石门水库沥青心墙坝料场普查阶段碾压试验段报告修改.docx
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石门水库沥青心墙坝料场普查阶段碾压试验段报告修改.docx
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石门水库沥青心墙坝料场普查阶段碾压试验段报告修改
石门水库沥青心墙坝料场普查阶段碾压试验段报告
1.工程概况
石门水库位于兵团第二师新建38团境内,新建38团位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州所辖的且末县境内,地处东经83°56′49″~84°30′24″,北纬37°38′16″~38°01′02″之间。
石门水库位于莫勒切河出山口,距38团团部80km,距巴州且末县城230km,距和田地区民丰县城249km,距库尔勒市800km,距乌鲁木齐市1253km。
石门水库由沥青砼心墙砂砾石坝、左岸泄洪排沙洞、灌溉发电引水洞、右岸无闸溢洪道、电站厂房、尾水等工程组成。
石门水库总库容7362万m3,是以灌溉和发电为开发任务的拦河水库,水库控制灌溉面积18万亩,水库坝后电站装机8000kW,多年平均发电量2913万KW•h。
大坝上游采用25cm厚C30F300W4砼面板,上游坝坡1:
2.25,下游坝坡1:
2;下游坝坡护坡采用30cm浆砌石加砼框格。
坝顶以下20m设计加筋格栅,加筋格栅长20m,排距2.5m,其材料用双向塑料格栅。
2.试验目的
2.1试验目的
(1)坝体填筑设计压实雅士标准的合理性;
(2)25T自行式振动碾适用性及其性能的可靠性;
(3)试验确保达到填筑标准的压实方法(含铺填卸料方法、振动碾行车及振动技术性能、免加水碾压效果等);
(4)试验确定大坝填筑时的施工碾压参数;
(5)较所选填筑料碾压前后的级配变化。
2.2实验内容
(1)标准曲线的绘制,通过室内相对密度试验,按规范方法剔除60mm以上粒径后,人工合成不同含砾率的级配聊进行最大,最小干密度试验,绘制干密度(ρd)与含砾率(Ps)关系曲线,称之为标准曲线;
(2)标准曲线的修正,采用碾压法进行,利用现场振动碾(25T自行式振动碾)全级配砂砾石料进行碾压,碾压密实后进行干密度、颗粒分析试验对室内标准曲线进行复核修正,为坝体填筑质量提供控制标准。
(3)体砂砾石料进行不同铺筑厚度(拟选择60cm、80cm、100cm)不同碾压遍数(4遍、6遍、8遍)的组合碾压试验,了解不同区域的铺料方式、铺料厚度、碾压遍数、行车速度的压实效果。
(4)过程中应进行相应的检测项目,包括沉降量,干密度,碾压后颗粒破碎情况等试验。
(5)筑试验结果进行分析评价,确定出最优碾压参数,编写碾压试验报告递交监理人,根据设计要求对施工参数的选择做出论证。
3.试验用料确定
3.1坝料设计要求
资料,大坝坝料类别主要有坝壳料和过度料两种。
故本次碾压试验主要针对以上两种料进行。
由于施工要求,先对坝壳料进行试验分析。
料源代表性直接影响着碾压试验的各项参数,需明确料场的开采位置,各料场的级配情况,各种坝料的质量要求等。
见表3-1。
沥青混凝土心墙坝坝料分区及填筑设计指标表3-1
坝体分区
坝料名称
坝料要求
填筑要求
备注
Ⅰ
上游砂砾石坝壳料
采用C1和C4-1料场,优先选用C4-1料场,填筑含泥量<5%
Dr>0.85
Ⅰ
(1)
下游砂砾石坝壳料
采用C4-2料场,填筑含泥量<5%
Dr>0.85
Ⅱ
下游砂砾石坝壳料
采用C2料场,填筑含泥量<8%
Dr>0.85
Ⅲ
过渡料
采用C4料场筛分,最大颗粒dmax<80mm,小于5mm粒径含量宜为25%-40%,小于0.075mm粒径不超过5%
Dr>0.85
Ⅳ
石渣料回填料
主要利用泄水建筑物的岩石开挖料,要求采用微风化和弱风化岩石,岩石的饱和抗压强度不低于30MPa,控制最大粒径不大于80cm。
n<24%
Ⅰ
上游围堰填筑区
同Ⅰ区,可优先选用河床和坝基开挖量回填
Dr>0.85
3.2试验用料评价
要求确定采用料场为C1料场(C1T-9)料坑为试验段用料。
距离坝址约2.5Km,与坝址之间有简易的土石路相连,交通比较便利,均在莫勒切河上游阶地处,该处料源丰富,料级配变化不大,满足设计要求。
着其性质的不同,影响着碾压试验的组数和试验场次的多少。
对于坝壳料当其上下级配包线在一个很小的范围内时,采用平均级配曲线近似的代表该料场的坝料性质可以以它为代表进行碾压试验;若上下包线分布范围很大时,代表性坝料将是多组,则应审慎选取不同级配的代表坝料进行碾压试验。
当有多个料场时,若不同料场坝料的性质相差较大时,也应分别对每个料场的坝料进行碾压试验。
根据设计资料及料场普查结果显示,料场级配变化不大,可以考虑采用平均级配曲线进行试验。
坝料总体上偏粗,从本次料场复查的16组颗粒分析成果上看出,细颗粒含量多分布在20%-30%之间,相对比较稳定,坝料的平均线不均匀系数较大,Cu=83.3,曲率系数Cc=2.13,级配不良,因此该坝料可以作为碾压试验段的用料。
详见表3-2。
C1料场小于该孔径试样质量占总试样质量百分率(%)汇总表3-2
取样地点
大于
200
200~60
60~40
40~20
20~10
10~5
5~2
2~1
1~0.5
0.5~0.25
0.25~
0.075
小于
0.075
C1T-4
100
83.5
69.3
54.2
40.6
33.1
25.0
18.9
14.7
9.4
5.0
/
C1T-5
100
81.7
67.0
50.6
38.6
30.4
22.8
17.1
14.4
8.8
4.5
/
C1T-6
100
83.0
74.5
58.1
43.6
33.5
25.6
18.8
13.3
9.9
5.3
/
C1T-7
100
82.7
68.6
53.6
37.8
30.0
23.2
18.0
13.3
9.6
4.9
/
C1T-8
100
86.0
73.3
58.6
43.2
33.3
25.0
19.3
13.5
8.8
5.1
/
C1T-9
100
84.8
70.1
54.4
40.7
31.6
24.7
20.9
15.0
7.9
4.3
/
C1T-10
100
85.0
72.1
57.9
42.0
32.7
24.7
19.8
14.4
8.5
4.4
/
C1T-11
100
85.9
70.8
54.9
39.6
30.7
24.1
20.1
15.4
9.8
5.5
/
最大值
100
86.0
74.5
58.6
43.6
33.5
25.6
20.9
15.4
9.9
5.5
/
最小值
100
81.7
67.0
50.6
37.8
30.0
22.8
17.1
13.3
7.9
4.3
/
平均值
100
84.1
70.7
55.3
40.8
31.9
24.4
19.1
14.3
9.1
4.9
/
4标准曲线的推求
4.1室内标准曲线
砂砾料填筑的压实标准以相对密度控制,施工前先通过试验确定填筑料的最大和最小干密度,对工程质量控制具有重要意义。
然而确定砂砾料现场最大干密度还没有一个完整成熟的确定方法,致使检测结果难以评价,影响工程填筑质量。
《土工试验规程》(SL237-199)中规定了粒径小于60mm粗粒土的先对密度试验方法,该方法虽然大于60mm粒径土料试验提出了可采用剔除法、等量代替发、相似级配法,混合法等方法,但是同时也指出了这几种方法也有各自的局限性,要求在使用时要根据土料的性质和试验目的来觉定。
工程实践证明,这些方法都有各自的不足之处,经常出现相对密度大于1或者反复碾压也达不到压实标准,难以满足工程实际的需要。
本次碾压试验先在室内对坝料进行超粒径剔除,测定不同含砾率的最大、小干密度,绘制试验室最大、最小干密度标准曲线。
4.2实验室配料
试验室为得到较可靠的标准曲线,以坝料上、下包线含砾率作为界边,初步选择含砾率为40%、50%、60%、70%、80%进行人工配制,每组级配用量约100kg,进行最大最小干密度试验,为保证试验成果的可靠性,做平行试验。
试验结果见表4-1。
不同砾石含量试验室最大、最小干密度干密度试验结果表4-1
砾石含量
最大干密度
最小干密度
Dr=0.85
%
g/cm3
g/cm3
g/cm3
40
2.22
1.93
2.17
50
2.27
1.98
2.22
60
2.35
1.96
2.28
70
2.29
1.94
2.23
80
2.23
1.92
2.18
4.3标准曲线修正
对室内标准曲线的修正采用现场碾压法进行,碾压完毕后进行现场P5含量的测定,在与等量P5含量对应室内标准曲线相对密度在0.85时的控制干密度与现场测干密度的比较,最后得出修正现场碾压后的修正曲线。
铺料厚度应考虑以下因素:
1.应结合坝料的最大粒径来选择铺料厚度,最大粒径的确定直接影响到施工的难以和料场的利用率及施工效益,根据经验填筑允许的最大粒径可与填筑层厚度等厚;2.铺料厚度必须控制在碾压机械有效影响深度范围内,不能过厚与过薄,应考虑碾压设备的效益发挥;3.对于分区填筑时,碾压厚度的选择应结合各料区的填筑厚度合理匹配,确保填筑坝面齐平均衡上升。
按上述原则初步选择坝壳料铺设厚度为60cm,砂砾料选择装载机平整后退法铺料(坝壳料采用全级配上料),根据振动压实理论,强振具有较强的穿透能力,影响深度较大,有利于压实层中间至底层的压实,对全级配坝料碾压试验采用振动碾先静压一遍后,用水准仪测定个基点的高程,在强振两遍,在测量个基点的高程,以后每两遍测量一次高程,在振动过程中应防止颗粒离析现象,适当调整振动频率通过测定其沉降量值几乎为零时,停止强振,在弱振两遍,认为级配达到最大密实度时,可以停止振动。
工程砂砾料干密度的测定方法一般采用灌水法,本次试验段砂砾料干密度的测定方法为灌水法,为确保数据的准确性,计划取点10组,对每个孔挖出料采用固定体积法测定最小干密度值。
将试料通过60mm及5mm筛网,测定超劲含量及5-60mm砾石含量值,对试验室绘制最大、最小干密度-Ps关系曲线进行超粒径修正,最终得到坝壳料最大、最小干密度曲线,即现场现场标准曲线,以此作为今后坝料碾压的控制标准。
沉降量与碾压遍数关系曲线图
选择具有代表性的测量基点取其平均值后,绘制碾压后沉降量与碾压遍数关系曲线,可以看出当强振遍数为6遍时(来回算1遍),沉降量几乎不变,认为此时坝料碾压达到最大密实度,可以进行最大干密度的测定。
现场采用灌水法测定最大干密度,对每个坑的试料进行了筛分试验。
结果见表4-2。
现场测定不同砾石含量下的最大干密度表4-2
坝料
指标
实验值
平均值
坝壳料
>60mm的含量(%)
14.2
15.3
13.5
14.7
12.4
13.7
14.4
13.4
11.8
14.1
13.7
<5mm的含量(%)
32.7
41.6
33.2
41.5
35.2
36.3
32.1
33.5
32.7
31.9
35.4
Ρmax(g/cm3)
2.34
2.31
2.28
2.30
2.29
2.32
2.33
2.29
2.31
2.35
2.31
通过检查测量孔的颗粒级配情况,计算小于5mm及大于60mm的颗粒含量。
对室内标准曲线进行修正。
坝壳料细含量的平均值为35.4%,砾石含量为64.6%,所对应的最大干密度的平均值为2.35g/cm3,与室内标准曲线对比砾石含量为60%所对应的最大干密度的平均值为2.35g/cm3,故坝壳料现场标准曲线与室内标准曲线一致,对应现场标准曲线见图4-3。
5.坝料碾压试验
5.1试验场地的布置
碾试验场地要求平整坚实,平整后采用25T自行式振动碾压实一遍,按3种铺土厚度(60cm、80cm、
100cm)、3种碾压遍数(4遍、6遍、8遍)进行9种情况组合,分别9个碾压单元,每个碾压单元为15m×50m。
见图5-1。
5.2施工机械配制
本次现场碾压试验施工机械设备及数量配制见表5-1。
碾压试验主要施工机械配制表表表5-1
序号
机械名称
规格型号
单位
数量
1
挖掘机
1.8m3
台
1
2
装载机
ZL50
台
1
3
自卸汽车
20m3
辆
2
4
自行振动碾
25t
台
1
5
试验检测设备
套
1
碾压设备机械参数表5-2
设备名称
全液压自行式振动碾
备注
设备型号
KS202DS
生产厂家
青岛科泰重工
工作质量(T)
24.5
振动频率(HZ)
30/34
振动频率拟选用30
激振力(KN)
315/190
激振力拟选用315
振幅(mm)
1.85/0.85
振幅拟选用2.0
额定功率(KW)
110
行驶速度(Km/h)
Ⅰ档2Ⅱ档4Ⅲ档10
速度拟选用2
碾宽(m)
2.13
5.3碾压试验工艺
本次碾压试验应按下述步骤进行:
第一步测量放线:
在碾压好的场地上,用白灰线按布置要求布设试验分区,并在场外设置试验分区控制边桩及试验要求技术牌。
结合边桩,在各测点上用石灰标记,也可用全站仪实测各测点的坐标位置,并进行水准测量,获得高程基准。
第二步铺料整平:
采用自卸汽车运输到试验场地规定点卸料,对砂砾石坝料采用后退法铺料(即汽车在碾压完毕的作业面上行走),以避免砂砾石坝料分离。
按计划要求的铺料厚度用推土机摊铺整平,并用带有刻度的尺杆控制铺料厚度,厚度误差控制在±5cm以内。
第三步碾压前测量:
用全站仪或水准仪对第一步的各测点进行对应放线或水准测量,用白色石灰标记各测点,然后实测并记录各测点的初始高程,核对铺料厚度。
第四步碾压前后级配检验:
在坝料铺填面上选定测量点,并用石灰做好圆圈标记,在圈内挖坑取样,坑深应与铺料层厚度相同,对取出的坝料进行颗粒试验,记录碾压前的级配。
然后再试坑内铺设塑模,并将各粒组坝料均匀混掺后回填到试坑内,待碾压完成后,取出塑模范围内的坝料再次进行级配检测,以评价碾压作用对坝料级配及其他工程性质的影响。
第五步碾压:
采用先碾一遍,后动碾四遍、六遍、八遍,按前进、后退全振不错位法进行碾压作业,即振动碾滚筒宽度在同一碾压带上进退碾压。
两条碾压带之间的搭接宽度为轮宽的1/3,往返一个来回算碾压一遍。
石门水库采用青岛科泰重工机械有限公司生产的型号为KS202DS自行式振动碾,达到较好的生产效率时,振动频率为30/34Hz,行走速率2.0-2.4km/h。
第六步 碾压后测量:
以此完成规定的碾压遍数后,对各区的标记点进行碾压后的高程测量,与碾压前的高程对比,求出碾压后各点的沉降值,并计算试验分区内的沉降平均值,绘制沉降值-碾压遍数关系曲线。
第七步 干密度及级配检测:
用灌水法测定标定点的干密度,绘制干密度-碾压遍数关系曲线。
5.4碾压试验成果
采用灌水法测定干碾试验场地各碾压单元标定点的干密度,见表5-3,并绘制碾压厚度为60cm、80cm、100cm的干密度~碾压遍数关系曲线,见图5-5。
干碾试验场地各单元测点干密度试验结果汇总表表5-3
铺土厚度
碾压遍数
指标
试验值
平均值
60cm
4
<5mm含量(%)
63
57
64
65
68
66
64
60
62
65
63
ρdmax(g/cm3)
2.29
2.30
2.30
2.29
2.29
2.29
2.31
2.28
2.30
2.30
2.30
6
<5mm含量(%)
64
62
58
61
60
65
61
63
66
62
62
ρdmax(g/cm3)
2.31
2.31
2.31
2.30
2.31
2.31
2.31
2.31
2.32
2.32
2.31
8
<5mm含量(%)
64
67
59
63
66
61
65
68
62
65
64
ρdmax(g/cm3)
2.28
2.27
2.29
2.29
2.28
2.28
2.28
2.26
2.29
2.28
2.28
80cm
4
<5mm含量(%)
66
63
59
64
68
67
63
57
62
66
63
ρdmax(g/cm3)
2.25
2.28
2.27
2.26
2.24
2.25
2.28
2.26
2.27
2.26
2.26
6
<5mm含量(%)
66
62
68
63
67
68
65
66
62
60
65
ρdmax(g/cm3)
2.27
2.29
2.26
2.28
2.27
2.25
2.28
2.27
2.29
2.29
2.28
8
<5mm含量(%)
62
66
64
65
60
60
64
61
66
63
63
ρdmax(g/cm3)
2.30
2.28
2.28
2.28
2.29
2.29
2.29
2.30
2.28
2.30
2.29
100cm
4
<5mm含量(%)
65
68
62
67
63
62
60
64
59
63
63
ρdmax(g/cm3)
2.26
2.23
2.26
2.25
2.26
2.25
2.25
2.24
2.24
2.25
2.25
6
<5mm含量(%)
67
61
65
63
66
65
62
60
58
64
63
ρdmax(g/cm3)
2.24
2.26
2.26
2.27
2.25
2.26
2.26
2.26
2.25
2.26
2.26
8
<5mm含量(%)
65
61
63
66
62
67
59
64
61
65
63
ρdmax(g/cm3)
2.26
2.27
2.28
2.27
2.28
2.26
2.27
2.26
2.27
2.27
2.27
从表5-3中可以看到:
各测孔的细料含量均在40%左右,坝料级配较均匀,铺土厚度为60cm、80cm时各测点干密度均能满足设计干密度,但铺土厚度为100cm比设计干密度稍小,考虑本工程采用了25T自行式振动碾,为加快施工进度,铺土厚度选择80cm。
碾压遍数与干密度曲线图图5-3
碾压遍数与铺料厚度关系曲线图图5-4
从图5-4可以看出:
铺土厚度为80cm时,随着碾压遍数的增加,干密度也在增大,碾压遍数为6遍、8遍时均能满足干密度设计要求,为保证碾压质量,确定碾压遍数为6遍。
6碾压试验结论
通过对石门水库工程坝筑坝材碾压试验工作,可以得出以下结论:
从坝料颗粒分析成果上看,坝料总体偏细,细料含量多分布在30%—40%之间。
比较固定。
同时坝料不均匀系数较大,平均线cu=83.3,cc=2.13,级配不良,该坝料可以得到较好的碾压密度。
从现场干密度试验结果看,坝料碾压后干密度较高,铺土厚度60cm及80cm均可以达到较好的密实度,铺土厚度100cm底层密度个别点略偏低。
综合考虑,为加快施工进度,建议铺土厚度选择80cm,碾压6遍。
坝料控制见表6-1,建议在施工检测过程中对碾压密度做进一步验证复核。
石门水库坝料填筑控制标准表6-1
坝壳料(全料上坝)
砾石含量(%)
Dr=0.85(g/cm3)
40
2.17
50
2.22
60
2.28
70
2.23
80
2.18
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