定根据设计要求及类似工程经验，拟定以下三个因素进行组合试验：（1）铺土厚度：选取30cm、40cm、50cm三个水平；（2）碾压遍数：选取4遍、6遍、8遍三个水平（不含静压1遍）；（3）含水率：选取18.0%（偏干）、19.5%（最优）、21.0%（偏湿）三个水平。2.试验组合规划为减少试验工作量并提高效率，采用局部组合法。固定含水率为最优含水率19.5%，进行铺土厚度与碾压遍数的全组合试验，共9个组合。在确定最优铺土厚度和碾压遍数后，再进行不同含水率的补充试验。每个试验单元（条带）长10米，宽6米，各条带间预留1米间隔，并在周边设置超宽填筑区，以防止侧向挤压影响试验精度。七、试验过程与工艺流程1.铺土与整平采用进占法卸料，自卸汽车将土料运至试验场地，按划定的网格卸料。卸料后，使用推土机进行初平，人工配合剔除超径颗粒（粒径大于5cm的砾石）及杂质。随后，使用推土机推土履带带料往返进行精平，并配合水准仪测量控制铺土厚度，确保实际铺土厚度与设计值偏差控制在±2cm以内。对于含水率调整的试验单元，在铺土平整后，使用洒水车进行均匀洒水或翻晒，使土料含水率达到预定目标。洒水后采用塑料布覆盖闷料24小时，确保水分渗透均匀。2.碾压作业碾压作业采用进退错距法。压路机行驶速度控制在2.0-2.5km/h范围内，由试验段一侧向另一侧依次碾压，振动碾压采用高频低幅模式。碾压时，相邻两条带的重叠宽度不小于20cm，同一条带内的碾压轮迹重叠不小于轮宽的1/3。碾压顺序为：先静压1遍，以平整表面和锁定土料，然后进行振压（遍数按方案设定），最后静压1遍以消除表面松散层和轮迹。碾压过程中，安排专人记录压路机行驶速度、振动频率及工况。3.沉降观测在每个试验单元的表面及不同深度层埋设沉降观测点，采用水准仪测量碾压前后的高程变化，计算沉降量。沉降观测点按梅花形布置，每个单元布置5个点。沉降量是判断压实效果的重要辅助指标，通常随着碾压遍数的增加，沉降量逐渐减小并趋于稳定。4.密度与含水率检测碾压达到规定遍数后，立即进行压实度检测。每个试验单元取样9个，取样点位于条带的中部及两侧，采用“S”形布点法。取样深度为该层铺土厚度的下部1/3处。检测方法以环刀法为主，核子密度仪法为辅进行对比。环刀法取样后，现场称重，并测定湿密度，带回实验室测定含水率，计算干密度。同时，记录取样时的土质状态，如是否有剪切破坏、弹簧土、光面现象等。八、试验成果整理与分析1.不同铺土厚度与碾压遍数下的压实效果在含水率为19.5%（最优含水率）条件下，对不同铺土厚度和碾压遍数组合的干密度测试数据进行统计分析，结果如下表所示：铺土厚度碾压遍数(静1+振N+静1)平均干密度(g/cm³)压实度(%)平均沉降量(mm)表面状态描述30cm4遍1.66596.828表面平整，无明显轮迹30cm6遍1.69898.735表面致密，无裂纹30cm8遍1.70299.036表面光亮，出现剪切裂缝40cm4遍1.64295.532表面较平整，有松散土4040cm6遍1.68597.941表面平整，压实良好40cm8遍1.69398.444表面致密，局部起皮50cm4遍1.61093.638表面粗糙，有车辙痕迹50cm6遍1.65896.448表面平整，下部欠压50cm8遍1.67297.252表面较硬，层底压实度不足从上表数据分析可知：（1）在铺土厚度30cm条件下，碾压6遍即可达到设计压实度（≥98%）的要求，继续增加至8遍，干密度增长微小，仅增加0.004g/cm³，且表面开始出现剪切破坏现象，说明过压无效且有害。（2）在铺土厚度40cm条件下，碾压6遍时压实度为97.9%，略低于设计要求；碾压8遍时压实度达到98.4%，满足设计要求，且压实效果较为均匀。（3）在铺土厚度50cm条件下，即使碾压8遍，压实度仅为97.2%，无法满足设计要求，且层底检测显示压实度明显偏低，存在“压不透”的现象，说明50cm铺土厚度对于20t压路机而言偏厚。2.沉降量分析沉降观测数据表明，随着碾压遍数的增加，沉降量逐渐增大，但增长率逐渐减小。在碾压6遍后，沉降曲线的斜率明显变缓，说明土体已逐渐密实，变形模量增大。对比不同铺土厚度，在相同碾压遍数下，铺土厚度越大，总沉降量越大，但这并不能代表压实效果越好，需结合干密度综合判断。3.不同含水率对压实效果的影响在确定铺土厚度40cm、碾压遍数8遍的条件下，进行不同含水率的对比试验，结果如下表所示：含水率(%)平均干密度(g/cm³)压实度(%)压实现象18.0(偏干)1.68297.8土料坚硬，不易粘结，表面有松散颗粒，压实效率低19.5(最优)1.69398.4压实效果好，土体结合紧密，表面平整21.0(偏湿)1.66897.0出现“弹簧土”现象，压路机有回弹感，孔隙水压力大，难以压实分析表明，含水率对压实效果影响显著。当含水率低于最优含水率时，土颗粒间润滑作用不足，摩擦力大，难以达到最大密实度；当含水率高于最优含水率时，由于孔隙水压力的存在，有效应力减小，导致压实阻力增大，甚至出现剪切破坏（弹簧土）。因此，施工中应严格控制上坝土料含水率在最优含水率-1%~+2%范围内波动效果最佳。九、压实土料渗透性复核为了验证碾压后土体的防渗性能，在铺土厚度40cm、碾压8遍、含水率19.5%的试验坑中，进行了原状土样渗透系数测定。室内渗透试验采用变水头法，测得渗透系数平均值为1.45×10⁻⁶cm/s，最大值为2.1×10⁻⁶cm/s。该数值与料场勘察报告中的渗透系数基本一致，且小于设计要求的1×10⁻⁵cm/s，说明在确定的碾压参数下，土体的防渗性能满足大坝防渗要求。十、试验结论与建议1.试验结论通过对本次土方填筑碾压试验数据的系统分析与现场观测，得出以下结论：（1）设计要求的压实度标准（≥98%）在现有设备和土料条件下是可以实现的，但需严格控制施工参数。（2）铺土厚度是影响压实效果的关键因素。30cm铺土厚度虽然压实效果好，但施工效率低，且容易造成过压剪切；50cm铺土厚度无法满足压实度要求。推荐采用40cm的铺土厚度。（3）在40cm铺土厚度下，碾压遍数需达到8遍（先静1遍，振压6遍，再静1遍）方可稳定满足设计压实度要求。（4）含水率控制至关重要。土料压实含水率应严格控制在18.5%~21.5%之间，最优控制点为19.5%。对于料场天然含水率偏高的土料，必须进行翻晒处理；对于偏干土料，必须在料场或坝面进行洒水处理。（5）20t自行式振动压路机行驶速度宜控制在2.0~2.5km/h，采用高频低幅振动模式，能够获得较好的压实效果。2.施工参数推荐基于上述分析，推荐本工程大坝土方填筑施工参数如下表：参数项目推荐值备注铺土厚度40cm松铺厚度，误差±2cm碾压机械20t振动压路机激振力360/180kN碾压遍数8遍静压1遍+振压6遍+静压1遍行车速度2.0~2.5km/h匀速行驶含水率控制18.5%~21.5%根据天气情况动态调整压实度标准≥98%对应设计干密度≥1.69g/cm³3.施工建议（1）土料开采时应规划好作业面，尽量减少土料含水率的剧烈波动，实行“挖、装、运”连续作业。（2）坝面填筑必须采用进占法铺料，推土机平料时应及时剔除超径石块和杂质，确保土料均匀。（3）碾压时应严格按错距法操作，保证无漏压、无欠压。相邻填筑单元的高差应控制在规范允许范围内，接缝处需进行骑缝碾压。（4