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碾压试验!江坪河混凝土面板堆石坝冰渍砾岩石料冲击碾压试验

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任箫B12 碾压试验 视频 : 碾压试验规范 1、★《极限挑战》黄磊智商是如何碾压孙红雷黄渤等人的2、★《快本》碾压《跑男》证明湖南卫视仍甩浙江卫视3、★土石坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术要点——38团石门水库为例

(葛洲坝集团试验检测有限公司,宜昌 443000)

摘 要:江坪河混凝土面板堆石坝,是当前国内外的第二高坝,坝体材料采用栗山坡料场的冰渍砾岩(Zant).目前,国内外尚未见采用冰渍砾岩填筑高面板堆石坝的工程实例,在可研阶段对筑坝材料进行了现场爆破和填筑碾压试验,但由于爆破料的级配尚未达到良好级配的要求,而压实密度(孔隙率),虽然采用目前国内吨位最大常规振动碾压,但密度(孔隙率)仍不理想,所以此次引进冲击碾进一步进行试验研究.

关键词:颗粒级配;爆破参数;孔隙率;碾压遍数

作者简介:雷敬伟(1971-),工程师.

1工程概况

江坪河水电站位于溇水上游河段,为溇水干流的第一梯级水电站, 坝址以上河段长113 km,流域面积2 140 km2.坝址位于峡谷河段内,峡谷河道长约600 m,河谷呈“V”型,河谷狭窄,高宽比约为1∶1.8,坝址区为岩溶峡谷,两岸山体雄厚,覆盖层除冲沟局部较深外,余者基岩裸露.岸坡多为悬崖和陡坡,高程350 m以下两岸峭壁耸立,以上地形陡峻,坡角30°~65°.河床覆盖层厚19~32 m,河床基岩面高程257.0 m.

拦河大坝为混凝土面板堆石坝,坝顶高程为476.0 m,坝顶宽10.0 m,坝顶长度414 m,最大坝高219.0 m.

2试验研究的必要性和目的

挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,是当前国内外的第二高坝,众所周知,面板堆石坝坝高越高,坝体变形就相应越大,控制其变形的难度也就越大.

坝址河谷宽高比仅为1.8,且两岸在高程350 m以下岸坡极陡直,极易出现拱效应,使坝体中间受压,两岸受拉,产生不均匀沉降.要解决好坝体与两岸变形相对协调的问题,必须研究堆石材料变形特性,优选筑坝材料和施工方法.

坝体材料采用栗山坡料场的冰渍砾岩(Zant),目前,国内外尚未见采用冰渍砾岩填筑高面板堆石坝的工程实例,设计和施工均无实际工程经验可借鉴.根据冰渍砾岩室内物理力学性质试验资料成果,其基本物理力学特性是符合和满足堆石坝材料的要求,但其物质组成、矿物成份复杂,采用冰渍砾岩筑坝,其长期强度以及稳定性、开采爆破技术及填筑碾压特性,都必须通过专项试验进行研究.

该试验研究内容包括:调整钻爆参数再次爆破,采用自行式冲击式压路机进行碾压、测定筑坝材料在冲击碾压作用后的密度、级配、力学性能,优选压实参数,同时与重型振动碾压施工技术进行经济比较,为设计提供技术依据.

3筑坝材料填筑的主要技术指标要求

根据设计要求,试验采用的主堆石爆破料要求不均匀系数大于8、曲率系数达到1~3以上的连续级配,爆破料超径块体要求小于爆破量3%(最大粒径主堆石料为800 mm,过渡料为300 mm),爆破料细粒料<,5 mm含量要求大于5%,碾压后<,5 mm含量要求达到8%~15%.主堆石料平均级配见表1,筑坝材料填筑标准见表2、表3.主堆石级配包线:Dmax=600~800 mm,P5 mm=5%~20%,P0.075 mm=0%~5%.

4压实设备

冲击碾压技术是由南非首创于20世纪50年,我国于1995年引进该技术,该技术的引进在我国主要用于高速公路、机场等建设领域,首次在水利水电工程的运用是在2003年乌江洪家渡混凝土面板堆石坝工程中的次堆石料施工中试用.

该试验拟选用厦门厦工机械有限公司生产的自行式冲击式压路机,主要性能指标见表4.

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5试验场地的布置

碾压场面积100 m(长)×40 m(宽),实际有效碾压场面积90 m(长)×32 m(宽),共划分4个碾压条带,每个碾压条带为90 m×8 m,碾压遍数分别为17遍、22遍、27遍、32遍,洒水量15%、填筑层厚120 cm,试验场地具体布置见碾压试验场地平面布置图1.

6碾压前、后颗粒级配试验成果分析

颗粒级配的好坏不仅取决于爆破后颗粒级配自身的组成,在很大程度上还取决于填筑施工工艺.此次现场冲击碾压试验共进行3大场次,每场碾压前及碾压后均对铺筑后的材料进行颗粒级配试验,其目的一是验证爆破开挖料在装料、运输、卸料以及铺筑施工过程各个环节中填筑材料颗粒级配的变化情况;其二是了解通过冲击碾压后填筑颗粒级配的变化情况.

碾压试验前、后共进行颗粒级配试验72组,试验前、后各36组,从颗粒级配试验结果来看,碾压前颗粒级配不均匀系数Cu上下包线变化范围在2.8~15.2,平均线为4.4,曲率系数Cc上下包线变化范围在1.6~1.8,平均线为2.2, P5 mm含量上下包线变化范围在1.3~8.7,平均线为4.1,P0.075 mm含量上下包线变化范围在0.2~1.2,平均线为0.7;碾压后颗粒级配Cu上下包线变化范围在4.0~17.8,平均线为11.0,曲率系数Cc上下包线变化范围在1.3~2.1,平均线为2.9, P5 mm含量上下包线变化范围在2.7~25.1,平均线为6.4,P0.075 mm含量上下包线变化范围在0.3~3.0,平均线为1.0.碾压前后颗粒级配试验成果见表5,碾压前后颗粒级配特征值与设计级配平均值对比见表6,碾压前后颗粒级配曲线见图2、图3.

碾压实验:康美尔水床碾压试验

冲击式压路机进行碾压与传统的振动碾碾压方式有所不同:对于冲击式压路机的工作原理中最显著的特点是压实轮形状为非圆柱形,由于压实轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合对土石材料进行静压、搓揉、振夯、冲击的连续冲击碾压作业,并以地震波的形式向地基下深层传播,从而使填筑材料颗粒之间相互产生挤压、破碎,沉降、并使颗粒重新产生定向排列,使之达到压实的目的.因此从碾压前、后颗粒级配对比成果来看,碾压后的颗粒级配比碾压前有所改善,主要原因是由于冲击碾压过程中部分颗粒产生挤压破碎, 从而对整体颗粒级配有所改善.

7碾压后沉降量测量成果分析

现场碾压试验场地共划分4个条带,其中碾压遍数17遍、22遍、27遍各7 m,碾压遍数32遍为11 m.测量沉降点均匀的分布在有效试验场地范围内,沉降点按5 m×2 m布置,其中长度方向为5 m,宽度方向为2 m,共计布置沉降点为169个.沉降量测量分别按每碾压5遍、10遍、17遍、22遍、27遍及32遍各测量一次.从沉降测量成果表6及碾压遍数与累计沉降量关系曲线图4可以看出,当碾压遍数从5遍递增到22遍时,随碾压遍数的增大,累计沉降量增大,当碾压遍数增大至27遍时,增量有减小的趋势,而且沉降量也逐步趋于稳定.

沉降量测量成果见表7,累计沉降量与碾压遍数成果见图4.

8现场碾压密度试验成果及分析

影响压实密度的因素主要包括填筑材料的颗粒级配、颗粒的形态、最大粒径、填筑层厚、颗粒相互之间的排列方式、碾压机具的性能以及含水率等因素.

此次现场冲击碾压共进行3场次,碾压遍数分别为17遍、22遍、27遍、及32遍,现场密度试验检测成果见表8,上下层密度与碾压遍数曲线见图5,全层密度与碾压遍数曲线见图6.

从现场密度试验成果来看:

1)随着碾压遍数的增大,干密度逐渐增大,当碾压遍数增至22遍时,主堆石料干密度趋于稳定.

2)从上、下层密度分布情况来看,碾压后的干密度随深度的增加,密度逐渐减小.

3)结合累计沉降值资料也可看出,当碾压遍数增至22遍时,沉降量也趋于稳定,这种现象反映沉降量与达到最大干密度成果是吻合的.

9碾压后渗透试验成果及分析

影响堆石料渗透性能的主要因素主要包括材料的颗粒级配组成、碾压后的密度、含泥量、颗粒的排列方式以及渗透路径.

由于堆石料冲击碾压后,表面颗粒破碎程度较大,为了印证碾压后堆石料的渗透性能,因此在第3场优选碾压遍数的复核试验进行,现场渗透试验共进行10组,现场渗透试验点的布置分别为碾压遍数17及27遍各2组,碾压遍数20及22遍各3组,同时在每个渗透试验点结束后,再在该渗透试验点进行密度试验及颗粒级配试验,现场原位渗透试验方法采用变水头双环注水法,内环直径50 cm,外环直径70 cm,高度35 cm,渗透试验成果见表9.

从此次现场原位渗透试验成果可以看出,渗透试验点的密度变化范围在2.12~2.24 g/cm3,含水率变化范围在1.4%~1.8%,含泥量变化范围在0.6%~1.0%,P5含量变化范围在92.1%~97.1%,其主堆石料渗透系数变化范围在2.32×10-1~4.03×10-2 cm/s,渗透系数满足对堆石料透水性能要求.

10结语

此次现场冲击碾压试验成果表明:主堆石料在铺筑层厚120 cm,洒水量按15%,碾压遍数达到22遍时,碾压后压实密度(孔隙率)均满足设计要求;试验成果总体真实地反映冲击碾压机具对栗山坡料场的冰渍砾岩(Zant)的压实性能.结合以往类似堆石坝工程填筑碾压情况来看,冲击碾压方式与常规的振动碾压方式在碾压效果上来看有明显的提高和改善,特别反映在对填筑材料的填筑层厚及压实密度上,这将在提高工程的施工质量、施工进度以及提高经济效益方面有着重要的意义,也为类似土石坝工程提供可借鉴的工程经验.

参考文献

[1]

中华人民共和国电力行业标准.混凝土面板堆石坝设计规范[S].DL/T 5016—1999.

[2]中华人民共和国电力行业标准.碾压式土石坝施工规范[S].DL/T 5129—2001.

[3]中华人民共和国行业标准.土工试验规程[S].SL237—1999.

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