星论文网欢迎您的来访,本中致力于各类论文代写,论文发表,代写代发论文服务

想快速发表职称论文找星论文网
当前位置:星论文网论文资料->理工论文->土建水利论文

研究生论文:前坪水库筑坝砂砾料现场碾压试验研究

分享到:
作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2017-07-25 09:29:00

  【摘要】采用选定的碾压机具和行车参数,对选定料场代表性砂砾料分别进行了洒水和不洒水、不同铺土厚度、不同碾压遍数等组合工况的碾压试验及相应的力学特性试验检测。试验前,对选定料场砂砾料进行了颗粒分析试验,验证试验材料的代表性。对选定料场代表性砂砾料碾压试验结果,分析了颗粒级配对材料碾压性能的影响,分析了洒水和不洒水时,一定铺土厚度下的干密度与碾压遍数关系曲线,一定加水量和碾压遍数下干密度与铺土厚度的关系曲线等规律。经综合比较,初步选定碾压施工参数,最后进行了复核试验。 
  【关键词】渗漏;变形;评价 
  【Abstract】By selected rolling machine and the parameters of driving, the selected representative gravel material yard was sprinkler, sprinkler and respectively different soil thickness, compaction times combined operating mode of rolling test and the corresponding mechanical properties test. Before the test, the selected yard gravel material, the grain size analysis experiment validation test materials of representative. For the selected representative gravel material yard rolling test results, analysis the influence of grain size matching material crushing performance, analyzed the water spraying and sprinkling, dry density under a certain shop soil thickness and rolling pass relationship curve of a certain water content and dry density under the rolling pass and the law of relation curve of soil thickness and so on. Through comprehensive comparison, preliminary selected compaction parameters, finally has carried on the review test. 
  【Key words】Leakage;Deformation;Assessment 
  1. 工程概況 
  (1)前坪水库是以防洪为主,结合灌溉、供水,兼顾发电的大(2)型水库,水库总库容5.84亿m3,控制流域面积1325Km2。工程主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、泄洪洞、输水洞、电站等。 
  (2)主坝是粘土心墙砂砾(卵)石坝,跨河布置,坝顶长810m,最大坝高90.3m,坝顶设1.2m高混凝土防浪墙。 
  (3)坝壳料为天然级配砂砾(卵)石料,料场存在的主要问题是:由于近年来人工采砂现象严重,导致料场上层砂砾(卵)石料细颗粒缺失,料场砂砾(卵)石料级配曲线、物理力学参数、开采条件等均有变化。 
  2. 试验目的、内容和方案 
  2.1试验目的和内容。本研究的工作重点是坝壳砂砾料,按有关规程规范要求,开展砂砾料现场碾压试验,验证设计指标,复核与确定设计参数和施工参数,为大坝优化设计和施工参数控制提供科学依据。包括: 
  (1)验证坝料设计填筑标准的合理性,对碾压试验确定的坝体填筑料的填筑标准,确定特定碾压设备强震条件下砂砾料达到填筑设计标准的碾压参数:铺筑厚度、碾压遍数、加水量等; 
  (2)检验所选用的填筑压实机械的实用性及性能的可靠性; 
  (3)测定各堆筑料碾压后的物性指标:含水率、干密度、相对密度、颗粒级配、渗透系数等; 
  (4)通过进行不同碾压参数对比试验,确定各堆筑料经济合理的压实参数;研究和完善坝料填筑的施工工艺和措施。 
  2.2试验方案及检测项目。 
  2.2.1试验方案。 
  (1)扰动砂砾料现场碾压试验采用26t自行式振动平碾,机身重量为26.1t,额定功率为174kW,碾压宽度为2.2m。 
  (2)砂砾料场位于河道内,水面之上的砂砾料也含有一定的水分,水下处于饱和状态,开采后的砂砾料均含有一定水分。开采后直接上坝,无备料晾晒过程,因此上坝砂砾料处于有一定含水的湿料状态。以往的研究表明,对于砂砾料,在完全干燥或饱和两种情况下较容易碾压密实,而含有一定水分时,不易碾压密实。因此,现场碾压试验主要设置为洒水(饱和)和不洒水(无备料晾晒过程,有一定含水)两个工况,研究含水情况对不同铺厚、不同碾压遍数下砂砾料碾压效果的影响。 
  (3)砂砾料现场碾压试验对洒水和不洒水工况下的砂砾料共进行3个不同铺厚(60cm、80cm和100cm)、四个不同碾压遍数(6、8、10、12遍)共计24个小试验区工况组合的试验。除此之外,还根据以上试验确定的碾压参数,进行碾压参数复核试验,进行了铺厚80cm、洒水和不洒水、碾压遍数分别为6遍和8遍的碾压复核试验。 
  (4)洒水和不洒水工况试验场地长50m,宽30m,包括顺碾压方向的两侧留出的10m和4m长的非试验区,以满足停车和错车需要。不同铺厚之间,留出3m的过渡区,对于每一个铺厚,又按照碾压遍数不同分成4个试验小区,每个小区长10m,宽6m。

 (5)碾压复核试验场地长47m,宽26m,包括顺碾压方向的两侧留出的10m和4m长的非试验区。洒水区和不洒水区之间,留出3m的过渡区。对于洒水和不洒水区,又分为碾压遍数6遍和8遍两个试验小区,每个小区长15m,宽10m。 
  2.2.2检测项目。根据试验场地情况,根据国家有关规范,对不同碾压参数(工况)下的碾压层进行含水率、干密度、颗粒级配等测试,提出含水率、干密度、碾压前后颗粒级配组成等测试结果,及表示指标随碾压施工参数变化的规律图表。对复核碾压试验,还应进行渗透系数检测。 
  3. 试验方法和试验过程 
  3.1场地准备。试验场地选在大坝上游侧,沿平行坝轴线方向布置,该处场地下部為砂砾石层,上部1.0~1.5m为黏性土层,平整度较好。采用推土机和挖掘机将试验区域按场地要求尺寸整平。壤土层表面进行了清基处理。整平清基后采用26t振动碾按3Km/h的速度碾压20遍,然后在碾压过的基础上填45cm厚的砂砾料,用推土机和挖掘机整平后用振动碾按3Km/h的速度碾压,直到碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm。 
  3.2试验料场及试验料现场筛分试验。选定代表性砂砾扰动料进行现场碾压试验。试验前对现场碾压试验用砂砾料,从选定料场取料进行5组颗分试验。从试验结果看,5组试验中,1组试验料的级配在代表性级配包线内,其余4组试验料的级配包线超出了原定代表性级配。考虑到各料场砂砾料的变化情况大,实际上坝坝料中必然包含200mm以上较大粒径的砂砾料。因此,为配合本次碾压效果检测,在原定相对密度试验基础上,补充进行了一组包含200mm以上较大粒径的相对密度试验。 
  3.3试验料摊铺与碾压。 
  (1)在试验面碾压完成后,依次对试验场地进行划线、上料和摊铺。试验料上料采用进占法。摊铺过程中,通过水准仪测量和试验场地边的标杆控制试验土料的摊铺厚度。铺厚满足要求后用振动碾对试验区域静碾两遍,然后用白石灰标记不同试验区区间界限及各种分界线。 
  (2)振动碾压按进退错距法进行,在同一碾压条带进退一个来回计为碾压2遍,在进行下一条带碾压时,与前一条带需要搭接,碾压搭接宽度约20cm,振动碾压行车速<3Km/h。振动碾在距试验场地边线2m处起振,在场地边界处,整个碾子须全部走出试验区。 
  3.4碾压试验料的沉降测量。使用水准仪对布置在试验场地内的测点进行不同碾压遍数下的沉降量测。洒水和不洒水试验区均对10遍和12遍区进行了的沉降测量,每个试验单元布20个测点。为方便沉降测点在碾压后辨识,在每个测点处用塑料布包一个石子作为标记。沉降量每2遍测一次。 
  3.5试验料洒水。本次碾压试验分为洒水和不洒水两种工况。试验料加水用洒水车在试验面完成,按10%加水量对试验区域进行洒水,洒水量根据洒水车水箱中储水量来确定,洒水过程中砂砾料有明显的积水现象。 
  3.6碾压层挖坑检测。碾压试验的挖坑检测主要包括碾压后土料的干密度检测和试坑料颗粒级配分析两方面。 
  3.6.1密度检测。 
  (1)密度检测通过挖试坑得到碾压层的干密度,再由干密度算出其相对密度。 
  (2)本碾压试验的干密度检测采用灌水法进行,对每个小的试验单元各布置4个试坑;复核试验对每个小试验单位各布置6个试坑。 
  (3)干密度检测采用的钢环直径150m、高20cm。试坑深度为试验层铺厚。 
  3.6.2颗粒分析。用筛分法对试坑料进行颗分。5mm及以上的颗粒筛分在室外进行,筛分粒径分别为200mm、100mm、60mm、40mm、20mm、10mm和5mm,对大于200mm的粒石采用直接量测筛分,对5mm以下土样进行取样在室内做颗分试验。 
  3.7复核试验。综合分析各洒水饱和与不洒水的现场试验检测结果,结合不同碾压遍数时的沉降变化规律,并考虑坝体填筑实际情况,确定各试验料的复核试验参数。 
  4. 碾压试验检测结果 
  4.1不洒水工况砂砾料碾压试验结果。对坝壳砂砾料不洒水工况进行了三种不同铺厚(60cm、80cm和100cm)、4种不同碾压遍数(6、8、10、12遍)的试验。 
  4.1.1试验数值结果。 
  (1)从试验结果可以看出,不洒水条件下,铺厚一定时,干密度和相对密度与碾压遍数有一定的关系,但总体规律性不好,说明对于选定料场砂砾料,不洒水碾压的压实性差,难以达到设计要求。 
  (2)从不同铺厚、不同碾压遍数的对比看,不洒水碾压条件下干密度和相对密度与铺厚、碾压遍数之间关系的规律性很差。说明实际上坝施工碾压时,若不对砂砾料充分洒水,实际碾压质量将很难控制,不能满足砂砾料在不洒水时相对密度80%的质量要求。 
  4.1.2碾压遍数与干密度和相对密度的关系。根据试验结果整理出砂砾石料在不洒水工况下不同铺厚(60cm、80cm和100cm)时碾压遍数与干密度和相对密度的关系曲线,由关系曲线可见,一定铺厚时,随碾压遍数的增大,干密度和相对密度的变化规律较差,没有特定的趋势性关系,说明砂砾料不洒水碾压时,铺厚达到60cm以上时,碾压遍数对碾压效果的影响不是控制性的。 
  4.1.3铺厚与干密度和相对密度的关系。绘制碾压6、8、10、12遍时铺厚与干密度和相对密度的关系曲线,由关系曲线可见,一定碾压遍数下,随铺厚的增大,干密度和相对密度的变化规律较差,没有特定的趋势性关系,说明一定碾压遍数下,砂砾料不洒水碾压时,铺厚对碾压效果的影响不是控制性的。 
  4.1.4颗粒分析结果。 
  (1)由砂砾石料的颗分图可见,铺厚60cm时,碾压6、8、10、12遍区细料含量(<5mm)分别为11~17%、10~20%、10~19%、13~24%;铺厚80cm时分别为13~23%、9~21%、14~19%、8~21%;铺厚100cm时分别为14~20%、15~24%、15~26%、14~22%。砂砾料挖坑检测的16条级配曲线中,有5条级配曲线不包含200mm以上大粒径砂砾料,在原代表性级配包线范围之内,约占45%,其余11条级配曲线均包含超过200mm以上的大粒径砂砾料,其中8条级配曲线的最大粒径为300mm,超过200mm粒径砂砾料占总重的1.3~7.1%,大多在4~5%。3条级配曲线的最大粒径达到400mm,超过200mm粒径砂砾料占总重分别为5.8%、12.9%、13.3%。

(2)由不同试验区细料含量和大于200mm粗料含量图表可见,在不洒水时,铺厚和碾压遍数对碾压效果的影响规律性较差,但总的来看,细料含量和粗料含量对压实后的干密度和相对密度有一定的影响。 
  4.1.5沉降量测结果。从沉降测量结果看,与碾压遍数和铺厚对干密度和相对密度的影响规律一样,沉降量和碾压遍数的变化曲线规律性不是很好。 
  4.2洒水工况砂砾料碾压试验结果。对坝壳砂砾料洒水工况进行了三种不同铺厚(60cm、80cm和100cm)、4种不同碾压遍数(6、8、10、12遍)的试验。 
  4.2.1试验数值结果。 
  (1)从试验结果可以看出,洒水条件下,一定铺厚下,干密度和相对密度与碾压遍数之间相关性比较好,随碾压遍数的增加,干密度和相对密度增大。 
  (2)从不同铺厚、不同碾压遍数的对比看,洒水碾压条件下干密度和相对密度与铺厚、碾压遍数之间关系的规律性较好,洒水饱和条件下,砂砾料的压实性能较好,在铺厚80cm时,碾压8遍即可满足填筑要求。因此,在实际上坝施工时,对砂砾料充分洒水,有利于提高其压实性能。 
  4.2.2碾压遍数与干密度和相对密度的关系根据试验结果整理出砂砾石料在洒水工况下不同铺厚(60cm、80cm和100cm)时碾压遍数与干密度和相对密度的关系曲线,曲线图可见,一定铺厚下,随碾压遍数的增加,相对密度增大,说明砂砾料洒水碾压时,碾压遍数对碾压效果的影响明显。铺厚80cm时,碾压8遍能满足填筑要求,铺厚100cm时,碾压8遍难以满足填筑要求。 
  4.2.3铺厚与干密度和相对密度的关系。由碾压6、8、10、12遍时铺厚与干密度和相对密度的关系曲线可见,一定碾压遍数下,随铺厚的增大,相对密度减小,说明一定碾压遍数下,砂砾料洒水碾压时,铺厚对砂砾料压实效果有明显影响。 
  4.2.4颗粒分析结果。 
  (1)由砂砾石料的颗分图可见,铺厚60cm时,碾压6、8、10、12遍区细料含量(<5mm)分别为11.9~20.7%、10.9~24.3%、9~16.1%、13.4~19.9%;铺厚80cm时分别为13.4~14.8%、6.9~19.6%、7.2~12.2%、15.8~20.9%;鋪厚100cm时分别为11.7~19.5%、13.3~25.9%、13.4~17.2%、17.2~19.4%。砂砾料挖坑检测的48条级配曲线中,有10条级配曲线不包含200mm以上大粒径砂砾料,在原代表性级配包线范围之内,约占20%,其余38条级配曲线均包含超过200mm以上的大粒径砂砾料,约占80%。 
  (2)由不同试验区细料含量和大于200mm粗料含量图表可见,在洒水时,铺厚和碾压遍数对碾压效果的影响明显。铺厚80cm、碾压8遍能完全满足填筑相对密度达到80%的要求。 
  4.2.5沉降量测结果。从沉降测量结果看,与碾压遍数和铺厚对干密度和相对密度的影响规律一样,沉降量和碾压遍数的变化曲线规律性较好。 
  4.3复核试验。 
  (1)通过对代表性扰动砂砾料在洒水和不洒水工况下进行的各种铺厚、不同碾压遍数和不同洒水率的各种试验组合的试验结果比较和分析,重点针对洒水工况进行碾压参数复核试验,考虑到不洒水料在碾压之前由于中间有几天蒸发失水的过程,从试坑检测干密度和相对密度的效果上看,碾压效果不理想,规律性差,因此对不洒水料也补充进行复核试验。 
  (2)砂砾料洒水饱和情况下和不洒水情况下均采用用自行式振动平碾进行碾压,行车速度<3Km/h,铺厚80cm,碾压6遍和8遍。 
  (3)从复核试验的结果看,铺厚80cm,洒水条件下,碾压6遍不能满足全部试坑检测相对密度达到80%的填筑标准控制要求,碾压8遍则能满足。不洒水条件下,碾压6遍和8遍均不能满足。 
  (4)每种土料复核试验均取6个试验点进行干密度检测,方法同上,同时在每种土料的试验场地取8个点进行渗透试验。 
  4.4小结采用选定的碾压机具和行车参数(行车速度、振动频率和振动位移等),对选定料场代表性砂砾料分别进行了洒水和不洒水、不同铺厚、不同碾压遍数等组合工况的碾压试验及相应的力学特性试验检测(主要包括干密度、含水率、干密度和颗分等)。试验前,对选定料场砂砾料进行了颗分试验,验证试验材料的代表性。对选定料场代表性砂砾料碾压试验结果,分析了颗粒级配对材料碾压性能(以干密度或相对密度评价)的影响,分析了洒水和不洒水时,一定铺厚下的干密度(相对密度或孔隙率)与碾压遍数关系曲线,一定加水量和碾压遍数下干密度(相对密度或孔隙率)与铺厚的关系曲线等规律。经综合比较,初步选定碾压施工参数(主要包括行车速度、铺厚、碾压遍数和加水量等),最后进行了复核试验。 
  5. 成果与结论 
  通过现场碾压试验,得到以下成果和结论。 
  (1)洒水工况和不洒水工况试验结果表明,对于选定料场的砂砾料,加水对砂砾料的碾压性能有显著影响,加水可显著提高砂砾料的碾压性能。 
  (2)洒水工况,碾压砂砾料相对密度随铺厚和碾压遍数增加而增加的变化规律较好。由于砂砾料细粒含量的影响,砂砾料干密度随铺厚和碾压遍数增加而变化的规律有时有一定波动。 
  (3)不洒水工况,随铺厚和碾压遍数增加,碾压砂砾料相对密度的变化规律较差,起伏较大。而且,在所试验的铺厚和碾压遍数工况下,均不能保证达到全部试坑相对密度达到80%以上碾压标准的设计要求。分析推测可能是由于砂砾料含有一定水分,且含水率不均匀引起的。砂砾料场位于河道内,砂砾料一般处于饱和状态。经过开采、运输等上料过程,砂砾料处于有一定含水的非饱和状态。不同位置、不同时间的上坝砂砾料,其含水状态也不一样。以往的研究资料表明,砂砾料的碾压密实性能随含水率的不同而不同,在完全干燥或饱和两种情况下均较容易碾压密实,而非饱和的含有一定水分时则不易碾压密实。砂砾料碾压性能由干燥状态开始随含水率的提高而减小,在某个含水率时最差(如1%~2%时),然后再随含水率的提高而提高。 
  (4)渗透性:对选定料场代表性砂砾料,在建议的碾压施工参数下,对复核碾压试验层分别进行了垂直渗透试验。根据本试验结果,其渗透系数在10-4~10-2cm/s范围。


本文TAGS:
如您需要代写代发表论文请联系QQ:800054855