摘要:砼面板堆石坝是自上世纪80年代以来发展最快的一种新型堆石坝，具有施工速度快、造价低、受地形地质条件影响小的优点，同时也具有砼面板容易开裂，质量控制较难的缺点。施工前，均需针对当地材料进行现场碾压试验，通过碾压试将所得的干容重、孔隙率、渗透系数、颗粒级配以及最优含水量等指标与设计指标相比较，以确定坝体填筑时的施工工艺。本文是对昌宁大城水库施工的碾压试验的总结，供同行参考。
　　关键词:碾压试验;灌水法;单环注水渗透试验;双环注水渗透试验;大环刀
　　
　　一、工程概况
　　
　　大城水库工程是云南省重点水利工程，主要是为农田灌溉服务，总库容1085.00万m3，概算投资约1亿元。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、泄洪、导流遂洞、输水隧洞和渠道等组成。
　　
　　主坝为坝顶溢流砼面板堆石坝，是云南省第一座坝顶溢流面板堆石坝，最大坝高45.30m，坝顶宽7.00 m（如图1 主坝剖面图）。副坝坝型为粘土均质坝，最大坝高15.30m，坝顶宽5m（如图2副坝剖面图）。
　　本文以主、副坝为例，进行深入分析。
　　
　　二、主坝碾压试验
　　
　　(一)主堆石料
　　1、设计指标
　　（1）、压实后主坝石料应达到的指标：干密度2.0～2.05g/cm3、孔隙率≤25%、渗透系数k=ｉ×10-2cm/s。
　　（2）、施工参数：控制最大粒径600mm（如图3 大城水库砼面板堆石坝坝料级配曲线图）、铺料厚度80cm～100cm、13.5t振动平碾(施工中根据实际情况进行调整)碾压6～8遍、铺料和碾压过程中加水量为10～25%。wwW.11665.cOm
　　2、碾压试验
　　（1）、碾压试验的材料：取用ⅳ号石料场爆破获得的石料，最大粒径600mm。
　　(2)、试验场地：使用过渡料碾压场地即1#隧洞出口左岸石料场，采用pc300lc挖掘机取料，使用ty160b型推土机整平场地，20t振动平碾碾压10遍，作为碾压试验场地的基础，面积8m×16m。
　　(3)、碾压机械：选择lss220型的20t振动平碾。
　　
　　
　　(4)、铺料的方法、厚度、夯实的方法与遍数：直接采用pc300lc挖掘机取料和布料，ty160型推土机平料，20t振动平碾平行于场地长边振动碾压，原地压够试验遍数后按错整碾并搭接20cm宽度进行碾压。铺料厚度按80cm控制，实测为80cm、79.4cm。铺料厚度80cm碾压8遍；铺料厚度79.4cm碾压8、10遍。
　　(5)、试验测量：整个过程都用水准仪来测量铺料厚度、压实后的厚度，计算压实沉降量。
　　(6)、碾压试验质量检测：每种铺料厚度的每种遍数压完后，用挖坑灌水法取式样2组，计算其干密度、含水量、孔隙率、颗粒级配。铺料厚度79.4cm、碾压10遍后做单环现场注水渗透试验计算渗透系数。
　　3、试验成果分析及试验结论
　　（1）、铺料厚度80cm、碾压8遍后取样，观察到样坑底部块石多，细粒少，架空现象比较严重，估计样品不合格，不继续试验，仅进行颗粒级配分析。
　　（2）、铺料厚度79.4cm场总结前场经验，先对粗、细料进行掺拌均匀，再进行铺料碾压。从挖坑情况看，效果好，上中下部粗细颗粒无明显差别，颗粒级配曲线在包络线内，但大于20cm大块石偏少。
　　（3）、对铺料厚度79.4cm场取样检测干密度，碾压8遍达到设计下限值，碾压10遍接近设计上限值。说明，lss220型的20t振动平碾能适应的主坝石料最大铺料厚度80cm。碾压遍数为10遍为合适的碾压遍数。
　　（4）、对铺料厚度79.4cm、碾压10遍后做单环现场注水渗透试验，渗透系数为k=2.69×10-3cm/s,比设计值偏小。原因同上，装环时只挖除表面2cm的压实层，表面为细小颗粒，渗透系数偏小；若挖至压实层的中部，渗透系数会大一些，满足设计要求。另外大于20cm大块石偏少也是渗透系数偏小的原因。
　　主坝石料选取铺料厚度80cm、20t振动平碾碾压10遍的施工参数。
　　（二）过渡料
　　1设计指标
　　（1）、压实后过渡料应达到的指标：干密度2.1g/cm3、孔隙率≤22%、渗透系数k=ｉ×10-3～1×10-4cm/s。
　　（2）、施工参数：控制最大粒径300mm（如图3 大城水库砼面板堆石坝坝料级配曲线图）、铺料厚度50cm、13.5t振动平碾(施工中根据实际情况进行调整)碾压6～8遍、铺料和碾压前应加水润湿。
　　
　　
　　2碾压试验
　　（1）、碾压试验的材料
　　取用1#隧洞出口左岸石料场爆破获得的石料，最大粒径为300 mm。
　　（2）、试验场地选择
　　场地就地选择在1#隧洞出口左岸石料场，机械平整，并在已铺石渣的场地平碾振动碾压10遍，面积8m×16m。
　　（3）、碾压机械
　　选择lss220型的20t振动平碾。
　　（4）、铺料的方法、厚度、夯实的方法与遍数
　　直接采用pc300lc挖掘机取料和布料，人工辅助整平，ty160型推土机平料，20t振动平碾平行于场地长边振动碾压，原地压够试验遍数后按错整碾并搭接20cm宽度进行碾压。铺料厚度按50cm、60cm控制，实测为50.6cm、61.7cm，遍数为6、8遍。
　　（5）、试验测量
　　整个过程都用水准仪来测量铺料厚度、压实后的厚度，计算压实沉降量。
　　（6）、碾压试验质量检测
　　每种铺料厚度的每种遍数压完后，用挖坑灌水法取试样2组，计算其干密度、含水量、孔隙率、颗粒级配，并做1组单环现场注水渗透试验计算渗透系数（50cm、8遍）。
　　3试验成果分析及试验结论
　　（1）、两场试验的8组试样的孔隙率均小于设计要求值22%，颗粒级配曲线都在设计包络线内。
　　（2）、铺料厚度61.7cm、碾压8遍碾压完后做单环现场注水渗透试验，渗透系数k=3.2×10-4cm/s,略大于设计下限值1×10-4cm/s。原因装环时只挖除表面2cm的压实层，表面为细小颗粒，渗透系数偏小；若挖至压实层的中部，渗透系数会大一些，满足设计要求。
　　（3）、铺料厚度50.6cm、碾压6遍和铺料厚度61.7cm、碾压6、8遍干密度均达不到设计要求。分析前者碾压遍数少，后者铺料偏厚。铺料厚度50.6cm、碾压8遍能达到设计值。说明20t振动平碾适宜的铺料厚度50cm、碾压遍数8遍。其试验数据见表3：过渡料主要碾压试验数据成果表。其试验数据见表3。
　　过渡料选取铺料厚度50cm、20t振动平碾碾压8遍的施工参数。
　　（三）垫层料
　　1设计指标
　　（1）、垫层料经压实后指标：干密度为2.10g/cm3，孔隙率≤22%；渗透系数k=i×10-3～1×10-4cm/s。
　　（2）、施工参数：控制最大粒径80～100mm（如图3 大城水库砼面板堆石坝坝料级配曲线图）；13.5t振动平碾（施工中根据实际情况进行调整）,振动碾压6～8遍；铺料厚度50cm。
　　2 碾压试验
　　（1）、碾压试验的材料
　　根据垫层料要求颗粒级配的组成，结合水库岸坡及坝基开挖和石料场分布不利于开采的情况，决定采用掺配方式获得。利用主坝岸坡及坝基开挖料中的弱风化至未风化石料，经过选择用颚式破碎机加工成dmax＜80mm和用40mm的半成品粗料锤式打砂机制砂，通过室内掺配试验得出符合设计要求的体积掺配比例为3：7。掺配过程进行加水6.0%左右得到合格的碾压材料。
　　（2）、试验场地选择
　　试验场地选择在副坝下游弃料场，场地经过推土机推平铺料30cm厚，用20t振动平碾碾压8遍后成为试验基层，场地面积为15m×20m。

　（3）、碾压机械
　　试验选择lss220型的20t振动平碾，碾辊宽度2130mm，碾辊外径1550mm。
　　（4）、铺料的方法、厚度、夯实的方法与遍数
　　使用斗容3m3zl50c装载机掺配好试验材料，东风8t自卸汽车运料到试验场地后退法卸料，用ty160型推土机平料，铺料面积9m×15m，铺料厚度按50cm、60cm控制，实测为52.8cm、60.4cm。碾压遍数为6、8、10遍，原地压够试验遍数后按错整碾并搭接20cm宽度进行碾压。
　　（5）、试验测量、情况记录
　　整个过程都用水准仪来测量铺料厚度、压实后的厚度，计算压实沉降量。
　　垫层料在不同遍数的碾压中，被碾压的垫层料未出现涌土、橡皮土、粘碾、陷碾、淌水等现象。
　　（6）、碾压试验质量检测
　　碾压试验压实层质量检测采用灌水法取样。每种遍数夯实后，先测量压实厚度和沉降量，再布点挖坑取样，样品全部装塑料食品袋密封，防止水份散失。现场对每个样坑统一编号、记录，运回实验室，进行含水量、干密度、表观密度、孔隙率、颗粒级配和单环注水渗透系数等项目的实验。
　　3试验成果分析及试验结论
　　（1）、14组表观密度试验,结果都是ρ0=2.56g/cm3。
　　（2）、两种铺料厚度、三种夯实遍数颗粒级配相差很小，基本上能满足设计要求。从理论上说，压实遍数越多，粗颗粒被压碎越多，但这次不明显。
　　（3）、两种铺料厚度、三种夯实遍数的渗透系数变化规律性好。52.8cm铺料厚度，碾压遍数多，压实程度高、渗透系数小；60.4cm铺料厚度，碾压10遍的渗透系数反而大于碾压8遍的数值，说明一方面铺料厚度已超过了碾辊性能的最大铺料厚度，另一方面已经超过碾压遍数。碾压8遍也略大于6遍的数值。但数值上还能满足。
　　（4）、不同铺料厚度的不同夯实遍数的干密度和孔隙率变化规律性反映较好。满足设计指标的要求。52.8cm铺料厚度，碾压遍数多，压实程度高、干密度越大和孔隙率越小；60.4cm铺料厚度，碾压10遍的干密度反而小于碾压8遍的数值，原因同上。
　　（5）、加水使成品料的含水量在6.0%左右比较合适。
　　垫层料使用dmax＜80mm和40mm的机械轧制碎石和机制砂掺配，其体积比例为3：7；选取铺料厚度50cm、lss220型的20t振动平碾碾压8遍的施工参数。
　　
　　三、副坝粘土料碾压试验
　　
　　（一）设计指标
　　最优含水量为45.0%，干密度1.18～1.39 g/cm3，垂直渗透系数（4.0～6.4）×10-7cm/s。
　　（二）碾压试验
　　1、室内试验成果及土料分析：料场自然状态时土料含水量45.9～58.5%，平均52.5%； 颗粒组成中d＜0.075mm含量为77.8%； 592.2kj/m3功能击实最大干密度1.21 g/cm3，最优含水量为45.0%。
　　2、碾压试验的材料：根据设计指定的料场1#、2#和现场实际情况选取1#料场。根据室内试验的结果对比设计单位提供的数值，分别取直接挖采的土料和经翻晒一天后的土料进行试验。
　　3、试验场地：1#料场开挖现场，整平并lss220型的20t振动平碾碾压8遍形成试验场地10m×20m。
　　4、碾压机械：选择lss220型的20t振动平碾。
　　5、铺料的方法、厚度、夯实的方法与遍数：pc300lc挖掘机取土，zl50c装载机装、运土，t160推土机铺土，20t振动平碾平行于场地长边振动碾压，原地压够试验遍数后按错整碾并搭接20cm宽度进行碾压。每场试验开始碾压时，先静压2遍再振动碾压。铺料厚度按35cm、30cm控制，实测为33cm（直接取料）、27.4cm（翻晒后取料）。碾压遍数分别为8、10 遍。
　　6、试验测量、情况记录：整个过程都用水准仪来测量铺料厚度、压实后的厚度，计算压实沉降量。粘土料在不同遍数的碾压中，被碾压的垫层料未出现拥土、橡皮土、粘碾、陷碾、淌水等现象。
　　7、碾压试验质量检测：铺料厚度33cm，碾压8遍后用大环刀取样8组；碾压10遍用大环刀取样7组，试验含水量和干密度；铺料厚度27.4cm，碾压8、10遍用大环刀取样6组，试验含水量和干密度。在碾压10遍的土层上，用双环注水法试验土层的渗透系数。
　　(三)试验成果分析及试验结论
　　1、厚度33cm场试验，取直接挖采的土料，用装载机装、运土、推土机铺土振动碾碾压。压实土的含水量与自然含水量接近，高于室内592.2kj/m3功能击实最优含水量7.5%～11%，干密度1.097～1.035g/cm3，达不到设计的要求值。
　　2、厚度27.4cm场试验，土料由挖掘机开采后，用装载机装、运土，土料在料场翻晒一天后，第二天铺土碾压，压实土的最优含水量41.6%～45.7%，与592.2kj/m3功能击实最优含水量45%非常接近。干密度1.18～1.13g/cm3，仍然达不到设计要求的1.18～1.39 g/cm3。
　　3、两场试验说明，干密度均达不到设计要求，主要是含水量偏高，降低土料含水量单靠翻晒是达不到，土料中还须掺混沙砾颗粒，即降低土料含水量又提高压实干密度。两场试验还反映一个规律，同一种土料碾压10遍比碾压8遍含水量提高干密度降低，仅用土料的不均匀性不能圆满解释这一现象。只能说明另一规律，就是1#料场的土在铺土厚度确定的情况下，20t振动平碾碾压8遍比较合适，增加遍数反而降低干密度，提高了含水量。
　　4、厚度27.4cm场碾压试验10遍完后，用双环注水法做渗透试验。注水后5小时水面基本不下降。这种情况足以说明，压实土层的渗透系数接近0比设计要求的垂直渗透系数（4.0～6.4）×10-7cm/s还小，满足设计指标。
　　副坝粘土料选取铺料厚度25-30cm，含水量以最优含水量45.0%为控制基础,上3.0%、下2.0%范围内；20t振动平碾碾压8遍，2遍静压、6遍振动的施工参数。取土高程比现在的开挖面降低4～5m，取土过程将全风化的砂岩颗粒与纯粘土互相掺和，比例为砂岩颗粒:纯粘土=1:5，掺和和仍然进行翻晒。同时，人工拣除树根杂物，翻晒过度的进行适当洒水，岩石面和砼面刷浓粘土浆，增加边角部位的碾压次数。
　　副坝粘土料选取铺料厚度25-30cm，含水量以最优含水量45.0%为控制基础,上3.0%、下2.0%范围内；20t振动平碾碾压8遍，2遍静压、6遍振动的施工参数。取土高程比现在的开挖面降低4～5m，取土过程将全风化的砂岩颗粒与纯粘土互相掺和，比例为砂岩颗粒:纯粘土=1:5，掺和和仍然进行翻晒。同时，人工拣除树根杂物，翻晒过度的进行适当洒水，岩石面和砼面刷浓粘土浆，增加边角部位的碾压次数。
　　
　　四、总结
　　
　　云南昌宁大城水库面板堆石坝、粘土均质坝概括了当地材料坝中比较典型的坝型，概括了土、石的土工试验的种种，具有很强的代表性。在这次碾压试验及施工质量检测过程中有如下的认识和体会，供各位从事土、石坝、公路、堤防施工和从事土工试验的工程技术人员参考。各部位碾压试验相关参数、方法以及最终选用方案总结见下表。
　　（一）面板堆石坝中小区垫层料、垫层料一般经过石料加工不能满足设计需要的颗粒级配要求，需要通过先做室内试验进行掺配，再做室外碾压试验。本工程所处砂岩地区，3：7的砂石掺配比例有一定的参考意义。其它岩石可以在此基础上逐步调整试验得出。
　　（二）在相同或类似的岩石类别、碾压机械的情况下，本工程所试验得出的铺料厚度、压实方式、碾压遍数有一定的参考意义。
　　（三）在碾压试验和现场施工过程中，加强对材料的拌和使其相对均匀是保证试验数据可靠和施工质量得以保证的基础。
　　（四）在单环注水渗透试验时，不能只挖除表面层，而应该挖至碾压层的中部，得到的渗透系数比较真实，反映实际的渗透状况。尤其是砂岩，本身表面层细颗粒较多，加上砂岩很容易破碎，导致表层很密实，渗透系数低。
　　（五）对于粘土的碾压试验，需要先进行室内试验，确定自然含水率和某击实功情况下的含水率，分析其特性。本工程中，粘土由于两高一低的特性，采取翻晒和掺和全风化的砂岩颗粒的方法有相当的参考意义。
　　（六）粘土两场试验反映：同一种土料碾压10遍比8遍含水量提高、干密度降低。是否由于土料的不均匀性或者是由于过压导致土的内在物理性质发生变化，很难确切分析和理论解释。不妨请这方面的理论和实践专家、前辈帮助分析解释。