碾压试验20200227

碾压试验

碾压试验是指在工程施工条件下，对所采用的筑坝材料进行现场填筑和压实的试验。由于每一工程的规模、坝体设计要求、填筑材料的性质、施工单位的技术装备和施工技术水平等各有不同，加之堆石料粒径较大，室内试验不可能采用原级配进行，而一般工程都需要进行现场碾压试验，以便确定符合施工实际需要的碾压参数，取得最有效的压实效果。

碾压试验一般在施工阶段进行。由于对堆石料填筑已积累相当经验，可以参照已有工程经验用类比法选定填筑标准和压实参数，然后在施工初期结合坝体填筑或专门进行施工条件下的试验，验证和核实压实参数，并在必要时通过设计单位进行适当调整。对于重要或有特殊情况（如料物特殊、特高坝、压实要求高等）的工程，需要在设计阶段进行试验的，可以结合现场爆破试验进行，但应尽可能模拟实际施工条件和机具。 一、碾压试验的目的

（1）核实坝体填筑设计压实标准的合理性，如规定的压实干密度、孔隙率能否达到。通过碾压试验对原设计的压实密度进行验证，如发现有出入时，可根据试验成果提出相应的建议，由设计单位核定施工控制的干密度值；

（2）检验所选用的填筑压实机械的适用性及其性能的可靠性；。 （3）确定经济合理的施工压实参数，如铺层厚度、碾压遍数、加水量等；

（4）研究和完善填筑的施工工艺和措施； （5）制定填筑施工的实施细则；

（6）确定压实质量控制试验方法，积累试验资料。 二、碾压试验的准备工作

碾压试验是一项认真细致的工作，必须组织专门班子进行，专门负责，应做好如下准备工作：

（1）周密准确的料场调查是进行碾压试验的依据。试验前应对各类堆石料料源（包括爆破料、建筑物开挖料、天然砂砾料、掺配制备料）进行充分调查，掌握各种料物的物理力学性质，以便选择有代表性料物进行碾压试验。

（2）熟悉粘土心墙堆石坝设计对各填筑区坝料的要求和压实标准。 （3）制定碾压试验大纲，确定试验要求和内容。在选定压实机械前提下，应分别对上游堆石料、过渡料、反滤料2、反滤料1、粘土心墙料和下游堆石料进行碾压试验。

（4）选定试验场地，试验场地应选在坝体以外、地基较坚实平坦的地段，结合施工初期可以选择下游围堰填筑时进行，但应以不影响施工总进度和填筑质量为前提。试验前应进行修路、平整和压实场地、通水等工作，以保证试验正常进行。

（5）根据施工可能使用的机具类型，备齐试验所需的设备、工具、器材，并逐件详细检查。对量测仪器应核实其规格、量测范围和精度。试验用的机械设备应尽可能采用正式施工的设备。试验机具包括装载机（或挖掘机）、自卸汽车、不同类型的振动碾、推土机，以及试验

用的筛分工具，取样套环、称量设备和供水设施等。对选定的振动碾，应详细了解其技术性能和参数，并检测其实际工况，如达不到技术指标，应予以维修和调换。 三、碾压试验内容和参数的组合

堆石料压实参数包括机械参数和施工参数两大类。试验前，应根据类似的工程的实践经验，初步选定集中碾压设备，并核定若干个施工参数。振动碾型号一经选定，则碾重、振幅、频率、激振力等机械参数也基本确定。根据实际需要进行不同型号振动碾的比选。施工参数包括铺层厚度、碾压遍数、行车速度、含水量等。碾压施工参数组合时，如用各参数间的循环组合，则工作量太大，且并非必要。一般宜采用逐步淘汰法，即固定其他参数，变动一个参数，通过试验求出此参数与压实效果(干密度)的关系曲线；然后固定此参数，变动另一个参数，通过试验求得第二个参数与压实效果的关系曲线；依次类推，使每一个参数通过试验求得一一 个最优值。最后用全部最优参数，再进行一个复核试验。若碾压结果能满足设计、施工要求，即可将此碾压参数组合作为施工时的碾压参数。 在选择填筑、碾压参数时可参考下列数值：

①铺层厚度:对堆石料和开挖料可取60cm、80cm、100cm、120cm、160cm、200cm。对过渡料、反滤料1和反滤料2可取堆石料的一半，即30cm、40cm、50cm、60cm，以便平起填筑。

②碾压遍数：可取0、2、4、6、8、10等遍，垫层斜坡碾压试验时，可取静压2~4遍(上下往返一次为一遍)，动压0、2、4、6、8遍(上振

下不振为一遍)。

③行车速度：2~3km/h( I挡)，3~4km/h(I挡)。

④洒水量：在堆石体积的0~25%范围内选取，可取0、5%、10%、20%等几个参数。

在上述参数中，铺层厚度和碾压遍数对压实质量和生产效率影响较大，试验时，应选取多个参数，以便求出碾压参数与压实干密度的关系曲线，便于优选。为了减少工作量，并取得满意的成果，可根据已有工程经验，选取3~4个铺层厚度及碾压遍数，固定I挡行进速度，只进行加水和不加水的比较，而不作不同加水量比选等。 三、试验场地布置。

试验场面积最好不小于30m× 90m，在该场地中按不同铺层厚度和碾压遍数布置试验单元面积。每个试验单元面积的长度，以能获得2个试样检查压实密度为宜；宽度以振动轮宽的3倍为宜，即长×宽约10m×6m。按铺层厚度布置试验组数，通常为4组，组与组之间的距离为8～10m。

每个单元内还应布置2m×1.5m的方格网，以测量压实沉降量。对于垫层料斜坡碾压试验场地，应选择天然或经人工修正后，与大坝坝坡设计相同的斜坡，上游斜坡1:2.20，下游斜坡为1:1.80，也可以结合坝上斜坡碾压进行。 四、试验步骤

①平整和压实场地：试验场地必须进行平整处理，其表面不平整度不得超过±10cm。对试验场地的基面应进行振动压实处理，以减少基层

对碾压试验的影响。基层的密度至少要与待测试铺层的密度相同。设置测量方格网和起始高程点。

②检测振动碾工作特性参数，如振动频率、振幅、减振气胎压力、碾重等参数，并作好详细记录。

③填筑铺料：按计划的铺层厚度，用进占法铺料，推土机平整。 ④布置方格网测点：在各试验单元区内布置1.5m×2m的网格，以测量压实沉降量，并在填筑区以外设置控制基桩。在各单元的网格测点上以颜色标记和编号，用水准仪测量并记录其初始厚度与相对高程。 ⑤碾压：分别按核定的碾压行车速度、碾压遍数和洒水量进行试验。碾压时，以不错距碾压为宜，两条相邻的碾压带连接处，应存在5%~10%的振动滚筒宽度的压痕，不应重叠。振动碾应在振动滚筒宽度的同一碾带上进退碾压，进退时均起振，各算振压一遍。 ⑥测量压实沉降值：碾压实后按前述方法分别测量各网格测点在碾压前后的相对高程变化，从而计算出试验单元的平均沉降率。

平均沉降量Δh=平均沉降率μ=

式中 Δh——平均沉降量； μ——平均沉降率；

hi——碾压前各网格测点的相对高程； hi′——碾压后各网格测点的相对高程； n——试验单元内测点数；

hhiinin （7-4）

Δh×100% （7-5） H

H——试验单元的平均铺层厚度。

⑦取样检测：用注水法在各试区分别取样测定压实密度及填料级配。各试验单元压实密度均以2个试样的平均值为试验值。

⑧根据需要还可以进行一些专门性试验，以丰富碾压试验内容，为设计和施工提供更多的资料。如面波仪、压实计等堆石密度无损检测试验，在碾压试验中积累面波仪、压实计读数与挖坑施测干容重关系的资料，统计其相关关系，作为施工质量控制的依据。

现场压缩模量或变形模量试验。由于室内试验不能用原型材料，有比尺效应，所以有特殊要求时，可在现场碾压试验过程中，用承压板法实际测定，供设计参考使用。 四、试验结果整理。

试验资料应由专人整理分析，根据试验成果及时修订下步试验参数及方法等。

根据上述各测量和取样试验值，经整理绘制如下关系曲线： ①以铺层厚度H1为参量，绘制压实沉降值h与碾压遍数Ni的关系曲线；

②以铺层厚度H1为参量，绘制干密度rd与碾压遍数Ni的关系曲线； ③经过计算，绘制孔隙率n与碾压遍数Ni的关系曲线； ④绘制各试验单元的填筑石料碳压前后的级配曲线；

⑤绘制在最优参数组合条件下，压实密度与加水量的关系曲线。

碾压参数的选定。根据碾压试验结果，结合工程的具体条件，确定填筑碾压参及压实方法，并编制试验报告。

其要点如下：

论证设计标准的合理性。通过碾压试验应论证能否达到设计压实密度和孔隙率，若经碾压试验证明：当填筑料级配满足设计要求，在现有碾压设备功能条件下很难达到设计压实密密度时，则应根据碾压试验成果，提出相应建议，由设计单位核定施工控制的干密度值。由于我国的施工规范中土石方填筑的合格率为90%，所以填方的平均干密度肯定高于规定的填筑标准值，同时实际施工条件也与试验时有所不同，所以施工控制的干密度一般要比试验成果低一些，如取0. 95的折减系数。

选择适宜各种坝料的压实机械及其参数，如振动碾型号、行车速度等。

提出施工工艺与参数，根据碾压试验提出施工控制的铺层厚度与碾压遍数。即:在选定的铺层厚度h条件下，按Ni区最终稳定的最大干密度，再乘以0.95的折减系数，得施工控制值为：rd = 0.95rd max。 从rd 与Ni等的关系曲线上求得相应于某铺层厚度h和N，此时对应值h、N即为施工控制值。

表1-2坝体各分区填筑材料特性及技术要求表

项目 分区 料源 设计干容重 最大粒径 渗透系数 填筑层厚度 小于5mm粒径 小于0.075mm粒径 设计相对密度 孔隙率 KN/m3 mm cm/s m % % % % 黄石沟土料场 ≥17.0 ≤1×10-5 0.25 兴县灰岩料 ≥21.0 20 1×10-4~10-3 0.40 57~70 ≤3 0.70~0.75 兴县灰岩料 ≥21.0 60 5×10-3~1×10-1 0.40 0~10 ≤3 0.70~0.75 兴县灰岩料 ≥22.0 300 1×10-2~10-1 0.40 10~20 ≤5 18 黄石沟石料场 ≥18.0 800 ≥10-1 0.80 ≤20 ≤5 20 黄石沟石料场 ≥17.5 800 0.80 ≤5 21 单位 粘土心墙 反滤料1 反滤料2 过渡料 堆石料 开挖利用料

碾压设备的选择及其主要参数。 其主要技术参数如表。

表7-2 碾压设备主要参数 振动轮尺寸 工作质量 激振力 振动频率 发动机功率 牵引功率 设备名称 型号 直径×宽度 （t） （KN） （Hz） (kW) （kW） （mm） 表7-3 牵引设备及自行振动碾压时速表

最高时速 （km/h） 一挡 二挡

T140推土机 前进 后退 BW202AD自行碾 前进 无极变速 0～8.5 后退 无极变速 0～8.5

三挡 6）试验场次及施工参数组合见表7-4

表7-4 六中料区的铺料厚度、加水量、碾压机械组合情况表 填料区 试验层次 第一层 粘土心墙料 第二层 第三层 复核一层 第一层 过渡料 第二层 第三层 复核层 第一层 反滤料1 第二层 复核层 第一层 反滤料2 第二层 第三层 复核层 第一层 堆石料 第二层 复核层 第一层 开挖料 第二层 复核层 黄石沟 石料场 黄石沟 石料场 山西兴县 石料场 山西兴县 石料场 山西兴县 石料场 黄石沟 土料场 料原 铺料厚度 （cm） 加水量 (%) 10 5 自然含水 10 10 自然含水 20 10 自然含水 15 15 自然含水 10 10 10 自然含水 15 15 自然含水 10 10 碾压机械 试验程序。试验场地经过平整年压后测量放线，划分各种填料区域即开始。每一场次的试验施工过程为：测量放线→埋设基础面观测钢板即观测→铺料→洒水→埋设表面观测钢板观测→碾压→检验测试。 ①铺料。垫层料、过渡料、采用后退法铺料，自卸车行走在以压实的下一层面上，这样可有效防止粗料分离，其余填料采用进占法铺料，

即自卸车行走在径推土机平好的本层填料上，卸料及平料时石料有自然分离现象，大块石滚落至本层底部，小块石及喜粒部分填充与大块石间，部分留在本层上部，故表面较平整。

②洒水。对于灰岩过渡料、灰岩主堆石料、灰岩及页岩次堆石料、砂卵石料，再铺料平整完成后，即在表面均匀洒水，洒水量按填料体积的百分数计，由3只水表计量。对于灰岩垫层料，因为含细粒多，渗透性弱，如果在吧上碾压前洒水，水不易渗入中、下部，而表面会因积水过多形成“弹簧土”，导致无法进行碾压作业，因此必须是灰岩垫层料在上坝前具有合适的含水量，为此先测定其自然含水量，然后根据试验要求在堆石料场按拟定含水量均匀洒水，调料2～3d后供试验使用。

③碾压。自行碾河振动碾均采用前进、后退全振错距法碾压、前进、后退一个来回按两遍计，碾亦重叠20cm，碾压行走速度控制在2km/h左右。

④高程观测。用全站仪随填料基础面、表面埋设的钢板高程进行观测，测出填料松铺后、静碾后、振动碾压2遍、4遍、6遍、8遍、10遍、12遍后的压缩沉降量，进而计算压缩沉降率。 ⑤检查测试。碾压试验测试项目如表所示。

碾压试验项目测次表 料区

试验场次 填筑方量 密度试验次数 （m3） 筛分试验次数 渗透试验次数

a. 密度试验、筛分试验：用试坑灌水法在填料振动碾压2遍、4遍、6遍、8遍、10遍、12遍后检测干密度和颗粒级配，具体情况如表所示。

表7-6 密度试验采用套环直径及塑料薄膜 料区 套环直径 （mm） 塑料薄膜 （mm） 灰岩垫层料 灰岩过渡料 灰岩主 堆石料 页岩次 堆石料 灰岩次 堆石料 砂卵石料 灌水法密度试验：在选定的层面上放置刚质套环，套环要放稳放平，整个操作过程中不能移动，将隔水塑料薄膜放入环内灌入清水，当水从套环一边开始溢出时停止灌水，并记下灌入的水量V1和溢水位置，取出塑料膜开始挖取试坑，分次称量湿试料质量m。试坑挖好后，将塑料膜铺于试坑内，灌入清水，分次称量灌入的水量，直到水面溢出位置与套环灌水是相同，停止灌水，计算灌水总量V2，则试坑湿密度ρ=m/( V2－V1)。

b．含水量测定：根据填料不同，将湿试样现场筛分至10mm或5mm，按D≤10mm, D≥10mm或D≤5mm分别取样，分别测定各自含水量，按级配加权平均，计算出试坑料的平均含水量。

c．在过渡料和灰岩料复核层试验时，针对0.12mm、0.08mm两种塑料薄膜堆干密度测值的影响进行比较试验，试验表明在试坑直径1000cm时用0.12mm薄膜测得的干密度值比用大筛分至10mm或5mm（试填料性质和含水量而定），小于10mm或5mm的细颗粒，经四分发取样进行室内筛分，最终计算级配组成。

d.现场渗透试验。垫层料现场渗透试样使用得渗透环为单环，环刀直径500mm、高300mm，带供水筒、溢流管、水位管。将环刀嵌入试体30～50mm，用湿粘土将环刀下口内外两侧密封，防止水流向环刀口外。加水后测记渗透速度，当渗透稳定后，在一小时内测记渗入量 5～6次，计算平均渗透系数。 8）碾压试验成果分析：

①各种坝料碾压试验成果汇总下表，作图分析。

表7-7 灰岩垫层料碾压试验成果汇总表 试验层次 试验日期 （年月日） 设计干密度 （g/cm3） 铺盖厚度 （cm） 加水量 碾压机械 （%） 碾压 遍数 静2 振2 松铺45.6 静压45.2 压实42.3 加水+自然含水=10%（体积比） 振4 BW202AD 振6 振8 振10 振12 静2 松铺40.4 静压39.6 压实37.1 振2 加水+自然含水=5%（体积比） 振4 BW202AD 振6 振8 振10 振12 实测含水量 （%） 实测干密度 （g/cm3） 孔隙率 （%） 沉降量 （mm） 沉降率 （%） 渗透系数 （cm/s） 第一层 2001.10.27 第二层 2001.10.29

续表： 试验层次 试验日期 （年月日） 设计干密度 （g/cm3） 铺盖厚度 （cm） 加水量 碾压机械 （%） 碾压 遍数 静2 振2 振4 第三层 松铺39.8 静压39.3 自然含压实37.4 水分 BW202AD 振6 振8 振10 振12 静2 BW202AD 振2 振4 实测含水量 （%） 实测干密度 （g/cm3） 孔隙率 （%） 沉降量 （mm） 沉降率 （%） 渗透系数 （cm/s） 复核层 松铺46.3静压45.3压实43.2 加水+自然含水=10%（体积比）