混凝土面板堆石坝坝体碾压工艺试验施工方案.docx

1、工程概况
上水库西南副坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶长度311.2m，坝顶高程738.90m，最大坝高37.4m。坝体主要由主堆石区、次堆石区、堆石过渡区、过渡区、垫层区组成，设计总填筑量为249665 m3。根据进度计划，西南副坝从2012年4月1日开始填筑。按照合同要求，在西南副坝开始填筑前，须进行碾压工艺试验。
西南副坝填筑工艺试验工程施工方案的编制，遵循《江西洪屏抽水蓄能电站工程主体土建工程C1标上水库土建工程施工合同文件》的有关条款和国家现行水利水电技术规范要求进行。
本方案适用于江西洪屏抽水蓄能电站上水库西南副坝坝体填筑试验的施工。
2、碾压工艺试验目的
（1）核实坝料设计填筑标准的合理性。
（2）确定达到设计填筑标准的压实方法（包括进行坝体不同区域铺料方式、铺料厚度、碾压遍数、铺料加水量、压实层的孔隙率和干密度试验）及控制措施。
（3）分别按《技术条款》要求，对西南副坝主堆石、次堆石、过渡料、堆石过渡料、垫层料分别进行试验及取得的工艺控制参数。
（4）汇总数据，整理成果，报经监理工程批准后，作为指导全标段填方施工控制的依据；
（5）落实填筑施工作业和程序，使施工技术管理规范化。
3、试验要求
为工艺试验尽可能模拟西南副坝填筑施工工况，采用的原材料与西南副坝填筑施工相同的材料（堆石料、过渡层料、垫层料），采用自卸汽车运输，仓面施工（平仓、碾压）设备与计划用于西南副坝填筑施工设备相同。
4、碾压试验主要内容
垫层料压实层厚按40cm控制，选定加水量分别为5%，8%，10%，15%，进行碾压遍数n=2碾压试验，测试其压实沉降值，及碾压遍数n=4、6、8、10碾压试验，测试其渗透系数、干容重、孔隙率、压实沉降值、颗粒级配、计算压缩模量，以确定最佳加水量及碾压遍数。
过渡料压实层厚按40cm控制，选定加水量分别为8%，10%，15%，20%；堆石料压实层厚按80cm控制，选定加水量分别为10%，15%，20%，分别进行碾进行碾压遍数n=2碾压试验，测试其压实沉降值，及碾压遍数n=4、6、8、10碾压试验，测试其干容重、孔隙率、压实沉降值、颗粒级配、计算压缩模量，以确定最佳加水量及碾压遍数。
待各项参数选定后，用选定参数进行复核试验。
大坝坝体上游斜坡碾压试验待坝体填筑至一定高度后，直接在坝体上进行，本次不做坝体上游斜坡碾压试验。
5、工艺试验施工组织
5.1、试验场地布置和规划
5.1.1、试验场地
碾压试验场地布置在西南副坝坝后临时中转料场，试验场地用风化开挖料进行平整，18T振动碾碾压8遍。碾压试验场地长60m，宽42m，分A、B、C、D、E五个区，从上游面至下游面依次为：垫层A区4m×60m、过渡B区4m×60m、主堆石C区16m×60m、堆石过渡D区8m×60m、次堆石E区10m×60m。碾压试验平面及剖面布置见图1。
图1 碾压试验布置示意图

5.1.2、进场道路
由进场道路经1#施工道路入场。
5.1.3、风、水、电
施工用水采用从附近小溪沟抽水，施工用电采用现场布置柴油发电机方式发电。
5.2、设备配置
主要施工设备及检验仪器设备见表1。
表1： 主要施工设备及检验仪器设备
序 号
设 备 名 称 及 型 号
数 量
备注
1
推土机SD16
1台
已到位
2
振动碾18T
1台
已到位
3
自卸汽车20T
4台
已到位
4
装载机ZL50
1台
已到位
5
烘箱
1台
已到位
6
薄膜

已到位
7
双环
1个
已到位
8
2.5m钢圈
1个
已到位
9
1m钢圈
1个
已到位
10
0.5m钢圈
1个
已到位
5.3、人员安排
西南副坝填料碾压工艺试验人员安排见下表。
表2： 西南副坝填料碾压工艺试验人员安排
序号
姓 名
人数

1
***
1

2
***
2

3
***
1

4
***
3

5
***
2

6
***
1

7
***
2
施工员
准备工作，安排工作面施工机械
8
***
1
振动碾操作手

9
***
1
推土机操作手

10
***
2
测量人员
松铺系数确定
11
***
4
自卸车司机

12
***
15
普工
试验配合、松铺等辅助工作
合 计
35

5.4、试验时间
初定试验时间2012年3月1日~2012年3月10日。
5.5、工艺试验施工保证措施
为确保副坝填料碾压工艺试验顺利进行，针对施工场地、机具、人员采取有效可行的施工措施。
试验前，已将场地平整压实。因场地为填方区，为保证碾压混凝土试验能碾压密实，土基不出现弹簧土，保证试验的准确性。场地平整以后，用风化开挖料进行平整，18T振动碾碾压8遍，将地基对试验的影响降到最低限度。
按试验设备配置要求，组织施工机具提前进场，在投入运行前进行一次全面检修，并将仓面施工机具运至施工现场。
对所有参加碾压试验的施工人员进行一次技术培训，并将试验计划下发到施工班组，并安排相关人员现场值班。
6、筑坝材料
6.1、堆石料
主堆石料从石料场进行开采，及利用本标和C2标开挖的合格料。
次堆石料和堆石过渡料，除使用本标和C2标开挖的利用料外，不足部分拟从石料场进行开采。
6.2、垫层料、过渡料
垫层料由由业主提供。过渡料使用中转的洞挖料，不足部分从石料场进行开采。
6.3、料源设计要求
设计要求的各种填料主要指标见表3：
表3： 筑坝材料指标表
序号
项目
填筑材料
孔隙率
填筑干密度（g/cm3）
填筑层厚cm
最大 粒径mm
碾压遍数
碾压机具
加水量
渗透系数
（%）
（cm/s）
1
垫层料
加工后新鲜石料
≤16.5
≥2.24
40
80
6～8
≥13t振动碾
10～15
1×10－3～ 5×10－3
2
过渡层料
新鲜开挖石料
≤19
≥2.17
40
300
6～8
≥13t振动碾
10～20

3
主堆石料
微、弱风化石渣料
≤21
≥2.12
80
800
6～8
≥16t振动碾
10～20

4
次堆石料
弱、强风化石渣混合料
≤23
≥2.06
80
800
≥4
≥16t振动碾
10～20

5
堆石过渡料
主、次堆石混合料
≤22
≥2.09
80
800
6～8
≥16t振动碾
10～20

垫层料、过渡料、主堆石料、次堆石料及堆石过渡料设计级配曲线见图2：
图2： 主要筑坝材料设计级配曲线图

7、 碾压工艺试验
试验场地压密实后测量放线，划分各种填料区域，即开始碾压试验。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、静碾后观测——铺料——洒水——埋设表面观测钢板、静碾后观测——振动碾压——试验检测。
填筑顺序：为模拟西南副坝填筑施工工艺顺序，首先进行主堆石区第1层的碾压试验，其后依次进行过渡区第1层及第2层、垫层区第1层及第2层、堆石过渡区第1层、次堆石区第1层的碾压试验，为一循环。其后再进行主堆石区第2层的碾压试验等，依次循环，保持填筑体全断面平齐上升。
7.1、填筑材料及运输
7.1.1、碾压试验用填筑料
垫层料由由业主提供。主堆石料从石料场进行开采，及利用本标和C2标开挖的合格料。次堆石料和堆石过渡料，除使用本标和C2标开挖的利用料外，不足部分拟从石料场进行开采。过渡料使用中转的洞挖料，不足部分从石料场进行开采。采用掺配法加工出符合设计级配要求的垫层料、堆石料和过渡料。
所有填筑用料在使用前均经筛分检测合格，上料过程中以目测加强质量控制，保证试验用的填筑料符合设计要求并具有代表性。
7.1.2、运输设备
坝料上坝全部采用自卸汽车运输。运输垫层料、过渡料和堆石料使用的车辆相对固定，并经常保持车厢、轮胎的清洁，防止残留在车厢和轮胎上的泥土带入清洁的料源及填筑区。
7.1.3、运输措施
（1）料源装料、运输和仓面卸料、铺料等工序持续和连贯进行，以免周转过多而导致含水量的过大变化。
（2）垫层料运输及卸料过程中，采取控制措施防止颗粒分离。运输过程中垫层料保持湿润并控制卸料高度。
（3）对不合格的垫层料、过渡料或堆石料，一律不得上仓面。
7.2、填筑铺料方式
堆石料、过渡层料采用进占法卸料，即自卸汽车行走平台及卸料平台是该填筑层已经初步推平但尚未碾压的填筑面，卸料及平料时大石块自然滚落至本层底部，小石块及细料大部分填充于大石块见，部分留在本层表面，这样有利于工作面的推平整理，提高碾压质量，同时，细颗粒与大颗粒石料间的嵌填作用，有利于提高干密度，确保填筑质量。垫层料采用后退法卸料，即在已压实的层面上后退卸料形成密集料堆，再用推土机平料。这种卸料方式可减少填筑料的分离，对防渗、减少渗流量有利。
7.3、填筑料加水
对过渡料、主堆石、次堆石、堆石过渡料，在普刘璈平整完成后即在其表面均匀洒清水，洒水量用水表计量。
对垫层料，因其含细粒多，渗透性弱，一般情况下不宜在坝面洒水。要求垫层料生产存料时按拟定含水量均匀加水，闷料2～3天后供试验施工使用，保证其在上坝前具有合适的含水量，这样可避免粗细骨料分离，对确保施工质量、加快施工进度很有好处。
7.4、卸料、推平
在卸料前，先由测量人员对填筑单元的边线进行放样，并洒上石灰线。仓面上设有专人指挥运输车辆倒料，指挥倒料人员根据车前挂牌上标明的料物类别将上坝车辆指挥到相应的填筑单元进行卸料。堆石料和垫层料皆用推土机进行推平，辅以ZL-50装载机平料。
7.5、碾压
碾压采用进退全振错距法，前进和后退均为1遍，错距碾压法是指在已铺料平整、洒水后的分块填筑仓号内，自行式振动碾从该条带一侧按确定的速度、振动工况、重叠往返次数等施工参数振动行驶结束后，在另一条带再进行振动行驶，完成整个填筑仓号压实的施工过程，条带间横向碾迹接头重叠0.2～0.3m，条带内纵向碾迹重叠2m以上，达到无漏压、无死角，不得超碾和欠碾，确保碾压均匀。
碾压速度：振动碾行走速度控制在2.0 km/h左右。
7.6、碾压层厚控制
为保证填料层厚，可从两个方面入手。一方面可根据各填料铺填厚度、自卸车斗容计算出每车填料可铺填的面积，然后在仓面上画出方格，控制卸料间距，例如垫层料压实层厚40cm，考虑松铺系数后松铺层厚45cm，20T自卸车斗容10m3左右，则方格尺寸为4×5.56m。二方面可使用全站仪等测量仪器控制层厚，填料粗平之后，在仓面上放点，标出超填高度或欠填高度，然后进行精平，或在填筑范围外打桩，标示高程，拉线控制层厚。
7.7、沉降观测
每层填料松铺前，在基础面埋设钢板，并用振动碾静碾一遍以固定，填料松铺后，在对应位置填料表面埋设钢板，并用振动碾静碾一遍以固定，用全站仪对每层填料基础面、表面埋设的钢板进行观测，测出振动碾压2遍、4遍、6遍、8遍、10遍后的压缩沉降量，进而计算压缩沉降率。
7.8、密度试验、筛分试验
用试坑灌水法在填料振动碾压4遍、6遍、8遍、10遍后检测干密度和颗粒级配。
7.9、现场渗透试验
用原位渗透法在垫层料复核层碾压完毕后检测垫层料渗透系数。
7.10、试验场次及参数组合
试验场次及参数组合见表4：
表4： 碾压场次、试验参数组合一览表
填料区
试验层次
加水量(%)
压实层厚(cm)
模拟 施工季节
碾压机械
垫层料
(
第1层
5
40
常温
18T振动碾
第2层
8
第3层
10
第4层
12
复核层
待定

第1层
8
40
常温
18T振动碾
第2层
10
第3层
15
第4层
20
复核层
待定

第1层
10
80
常温
18T振动碾
第2层
15
第3层
20
复核层
待定

第1层
10
80
常温
18T振动碾
第2层
15
第3层
20
复核层
待定

第1层
10
80
常温
18T振动碾
第2层
15
第3层
20
复核层
待定
8、试验检测方法
垫层料、过渡料、堆石料现场密度检测，采用挖坑灌水法。试坑直径不小于最大粒径的2～3倍，最大不超过2.5m，试坑深度为碾压层厚。
垫层料加水量检测，采用烘干法。过渡料、堆石料加水量检测，采用烘干和风干联合法。
西南副坝填料碾压工艺试验碾压试验检查次数见表5：
表5 西南副坝填料碾压工艺试验碾压试验检查次数
填料类别
检查项目
取样（检测）次数
垫层料
干密度
3组/层/工况
颗粒级配
3组/层/工况
渗透试验
2次/整个试验
过渡料/堆石料
干密度
2组/层/工况
颗粒级配
2组/层/工况
8.1、密度试验
密度试验参照《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）和《土工试验规程》（SL237-1999）进行，采用挖坑灌水法。根据不同填筑料最大粒径，套环直径分别为堆石料2500mm、过渡料1000mm、垫层料500mm。
灌水法密度试验：在选定的层面上放置钢制套环，套环安防稳固，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，分别称量湿试料质量m。试坑挖好后将塑料膜铺于试坑内，灌入清水，分次灌水总质量V2，则试坑湿密度ρ=m/(V2-V1)。
含水量测定：根据填筑料不同，将湿试样现场筛分至20mm，按D≤20mm、D＞20mm测定各自含水量，按级配加权平均，计算出试坑全试样的含水量代表值。
8.2、筛分试验
颗粒分析从料源地或从试坑中取出的试样，200mm以上的颗粒用钢尺量记其代表粒径，小于200mm的用大筛现场筛分至20mm，小于20mm的细颗粒经四分法取样进行室内筛分，最终计算全试样级配组成。
8.3、现场渗透试验
垫层料现场渗透试样参照《土工试验规程》（SL237-1999）的原位渗透试验方法进行。渗透环为双环，内环直径22.6cm，高30cm，外环直径45.2cm，高30cm。试验时将内外环嵌入试体15~20cm，用湿粘土将环下口外侧密封，防止水流向环外。加水后测记渗透速度，当渗透稳定后，在1小时内测记渗入量5~6次，计算平均渗透系数。
9、试验成果及资料提交
9.1、现场描述
（1）记录使用的运输设备、卸料方式及铺料方法。
（2）对于堆石料应观察表面石料压碎及堆石架空情况。
9.2、试验成果
根据碾压试验，结合工程的具体情况，确定各种坝料施工碾压参数和填筑标准，在试验报告中提出以下结论：
（1）设计标准的合理性；
（2）各种坝料填筑干密度控制范围；
（3）提出达到设计标准的施工参数：铺料厚度、碾压遍数、行车速度、错距方式及堆石料、垫层料、过渡料的加水量等。
（4）对于垫层料，因设计对其有渗透系数要求，在试坑内进行专门的渗透试验，以验证经碾压后的垫层料其渗透性是否可达到设计要求。
10、质量保证措施
（1）严格执行《江西洪屏抽水蓄能电站上水库土建工程C1标技术条款》要求。
（2）严格控制压实质量，随时检查密实度，并按《江西洪屏抽水蓄能电站上水库土建工程C1标技术条款》要求取样试验，发现不足，及时处理，并及时采取改进措施。
（3）垫层料、过渡层料每层松铺厚度不超过45cm，堆石料每层松铺厚度不超过90cm。
（4）在填料碾压施工前和施工中，采取各种防雨措施，确保施工质量。
11、安全文明保证措施
（1）加强安全教育，提高员工的安全意识与知识水平。开工前，根据填筑碾压作业的施工特点，编制安全措施及安全细则，组织全体人员学习，并要求严格遵守。
（2）健立安全组织，强化安全检查机构。配备专职安全管理人员。使他们有职有权，充分发挥监督作用，做到奖惩分明，把事故苗头消灭在萌芽状态。
（3）落实安全员在现场随时检查。
（4）开展文明施工，场地布置统一规划，填料堆放及其他各种物资材料安放正确醒目标志，场区内布置线条整齐、清洁、废弃物统一深埋，定时处理。