大坝砾质土心墙料现场碾压试验方案.docx
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大坝砾质土心墙料现场碾压试验方案
16.3大坝砾质土心墙料现场碾压试验
XX水电站为一等工程，永久性主要水工建筑物为1级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。
枢纽工程主要由砾质土心墙堆石坝、溢洪道、冲沙兼放空洞、引水系统、发电厂房和灌溉取水口等建筑物组成。
大坝为砾质土心墙堆石坝，坝顶高程1414.80m，坝顶长576.68m，最大坝高139.80m，坝顶宽12m。
其中，心墙顶宽4.0m，上、下游坡比1:
0.25，心墙与混凝土垫层接触部位采用厚度2.0m的接触粘土过渡。
16.3.1碾压试验目的
（1）施工阶段通过生产性的碾压试验验证最大干密度与最优含水率的关系，砾石含量与最大干密度的关系，及验证填筑含水率可碾范围。
（2）设计采用的填筑标准与室内击实功能的对应关系，核实填料设计填筑标准的合理性。
（3）针对室内试验反映的料场土料含水率偏高的情况，研究和确定土料直接上坝的可行性。
（4）选取合适的机械参数和施工参数，确定大坝施工的压实参数。
（5）现场压实质量控制的方法，心墙砾质土细料压实度控制与全料压实度控制的关系。
（6）确定砾质土的开采方式、深度、掺合方法、结合料场制定开采规划及土料含水率调整措施。
（7）评价及建议。
16.3.2.碾压试验的主要依据
（1）各种土料设计主要参数见表16.3-1
表16.3-1各种土料设计主要参数表
土料名称
料源
压实要求
压实参考干密度（g/cm3）
渗透系数（cm/s）
级配要求
砾质土料
坝址左岸土料场、XX寨土料场和丹梯村土料场开采料
全料压实度≥95%（修正普氏标准，
1470kJ/m3功能），细料压实度≥98%（标
准普氏标准，592.2kJ/m3功能）
平均1.90
＜1×10-5
粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%，最大粒径不大于150mm或铺层厚度
的2/3，0.075mm以下的颗粒含量不应小于15%，且<0.005mm的颗粒含量不宜
小于8%。
填筑过程中应避免砾石集中架空现象。
接触粘土料
丹梯村土料场开采料
全料压实度≥98%（标准普氏标准，
592.2kJ/m3功能
平均1.70
＜1×10-6
最大粒径不大于20mm，小于0.075mm的颗粒含量应大于70%，小于0.005mm的含量应大于25%
（2）《碾压式土石坝施工技术规程》DL/T5129-2001
（3）《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001
（4）《土工试验规程》SL237-1999
（5）《水电水利工程土工试验规程》DL/T5355-2006；
16.3.3接触粘土料碾压试验内容及要求
在选定的试验用土料场剥除表层后开采直接运至碾压场铺料碾压。
（1）在天然含水率下（含水率适中）按两种铺土厚度（25cm、30cm），3个碾压遍数（6、8、10遍）进行第一大场计6个小场试验，以初步了解接触粘土料在天然含水率下的压实性能。
（2）接触粘土料根据室内击实试验的最优含水率按25cm、30cm的铺土厚度，选定三个碾压遍数共进行6小场，第二大场碾压试验，以了解其在最优含水率ωOP下的压实效果。
（3）比最优含水率偏湿2%，进行2个铺土厚度（25cm、30cm）、3个碾压遍数的第三大场试验，计6小场。
（4）比最优含水率偏湿4%，进行2个铺土厚度（25cm、30cm）、3个碾压遍数的第四大场试验，计6小场。
（5）根据第一～第四大场试验成果选取最佳碾压遍数、最佳铺土厚度、最佳含水率范围进行平均级配混合料的第五大场复核试验。
并在复核场上进行原位垂直渗透（3组）及原位水平渗透（2组）试验。
取原状样进行室内大型渗透试验2组及高压大型压缩试验2组（饱和、非饱和各一组）。
（6）以上内容若发现试验结果出现异常，再决定增、减试验场数。
16.3.4砾质土心墙料碾压试验内容及要求
1、碾压机械比较试验场次安排
对料场平均级配下天然含水率（含水率适中）砾质土心墙料，分别采用20t自行式标准凸块振动碾及22t自行式标准凸块振动碾，铺土厚度分别为25cm、30cm，碾压遍数分别为6、8、10遍，进行第一大场共12小场（一种机械、一个铺土厚度、1个碾压遍数为1小场，面积4m×10m，下同）的碾压试验，以进行碾压机械的比较。
根据以上试验，选定碾压机械。
以下各碾压试验均采用选定的碾压机械。
2、砾质土心墙料碾压试验场次安排
在选定的试验用土料场剥除表层后根据需要立采后直接运至碾压场铺料碾压。
（1）平均级配砾质土心墙料在天然含水率下（含水率适中）按两种铺土厚度（25cm、30cm），3个碾压遍数（6、8、10遍）进行第二大场计6个小场试验。
该大场试验料须从料场立采混合后直接运至碾压场铺料碾压，以初步了解砾质土心墙料在天然含水率下的压实性能。
（2）平均级配砾质土心墙料根据室内击实试验的最优含水率按25cm、30cm的铺土厚度，选定三个碾压遍数共进行6小场第三大场碾压试验，以了解砾质土心墙料在最优含水率ωOP下的压实效果。
（3）比最优含水率偏干2%的平均级配砾质土心墙料，进行2个铺土厚度（25cm、30cm）、3个碾压遍数（6、8、10遍）的第四大场试验，计6小场。
（4）比最优含水率偏湿2%~3%的平均级配砾质土心墙料，进行2个铺土厚度（30cm、35cm）、3个碾压遍数的第五大场试验，计6小场。
（5）根据第二~第五大场试验成果选取最佳碾压遍数、最佳铺土厚度、最佳含水率范围进行平均级配砾质土心墙料的第六大场复核试验。
并在复核场上进行原位垂直渗透（3组）及原位水平渗透（2组）试验。
取原状样进行室内大型渗透试验2组及高压大型压缩试验2组（饱和、非饱和各一组）。
（6）取砾质土心墙料偏细级配根据室内击实试验的最优含水率偏高2%进行2个铺土厚度（25cm、30cm）、3个碾压遍数的第七大场计6小场试验。
（7）根据第七大场试验成果选取最佳碾压遍数、最佳铺土厚度进行偏细级配砾质土心墙料的第八大场复核试验。
（8）以上内容若发现试验结果出现异常，再决定增、减试验场数。
接触性粘土料、砾质土料碾压场次见表16.3-2
表16.3-2接触性粘土料、砾质土料碾压场次
序号
碾压目的
丹梯村土料场
1
接触性粘土（丹梯村土料场）
1.1
天然含水率、2个厚度、3个遍数
6小场
1.2
最优含水率、2个厚度、3个遍数
6小场
1.3
大于最优含水率2%、2个厚度、3个遍数
6小场
1.4
大于最优含水率4%、2个厚度、3个遍数
6小场
1.5
复核试验（最佳碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
1小场
2
砾质土料（已选定的土料场）
2.1
砾质土料平均级配
天然含水率、2个厚度、3个遍数
6小场
2.2
最优含水率、2个厚度、3个遍数
6小场
2.3
小于最优含水率2%、2个厚度、3个遍数
6小场
2.4
大于最优含水率2%~3%、2个厚度、3个遍数
6小场
2.5
复核试验（最佳碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
1小场
2.6
砾质土料偏细级配
大于最优含水率2%、2个厚度、3个遍数
6小场
2.7
复核试验（最佳碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
1小场
3
碾压机械选择碾压场次
3.1
震动凸块碾（20t）2个厚度、3个遍数
6
3.1
震动凸块碾（22t）2个厚度、3个遍数
6
合计
69小场
注：
同一个含水率下同一个铺土厚度，不同碾压遍数（6、8、10遍），为一大场；同一个含水率下同一个铺土厚度，一个碾压遍数，为一小场；
16.3.5现场碾压试验的描述
每场碾压试验应作如下描述记录：
（1）记录使用开采方法、运输设备、卸料方式、铺料方法、碾压方式（应与将来施工方法一致）；
（2）检查铺土有无粗细分离现象，观测上、下层结合情况；碾压后有无剪切破坏情况。
（3）记录各种料物在碾压前松土厚度与碾压厚压实土层厚度。
16.3.6现场碾压试验检测
现场碾压试验的检测应严格按水电部门有关规程、规范（DL/T5129-2001、DL/T5355-2006等）进行。
（1）对本次碾压试验所采用料源（接触粘土料、砾质土心墙料），进行物理、力学性试验。
（2）每大场碾压前需进行现场含水率、比重、流塑限、颗分各2组、击实试验1组。
碾压后每小场每个碾压遍数试坑取密度、含水率及相应的压后颗粒级配分析试验6组。
（3）每场碾压前后的沉降观测采用水准仪及经纬仪测量系统定点观测沉降量，每小场12点。
（4）碾压后的密度值、含水率采用试坑灌水法或灌砂法进行，试坑直径30cm，试坑深度挖至该层压实层厚。
烘干法测全料含水率同时分别。
（5）每种料复核场均需进行原位垂直渗透试验3组，水平渗透2组，垂直、水平渗透试验装置见图。
（6）取原状样应密封保持天然含水率，勿扰动，压缩及渗透试验土样尺寸宜40cm×40cm×30cm，装箱周围用细土填满，迅速运至试验室。
大坝心墙料、接触粘土料现场碾压试验项目及组数见表16.3-3
现场垂直渗透示意图见图16.3.1
现场水平渗透示意图见图16.3.2
表16.3-3大坝心墙料、接触粘土料现场碾压试验项目及组数
序
号
试验项目
含水率
容重
比重
界限
含水率
颗粒分析
击实
三点击实
原位渗透
大型原状土样
观测点
试前
试后
水平
垂直
渗透
压缩
三轴
一
接触粘土料料源
1
丹梯村土料场（物理、力学性试验）
4
4
4
4
3
3
3
二
砾质土料料源
1
坝址左岸土料场（物理、力学性试验）
4
4
4
4
3
3
3
2
XX寨土料场（物理、力学性试验）
4
4
4
4
3
3
3
3
丹梯村土料场（物理、力学性试验）
4
4
4
4
3
3
3
三
碾压试验场次
1
接触粘土
1.1
天然含水率、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
1.2
最优含水率、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
1.3
大于最优含水率2％、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
1.4
大于最优含水率4％、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
1.5
复核场（最佳的碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
2
2
2
1
2
3
2
2
12
2
砾质土料
2.1
碾压设备的选型
2.1.1
天然含水率、2个厚度、3个遍数（20t凸块振动碾）
2
2
2
1
12
2.1.2
天然含水率、2个厚度、3个遍数（22t凸块振动碾）
2
2
2
1
12
2.2
在确定选用碾压机械下；选定的试验用砾质土料
2.2.1
平均级配砾质土料在天然含水率、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
2.2.2
平均级配砾质土料在最优含水率、2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
2.2.3
平均级配砾质土料在小于最优含水率2％、
2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
2.2.4
平均级配砾质土料在大于最优含水率2％～3％、
2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
2.2.5
复核场平均级配砾质土料
（最佳的碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
2
2
2
1
2
3
2
2
12
2.2.6
偏细级配砾质土料在大于最优含水率2％、
2个厚度、3个遍数
2
2
2
1
72
2.2.7
复核场偏细级配砾质土料
（最佳的碾压遍数、铺土厚度、最优含水率）
2
2
2
1
2
3
2
2
12
四
碾压试验现场检测试验
1
物理、力学性试验（碾压69小场、每场按6点取样）
414
414
414
138
2
透水性试验（复核场3大场，
水平渗透每场2组；垂直渗透每场2组）
6
9
五
碾压试验现场取大型原状土样室内试验
1
物理、力学性试验（复核场3大场）
6
9
6
6
合计
430
430
44
44
40
426
26
138
6
9
6
6
708
以上检测内容若发现试验结果出现异常，再决定增加试验场数。
16.3.7试验资料的整理及成果
（1）每场碾压试验前、后土料的物理性试验成果汇总表。
（2）碾压试验中的各种相关参数的关系曲线。
（3）试验成果汇总表。
16.3.8提交的试验成果内容
（1）接触粘土料、砾质土心墙料碾压前、后的常规物理力学指标；
（2）接触粘土料、砾质土心墙料设计填筑标准的合理性及可行性；
（3）接触粘土料、砾质土心墙料的碾压施工参数的优化组合及其合理性、适应性。
16.3.9碾压试验研究报告
碾压试验完成后，应提交试验报告60份，并提请发包人组织验收。
碾压试验研究报告的主要内容如下：
（1）工程概况、土料场概况、土料设计指标；
（2）各种试验土料碾压前后的常规物理、力学试验成果及分析；
（3）各种试验土料的碾压试验过程、碾压试验的成果及分析；
（4）论证各种试验土料设计填筑标准的合理性及可行性；
（5）各种试验土料的建议碾压施工参数；
（6）质量控制措施及质量检测方法。
16.3.10碾压试验施工组织
1、现场试验室组织机构
根据招标文件对专项试验承担的试验项目的要求，且本专项试验由于种类繁多，施工工艺复杂，质量要求高，为确保专项碾压试验的完成，结合我检测公司多个专项碾压试验的丰富经验，设置现场试验室，机构框图如下：
现场试验室机构框图
现场试验室负责人
技术负责人
室外试验组
室内试验组
测量组
1人
料场组
1人
碾压组
5人
力学组
2人
物理组
2人
2、试验室人员
试验室的人员按现场试验要求配备，由有上岗证的检测工程师、及试验经验丰富的中高级试验员及辅助工组成。
在保证人员相对稳定的前提下，按工程进展和检测工作量的大小安排相应专业和相应数量的工作人员进场，使现场工作人员的素质和数量既能满足碾压高峰期的检测需要。
初步拟订每场试验小工数人员20人。
3、质量保证体系及质量方针、质量承诺
为了确保本碾压试验任何时候所提交的报告准确和有效，达到优质服务，现场试验室按母体试验室要求建立质量体系。
（1）试验室全体人员都应严肃对待各项检测工作，遵守各项规章制度、操作规程及工作程序，保证所出具的检测结论的可靠性、准确性。
（2）质量检测结果分析与判断的依据是检测数据，任何人不得以任何方式（包括行政与经济手段）进行更改。
（3）试验人员严格遵守试验室公正性声明，对任何损害公正性的试验人员进行严肃处理，直至追究经济和法律责任。
（4）对检验报告严格执行审签制度。
4、试验场地
（1）碾压试验用场地要求场地平整，面积2×18m×24m,试验土料铺填有效面积（长×宽）2×12m×8m，场地四周应有3m～8m左右的约束带。
按有关规范可做3小场试验，每小场面积（长×宽）4m×8m.
（2）场地基础应进行清基、填平，基础压实平整后，用试验土料在地基上填压一层，整平，用振动平碾碾压压实到密实度大于设计要求指标,以此作为碾压试验用基础进行测量，放线布置测点后正式铺土试验。
（3）碾压试验场地布置见图16.3.3，图中场地尺寸为有效碾压尺寸；
5、试验材料准备
（1）考虑心墙防渗料（接触粘土料、砾质土心墙料）地形、料层分布,在选用的料场开采区内用挖掘机、推土机立面开采混合土料拌合均匀后运至试验场地，进行碾压试验。
（2）碾压试验用料数量见表16.3-4。
表16.3-4碾压试验用料数量
材料名称
砾质土心墙料
（平均级配）
砾质土心墙料
（偏细级配）
接触粘土料
选定的料场
3000m3
800m3
/
丹梯村土料场
/
/
800m3
6、碾压机具的确定
（1）碾压试验设备见表16.3-5
表16.3-5碾压试验设备
设备名称
型号规格
产地
台数
适用坝料
震动凸块碾20t
20t
三一重工
1
心墙料
震动凸块碾22t
22t
三一重工
1
心墙料
立式快速冲击夯
80型-JHB
江苏
1
接触粘土料
装载机
ZL50D3.0m3
柳工
1
接触性粘土
（2）碾压机械的技术参数见表16.3-6
表16.3-6碾压机械的主要技术参数
项目
机械名称
总重
（t）
功率
（kW）
碾重
（t）
碾直径
（mm）
碾宽
（mm）
振动频率
（hz）
震动凸块碾20t
20
128
9.7
1523
2178
28
震动凸块碾22t
22
136
10.5
1523
2178
28
立式快速冲击夯
80kg
3
/
/
/
/
装载机
16
92
/
/
/
/
16.3.11碾压试验
1、现场试验室检测仪器设备配置
试验室配置的设备按招标文件提供的碾压试验内容及检测项目进行配置，在满足碾压试验需要的前提下，本着“实用、可靠、先进、经济”的原则进行选型，现场试验室设备采用稳定可靠的国产设备。
现场试验设备配置表（岩土检测部分）见表16.3-7
2、现场试验设备配置表（岩土检测部分）
表16.3-7现场试验设备配置表（岩土检测部分）
序号
产品名称
规格型号
单位
数量
产地
1
烘箱
450×550×550mm
台
2
上海
2
电子天平
1100g/0.01g
台
1
上海
3
电子天平
3000g/0.1g
台
1
上海
4
土工筛（圆孔）
φ800-φ5mm
套
2
浙江
5
土工筛（圆孔）
φ5-φ0.074mm
套
2
浙江
6
土工筛（方孔）
φ25-φ4.75mm
套
1
浙江
7
台秤
100kg
台
3
昆明
8
磅秤
10kg
台
3
昆明
9
环刀
10cm
只
20
南京
10
电动击实仪
φ300mm
套
2
11
电动击实仪
φ152mm
套
2
12
击实仪
φ100mm
套
1
13
密度检测仪（灌砂法）
φ200mm
套
10
河北
14
密度检测仪（灌水法自制）
φ400mm
只
10
15
原位渗透装置
套
2
自制
16
撬棍、塑料薄膜等工器具
批
1
17
计算机
台
2
18
打印机
台
1
19
取样车
辆
1
20
水准仪
台
1
21
全站仪
台
1
3、碾压方法及碾压参数的试验见表16.3-8
表16.3-8碾压方法及碾压参数表
碾
压
方
法
及
碾
压
参
数
铺料厚度
砾质土心墙料
25cm、30cm
接触粘土料
20cm、25cm、30cm
碾压机具
20t凸块振动碾
22t凸块振动碾
快速冲击夯
12轮式装载机
机械行速
1.2～1.5km/h、3～4km/h
碾压遍数
6、8、10
含水率
砾质土心墙料（平均级配）
天然含水率
最优含水率
小于最优含水率2%~3%
大于最优含水率2%~3%
砾质土心墙料（偏细级配）
大于最优含水率2%~3%
接触粘土料
天然含水率
最优含水率
大于最优含水率2%
大于最优含水率4%
铺料方法
砾质土心墙料（平均级配）
后退法铺料
砾质土心墙料（偏细级配）
后退法铺料
接触粘土料
后退法铺料
4、碾压试验进度计划表
碾压试验进度计划安排：
试验前准备工作。
（1）现场实地选定开采料源及碾压场地。
（2）碾压现场三通（通路、通水、通）
（3）建立现场实验室。
（4）土石料场的剥离开采。
（5）碾压机械设备及试验仪器到现场。
（6）备料。
（7）碾压试验。
（8）各大场挖、运、铺料及小场质量检测。
（9）原位水平、垂直渗透试验检测。
（10）原状样复核试验检测。
（11）资料整理汇总。
（12）碾压试验研究总报告编写、送审打印。
16.4大坝反滤料、过渡料、堆石料现场碾压试验
大坝为砾质土心墙堆石坝，坝顶高程1414.80m，坝顶长576.68m，最大坝高139.80m，坝顶宽12m，坝体土石方填筑176.4万m3，其中堆石料填筑719.3万m3，反滤料填筑85.1万m3。
过渡料130.3万m3。
16.4.1碾压试验目的
（1）施工阶段通过生产性的碾压试验验证最大干密度与最优含水率的关系，砾石含量与最大干密度的关系，及验证填筑含水率可碾范围。
（2）设计采用的填筑标准与室内击实功能的对应关系，核实填料设计填筑标准的合理性。
（3）针对室内试验反映的料场土料含水率偏高的情况，研究和确定土料直接上坝的可行性。
（4）选取合适的机械参数和施工参数，确定大坝施工的压实参数。
（5）现场压实质量控制的方法，心墙砾质土细料压实度控制与全料压实度控制的关系。
（6）确定砾质土的开采方式、深度、掺合方法、结合料场制定开采规划及土料含水率调整措施。
（7）评价及建议。
16.4.2.碾压试验的主要依据
（1）各种填筑料设计主要参数见表16.4-1
表16.4-1各种填筑料设计主要参数
填筑料名称
料源
压实要求
压实参考干密度（g/cm3）
渗透系数
级配要求
Ⅰ区堆石料
溢洪道开挖有用料
孔隙率n＜22
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