摘要：本文對國際水電工程加納布維(EPC)水電站項目1#副壩(土石壩)的心墻料碾壓工藝試驗的現場情況進行了介紹，對該土石壩所采用的心墻料取土場的料源性質進行了必要的室內試驗，通過分析介紹了粉砂、礫石和粘土混合料(以下稱為土料)作為芯墻的碾壓試驗結果。本文著重介紹了該料場土料的碾壓工藝試驗過程和參數分析與選擇。包括對碾壓控制參數范圍的選擇、設備選型、場地布置、碾壓順序和試驗成果分析等，展示了本工程心墻料碾壓工藝試驗的全過程，并通過分析得出碾壓施工所采取的參數值。

　　關鍵詞：土石壩,心墻料,參數,碾壓,選擇,布維

　　一、工程概況

　　非洲加納布維水電站1#副壩為土質心墻堆石壩，壩頂高程EL.187.00m，壩頂寬8m，最大壩高53m。芯墻料料場位于1#土石壩下游側區域，距1#土石壩距離約500m左右。由于料場土層相互交錯分布，其中粉土質砂厚約0.5-1.0m，呈淺黃色-淡紫色，砂含量一般占55%-60%;粘土質礫砂厚約0.5-1.5m，呈褐黃-淺棕色，礫粒徑一般為0.3-5.0cm，含量占25%-30%不等，砂含量約占40%左右;粘土厚0.4-1.4m，呈土黃、褐黃、淺棕等混雜色。由于料場土層分布不均，該土石壩采用粉土質砂、粘土質礫砂及粘土混合料作為芯墻料。為確定芯墻料的壓實特性，進行了不同鋪料厚度、碾壓遍數和不同含水率的現場碾壓試驗。通過不同壓實條件下心墻料的干密度、壓實度、滲透系數、含水量的綜合分析，最終確定壩體心墻填筑料的碾壓參數值。

　　二、心墻料設計要求

　　滲透系數≦1×10-5cm/s，最大干密度≥18.7KN/m3,壓實度≥99%，壓實后層厚≦0.3m，可溶鹽含量小于3%和有機質含量小于2%，最大粒徑≦5mm。

　　三、土料室內試驗

　　通過對取土場的具有代表性的土料進行室內試驗，結果如下表：

　　由上表可得：天然含水量ω為5.5%～14%，平均值為8.77;塑性指數IP為5～19.9，平均值為12.32;黏土(≦0.075mm)含量為29%～61.4%，平均含量為44.8%;最大干密度為1.77g/cm3～2.031g/cm3，平均值為1.93 g/cm3;最優含水量為9.4%～15.9%，平均含量為12.1%;滲透系數平均值為0.0471×10-6cm/s。

　　可見該土料屬于低液限粉土，滲透系數和各項指標能夠滿足設計要求，可以作為防滲心墻料用。

　　四、土料現場碾壓試驗

　　根據室內試驗結果進行碾壓試驗的布置和選擇碾壓參數范圍。

　　1.試驗設備

　　Bomag GmbH(德國)BW219D-4型凸塊碾壓機和平碾碾壓機(凈重19t)。

　　2.試驗場地布置

　　試驗場地位于壩下游土料場一塊平地上，土料碾壓試驗分為三個區進行，每個試驗區有效面積為2×5m，各試驗區之間都留有0.5m寬的過渡帶，順碾方向一端應留出4～5m非試驗區，以滿足停車和錯車需要。具體如下示意圖：

　　3.鋪料方法、厚度、碾壓遍數參數選定

　　主要的施工參數為：鋪層厚度h(cm)，碾壓遍數n，含水量(或灑水量)ω(%)，試驗采用固定其他參數，變動一個參數，通過試驗結果比較得出該施工參數的最優值。試驗參數組合如下表所示：

　　4.試驗料堆準備

　　立面開采料場土料，將土料等量分成3個料堆(I、II、III)各150 m3，并進行含水量控制I=11%，II=13%，III=15%;

　　5.試驗檢測

　　每個試驗單元取試驗點3個，采用灌砂法進行密度試驗;采用烘干法進行含水量試驗;每個試驗單元布置6個固定點，檢測鋪料前后的沉降量。

　　6.試驗順序

　　先將各個試驗單元用Φ12圓鋼筋進行單元區域的劃分。試驗按照順序先進行第一層的三個單元(A1,A2,A3)試驗，第一層完畢后再進行第二層(A1’,A2’, A3’)，第二層完畢后最后進行第三層(A1’’, A2’’,A3’’)試驗，同一層的三個單元可以依次進行，也可以同時進行。在進行A1單元試驗前，先將需鋪層厚標記在單元四周鋼筋上，自卸車運料至該單元，推土機進行初步平鋪，初平完畢后測量高程是否達標，若不達標則繼續推土機復平，直至平整至設計厚度，此時記下固定點的松鋪厚度，上碾壓機進行碾壓，先靜碾壓2遍，后振動碾壓4遍，然后取3個試驗點進行密度試驗。接著再振動碾壓2遍即共6遍，然后再取另外3個不同試驗點進行密度試驗。最后再加2遍振動碾壓后仍舊再取另外3個不同試驗點進行密度試驗。這樣即是完成了A1單元的試驗過程，其他單元試驗如上所述進行。

　　五、碾壓試驗成果分析

　　根據試驗檢測所測得的壓實度與碾壓遍數、鋪層厚度、含水量的關系如下圖所示：

　　根據上圖碾壓試驗結果分析:

　　1.碾壓遍數、鋪層厚度、含水率：當含水率為11%，厚度為25cm和30cm時，碾壓4遍及以上的壓實度都大于99%,能夠滿足要求，而當厚度為35cm時，碾壓遍數要在6遍及以上時才能達到要求。當含水率為13%時，所有層厚的試驗料在碾壓6遍及以上時才能滿足壓實度要求。當含水率為15%，碾壓遍數由4遍增加到8遍時，各種層厚的壓實度都小于99%，且當含水量達到15%以上時，層厚越薄壓實遍數越大，壓實度反而越低。

　　2.沉降量:通過同一個測量控制點碾壓前后的高程測量得出的心墻料的沉降量，n=4時沉降量平均值為41mm，n=6時沉降量平均值為48mm，n=8時沉降量平均值為50mm。

　　六、結束語

　　綜合考慮鋪料厚度、碾壓遍數與沉降量的變化趨勢，建議選定碾壓遍數(n)選擇為6遍，含水量(w)控制在11%-13%之間，鋪層厚度(h)建議為30cm，沉降量按照5cm計算，即施工時松鋪土厚度則為35cm。

　　本次試驗周期較長，因為同時要進行灌砂法及核子密度儀的試驗對比，施工速度緩慢及施工連續性間斷，影響層間結合，表層與中間層的結合面較明顯的。經過層間結合檢測，在炎熱地區的現場土料碾壓施工有如下建議：

　　1.要保證施工倉面的保濕，包括已碾壓完層面及已攤鋪完層面，已碾壓完層面在鋪料前，需用噴槍打濕，故建議現場布置噴槍;

　　2.要保證施工鋪料碾壓的連續性，要求快碾壓快檢測，故建議現場使用核子密度儀檢測;

　　3.使用平碾碾壓，下一層鋪料前，要對上一層的碾壓面進行羊腳碾靜碾1-2遍打毛。

　　4.若停止施工時間較長時，建議進行翻松重新碾壓重新檢測。

　　參考文獻：

　　[1]水利水電工程施工手冊.第二卷，土石方工程/《水利水電工程施工手冊》編委會編.北京：中國電力出版社，2002.

　　[2]最新土石壩工程學(修訂版)，日本電力土木技術協會著，陳慧遠等譯 /水利電力出版社， 1986.

　　[3]碾壓式土石壩設計/林昭著.-鄭州:黃河水利出版社，2003.7.

　　[4]碾壓土石壩設計手冊(上冊)/能源部&水利部水利水電規劃設計總院.-北京，1989.

　　[5]中國當代土石壩工程/王柏樂主編.-北京：中國水利水電出版社，2004.

　　[6]碾壓式土石壩施工規范，中華人民共和國電力行業標準 DL/T5129-2001.