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摘要：本文就水库坝体填筑材料现场碾压试验进行了分析，结合了具体的施工实例，详细介绍了试验研究方案和试验研究流程，并针对试验所得的结果作了系统的分析，为坝体设计及施工提供了依据，并为同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。
关键词：水库坝体；填筑材料；现场碾压；试验
水库坝体填筑工程的好坏直接关系到水库的安全与是否能够正常运行。为确保水库坝体的填筑质量，并可以了解有关填筑材料作为坝体填筑内料的特性，本文就水库坝体填筑材料的现场碾压试验进行了分析，通过结合实际的施工工程，对有关方面作了深入的探讨研究，以期能为坝体的设计施工以及同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。
0 工程概述
据测量统计，某水库工程由主坝、7座副坝、溢洪道、左右岸灌溉引水隧洞及泵站组成，主坝坝型为沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高43.12m，坝顶总长652.03m，坝顶宽6m，水库总库容1.563亿m3。
在以往的工程实践中，岩体的现场碾压填筑资料不多，为掌握其压实特性、确定碾压参数，开展了现场碾压试验研究。
1 試验研究方案
碾压机具选择25t自行式振动平碾，根据类似坝体填筑料现场碾压试验研究和填筑施工经验，结合现场试验场地条件，拟定2种试验料在加水工况下的最大碾压遍数为8遍；在不加水工况下的最大碾压遍数为6遍；拟定3种铺土厚度分别为60、80、100cm；振动碾压行车速度不大于2.5km/h。
试验前期考虑到砂岩在较高激振力作用下可能会产生过度颗粒破碎，将其振动激振力定为220kN，泥岩振动激振力定为390kN。在对碾压试验结果分析后，认为激振力对砂岩的颗粒破碎影响较小，进而采用振动激振力为390kN进行了对比试验研究。
试验过程中主要围绕试验材料表面沉降、压实质量和碾压前后级配变化三方面开展研究，进行了沉降观测、试坑灌水法密度检测和筛分试验。
2 试验研究流程
试验前通过控制最大粒径方法在取料场对试验料进行试验前颗粒分析，确定试验材料原级配，并在料场剔除或破碎超径颗粒；填筑时采用后退法卸料及摊铺，碾压时采用进退错距法振动碾压；沉降测量采用水准仪进行高程测量。采用规范规定的试坑灌水法进行干密度检测并进行碾压后颗粒分析，采用水准仪进行表面沉降测量。碾压试验的基本程序如图1所示。
图1 碾压试验流程图
3 干密度试验成果
本项研究总计选择了94个代表性的位置，采用试坑灌水法进行了干密度检测，每项试验组合内选择3个代表性位置进行检测，取其平均值作为各试验组合下的压实干密度值，见表1。
表1 各试验组合下压实干密度平均值
复核试验时对2种试验料均采用铺土厚度80cm、碾压遍数为8遍、一种振动碾压行车速度（不大于2.5km/h）并采用加水工况，其中砂岩的碾压激振力为220kN，泥岩的碾压激振力为390kN，测得砂岩和泥岩对应的干密度平均值分别为2.12g/cm3和2.14g/cm3。
由于颗粒分析试验结果及表面沉降测量结果数据量大，本文中不再列出，在下节中进行对比分析。
4 试验结果分析
4.1 压实干密度影响因素分析
4.1.1 铺土厚度对压实干密度的影响
2种试验料压实密度随铺土厚度的变化规律基本一致，二者典型的关系曲线见图2。在同一碾压遍数下，压实干密度随铺土厚度的增加而减小。且铺土厚度从80cm增加到100cm时干密度的减小幅度较铺土厚度从60cm增加到80cm时明显，说明铺土厚度的增加将显著降低压实干密度值。
图2 典型的铺土厚度与压实干密度关系曲线
铺土厚度越薄，压实干密度越容易得到提高。但同时填筑层越薄，相应会增加工程施工难度，提高工程投资。因此结合其它碾压参数，认为此2种筑坝材料采用80cm的铺土厚度较为经济合理。
4.1.2 碾压遍数对压实干密度的影响
在同一铺土厚度下，压实干密度随碾压遍数的增加有明显的提高，二者典型的关系曲线见图3。碾压遍数从6遍增加到8遍时干密度的增加值较碾压遍数从4遍增加到6遍时小。由此可以推断进一步提高碾压遍数后填筑料压实将趋于稳定，干密度的提高将不明显。尽管压实干密度的提高主要发生在碾压6遍之前，但根据工程实践经验，为确保筑坝材料的碾压密实程度，碾压遍数不宜过低；因此，认为2种筑坝材料的碾压遍数采用8遍较为合理。
图3 典型的碾压遍数与压实干密度关系曲线
4.1.3 加水对压实干密度的影响
受现场条件限制，本项研究在试验料摊铺阶段进行加水。当加水量达2%～3%（体积含水量）时，试验料表层部分区域已有积水，因此停止进一步加水。通过干密度值可以看出，加水碾压有助于干密度的提高。同时泥岩受遇水易软化特性的影响，对加水的影响更为敏感。
由于试验料在摊铺过程中，表层破碎严重，水的下渗较缓且容易在车辙处积水，如进一步洒水，将很容易形成“橡皮土”，使填筑层间形成薄弱面，给坝体稳定带来安全隐患。参照其它工程碾压施工经验，应通过取运料、卸料及摊铺三阶段进行加水，总加水量可控制在3%～5%（体积含水量）。
4.2 颗粒破碎结果分析
试验料摊铺及碾压过程中，均会产生一定程度的颗粒破碎。相比试验前颗粒级配，振动碾压明显造成试验料中间粒径颗粒比例增大。此外，振动碾压引起的颗粒破碎主要发生在厚度为20cm以内的表层，激振力传递到填筑体内部后主要引起填筑体结构的调整及细颗粒在粗颗粒间空隙的填充。
结合开挖试坑及颗粒分析结果发现，泥岩产生的颗粒破碎比砂岩更为明显；试验料加水后由于吸水软化，更容易产生颗粒破碎；对砂岩而言，激振力的提高也能使表层的颗粒破碎变得更为显著。
受摊铺后试验料级配存在差异的因素影响，在颗分数据点较少的情况下，碾压后颗粒破碎规律较难准确统计。此外，如摊铺时控制不当造成粗颗粒相对集中，很容易产生架空，由此极易造成所在位置处干密度的显著降低。
4.3 表面沉降结果分析
碾压过程中均产生了明显的沉降变形，典型的表面沉降变形曲线如图4所示。相同铺土厚度下，累计沉降量随碾压遍数的增加而增加，增加幅度逐渐减小，碾压6遍之前的累计沉降量约为碾压8遍时沉降量的80%～90%，当碾压达到一定遍数后，进一步增加碾压遍数对填筑料的压实效果不明显；铺土厚度增加20%后，沉降量也将提高约20%，可以看出铺土厚度的增加对填筑料的压实有显著的影响；激振力提高70%后，沉降量增加约50%，由此得出激振力是影响填筑料压实的重要因素。
图4 典型的表面沉降曲线
5 结语
综上所述，为了确保水库坝体的填筑质量，以及可以更加深入地了解有关填筑材料作为坝体填筑内料的特性，本文通过结合具体的工程实例，进行了水库坝体填充材料现场的碾压试验研究，并针对试验所得的结果作了分析，相信可以为坝体的设计施工以及同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。
参考文献：
[1]沈克金.某水库面板堆石坝坝体填筑碾压试验[J].西部探矿工程.2012（04）.
[2]盖明亮.岗南水库除险加固工程坝体填筑代替料碾压试验[J].河北水利.2007（07）.
关键词：水库坝体；填筑材料；现场碾压；试验
水库坝体填筑工程的好坏直接关系到水库的安全与是否能够正常运行。为确保水库坝体的填筑质量，并可以了解有关填筑材料作为坝体填筑内料的特性，本文就水库坝体填筑材料的现场碾压试验进行了分析，通过结合实际的施工工程，对有关方面作了深入的探讨研究，以期能为坝体的设计施工以及同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。
0 工程概述
据测量统计，某水库工程由主坝、7座副坝、溢洪道、左右岸灌溉引水隧洞及泵站组成，主坝坝型为沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高43.12m，坝顶总长652.03m，坝顶宽6m，水库总库容1.563亿m3。
在以往的工程实践中，岩体的现场碾压填筑资料不多，为掌握其压实特性、确定碾压参数，开展了现场碾压试验研究。
1 試验研究方案
碾压机具选择25t自行式振动平碾，根据类似坝体填筑料现场碾压试验研究和填筑施工经验，结合现场试验场地条件，拟定2种试验料在加水工况下的最大碾压遍数为8遍；在不加水工况下的最大碾压遍数为6遍；拟定3种铺土厚度分别为60、80、100cm；振动碾压行车速度不大于2.5km/h。
试验前期考虑到砂岩在较高激振力作用下可能会产生过度颗粒破碎，将其振动激振力定为220kN，泥岩振动激振力定为390kN。在对碾压试验结果分析后，认为激振力对砂岩的颗粒破碎影响较小，进而采用振动激振力为390kN进行了对比试验研究。
试验过程中主要围绕试验材料表面沉降、压实质量和碾压前后级配变化三方面开展研究，进行了沉降观测、试坑灌水法密度检测和筛分试验。
2 试验研究流程
试验前通过控制最大粒径方法在取料场对试验料进行试验前颗粒分析，确定试验材料原级配，并在料场剔除或破碎超径颗粒；填筑时采用后退法卸料及摊铺，碾压时采用进退错距法振动碾压；沉降测量采用水准仪进行高程测量。采用规范规定的试坑灌水法进行干密度检测并进行碾压后颗粒分析，采用水准仪进行表面沉降测量。碾压试验的基本程序如图1所示。
图1 碾压试验流程图
3 干密度试验成果
本项研究总计选择了94个代表性的位置，采用试坑灌水法进行了干密度检测，每项试验组合内选择3个代表性位置进行检测，取其平均值作为各试验组合下的压实干密度值，见表1。
表1 各试验组合下压实干密度平均值
复核试验时对2种试验料均采用铺土厚度80cm、碾压遍数为8遍、一种振动碾压行车速度（不大于2.5km/h）并采用加水工况，其中砂岩的碾压激振力为220kN，泥岩的碾压激振力为390kN，测得砂岩和泥岩对应的干密度平均值分别为2.12g/cm3和2.14g/cm3。
由于颗粒分析试验结果及表面沉降测量结果数据量大，本文中不再列出，在下节中进行对比分析。
4 试验结果分析
4.1 压实干密度影响因素分析
4.1.1 铺土厚度对压实干密度的影响
2种试验料压实密度随铺土厚度的变化规律基本一致，二者典型的关系曲线见图2。在同一碾压遍数下，压实干密度随铺土厚度的增加而减小。且铺土厚度从80cm增加到100cm时干密度的减小幅度较铺土厚度从60cm增加到80cm时明显，说明铺土厚度的增加将显著降低压实干密度值。
图2 典型的铺土厚度与压实干密度关系曲线
铺土厚度越薄，压实干密度越容易得到提高。但同时填筑层越薄，相应会增加工程施工难度，提高工程投资。因此结合其它碾压参数，认为此2种筑坝材料采用80cm的铺土厚度较为经济合理。
4.1.2 碾压遍数对压实干密度的影响
在同一铺土厚度下，压实干密度随碾压遍数的增加有明显的提高，二者典型的关系曲线见图3。碾压遍数从6遍增加到8遍时干密度的增加值较碾压遍数从4遍增加到6遍时小。由此可以推断进一步提高碾压遍数后填筑料压实将趋于稳定，干密度的提高将不明显。尽管压实干密度的提高主要发生在碾压6遍之前，但根据工程实践经验，为确保筑坝材料的碾压密实程度，碾压遍数不宜过低；因此，认为2种筑坝材料的碾压遍数采用8遍较为合理。
图3 典型的碾压遍数与压实干密度关系曲线
4.1.3 加水对压实干密度的影响
受现场条件限制，本项研究在试验料摊铺阶段进行加水。当加水量达2%～3%（体积含水量）时，试验料表层部分区域已有积水，因此停止进一步加水。通过干密度值可以看出，加水碾压有助于干密度的提高。同时泥岩受遇水易软化特性的影响，对加水的影响更为敏感。
由于试验料在摊铺过程中，表层破碎严重，水的下渗较缓且容易在车辙处积水，如进一步洒水，将很容易形成“橡皮土”，使填筑层间形成薄弱面，给坝体稳定带来安全隐患。参照其它工程碾压施工经验，应通过取运料、卸料及摊铺三阶段进行加水，总加水量可控制在3%～5%（体积含水量）。
4.2 颗粒破碎结果分析
试验料摊铺及碾压过程中，均会产生一定程度的颗粒破碎。相比试验前颗粒级配，振动碾压明显造成试验料中间粒径颗粒比例增大。此外，振动碾压引起的颗粒破碎主要发生在厚度为20cm以内的表层，激振力传递到填筑体内部后主要引起填筑体结构的调整及细颗粒在粗颗粒间空隙的填充。
结合开挖试坑及颗粒分析结果发现，泥岩产生的颗粒破碎比砂岩更为明显；试验料加水后由于吸水软化，更容易产生颗粒破碎；对砂岩而言，激振力的提高也能使表层的颗粒破碎变得更为显著。
受摊铺后试验料级配存在差异的因素影响，在颗分数据点较少的情况下，碾压后颗粒破碎规律较难准确统计。此外，如摊铺时控制不当造成粗颗粒相对集中，很容易产生架空，由此极易造成所在位置处干密度的显著降低。
4.3 表面沉降结果分析
碾压过程中均产生了明显的沉降变形，典型的表面沉降变形曲线如图4所示。相同铺土厚度下，累计沉降量随碾压遍数的增加而增加，增加幅度逐渐减小，碾压6遍之前的累计沉降量约为碾压8遍时沉降量的80%～90%，当碾压达到一定遍数后，进一步增加碾压遍数对填筑料的压实效果不明显；铺土厚度增加20%后，沉降量也将提高约20%，可以看出铺土厚度的增加对填筑料的压实有显著的影响；激振力提高70%后，沉降量增加约50%，由此得出激振力是影响填筑料压实的重要因素。
图4 典型的表面沉降曲线
5 结语
综上所述，为了确保水库坝体的填筑质量，以及可以更加深入地了解有关填筑材料作为坝体填筑内料的特性，本文通过结合具体的工程实例，进行了水库坝体填充材料现场的碾压试验研究，并针对试验所得的结果作了分析，相信可以为坝体的设计施工以及同类型水库坝体材料现场碾压试验研究提供参考。
参考文献：
[1]沈克金.某水库面板堆石坝坝体填筑碾压试验[J].西部探矿工程.2012（04）.
[2]盖明亮.岗南水库除险加固工程坝体填筑代替料碾压试验[J].河北水利.2007（07）.