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【摘 要】 软岩筑坝，通过生产性碾压试验确定填筑料的施工碾压参数，满足设计指标要求，对修正设计参数、确定施工参数和保证施工质量具有重要的指导作用，同时为同类工程施工参数确定提供借鉴。
【关键词】 软岩；筑坝；主堆石3B料；干密度；孔隙率；渗透系数；压缩率
一、工程概况
南欧江六级土工膜面板堆石坝，坝高88米，是国内设计的最高的土工膜堆石坝。由于建筑材料限制，坝体全断面采用软岩填筑，坝体总填筑方量为193万m3，板岩填筑方量为157万m3，其中软岩填筑比例高达81%，其全断面软岩筑坝目前处于国际领先（目前国内外面板堆石坝软岩填筑比例最高为73.4，填筑母料强度都高于南欧江六级电站板岩料）。本工程共进行了6种料的生产性碾压试验，垫层2A、特殊垫层2B、过渡3A、主堆石3B、次堆石3C及排水体3D，其中3B、3C为板岩，其他为砂岩，板岩是本次生产性碾压试验研究的重点对象（本工程板岩经历7次水循环全部风化，属于软岩）。
二、板岩的设计指标、性质及试验概况
1.设计指标
根据设计图纸和《南欧江六级水电站施工详图设计阶段土工膜面板堆石坝碾压试验技术要求》，坝体填筑主堆石3B料填筑设计标准见表2–1，坝料设计级配曲线图见图6–5所示，主堆石3C料级配要求参照主堆石料3B设计包线。200mm以上粒径，设计给定上、下包线间范围较小，对级配要求较严，容易出包线范围。
表2-1 主堆石3B区填筑料设计指标
分区 填筑材料 颗粒级配要求 压实干密度
（t/m3） 渗透系数
（cm/s） 最大粒径（mm） 孔隙率（%）
主堆石3B 弱风化及以下板岩料 级配连续，小于5mm含量小于20%，小于0.075mm含量不大于5% ﹥2.20 >5×10-3 600 ﹤20
次堆石3C 强风化及以下板岩料 级配连续，小于5mm含量小于25% ﹥2.17 --- 600 ﹤20
2.母岩特性
料场为拉哈料场，以砂岩和板岩为主，砂岩作为砂石骨料的原料；填筑料以板岩为主，板岩共有2种，泥质板岩和砂质板岩，且具有遇水崩解、泥化、粉化现象。母岩的物理性质见表2-2。
表2-2 板岩料物理性质检测数据（与砂岩对比）
岩石种类 岩石
比重
（g/cm3） 吸水率（%） 饱和抗压强度MPa 饱和平均抗压强度MPa 软化系数 岩石
分类 备注
砂质板岩 2.76 2.22 11.2-30.6 23.5 0.39-0.55 较软岩 填筑
泥质板岩 2.75 2.78 9.2-19.4 15.3 0.32-0.46 软岩 填筑
石英砂岩 2.73 1.49 76.4-142.6 105.1 0.43-0.55 坚硬岩 混凝土骨料
3.主堆石3B料碾压试验项目组合
铺层厚度为60cm、80cm、100cm；碾压遍数为6、8、10遍；各个试验单元尺寸6m×10m，每个试验单元设置4个干密度测点，1个全料颗粒分析前后对比测点，6个压缩量测点。每个试验区增加破碎度试验，反应碾压前后级配的变化情况，以观察碾压后岩石颗粒的破碎度。（见下表2-3）
表2-3 主堆石料（3B）碾压试验组合表
场次 单元数量 碾重 层厚（cm） 加水量（%） 相应碾压遍数检测内容（遍）
26t 60 80 100 不加水 2 4 6 8 10
1 9 √ √ √ √ √ ? ? ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ
2 6 √ 选定层厚 10 15 ? ? ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ
3
复核 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
4
对比1 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
5
对比2 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
备注 ?-沉降量，Cu-颗分，w-含水率，ρ-干密度，k-渗透系数，对比1-拉哈石料场板岩料，对比2-开挖直接上坝料
三、新鲜板岩碾压试验分析
1.新鲜板岩试验数据
分别进行了铺层厚度为60cm、80cm、100cm，碾压遍数为6、8、10遍的试验组合，选定层厚；然后进行固定层厚的不同加水量的复核；碾压试验数据见表3-1～3-3，绘制相关曲线：压实干密度与碾压遍数关系曲线，孔隙率与碾压遍数关系曲线，碾压遍数与累计沉降量的关系曲线，碾压前后的全料颗粒级配变化对比曲线。
表3-1 主堆石料（3B）碾压试验干密度、孔隙率数据
铺料
層厚
分区 遍数 加水量（%） 含水率（%） 干密度（t/m3） 平均孔隙率（%） 备注
最小值 最大值 平均值
60cm 6 不加水 0.35～0.52 2.16 2.23 2.19 19.7 新鲜板岩3B料，复核比重为2.73t/m3
8 2.20 2.24 2.23 18.5
10 2.22 2.26 2.24 18.0
80cm 6 不加水 0.31～0.45 2.13 2.20 2.16 20.7
8 2.20 2.25 2.22 18.6 10 2.21 2.28 2.25 17.7
100cm 6 不加水 0.31～0.50 2.04 2.11 2.08 23.9
8 2.09 2.16 2.12 22.3
10 2.12 2.18 2.15 21.2
80cm 8 復核
不加水 0.34～0.45 2.20 2.26 2.23 18.4
8 表面湿润 0.54～0.70 2.21 2.25 2.22 18.6
8 加水5% 1.09～1.37 2.22 2.27 2.25 17.7
表3-2 主堆石料（3B）碾压试验岩石颗粒破碎度数据
铺料厚度 平均破碎度值（%） 碾压遍数 平均破碎度值（%） 备注
60cm 5.2 6 3.9
80cm 6.0 8 4.1
100cm 2.4 10 5.6
表3-3 主堆石料（3B）碾压试验沉降量、压缩率数据
碾压场次 铺料层厚分区 遍数 累计沉降量（mm） 累计压缩率（%） 加水量 备注
第一场次 60cm 10 60 8.5 不加水
80cm 53 6.1
100cm 47 4.5
第二场次 80cm 8 59 6.6 复核不加水
80cm 61 6.9 表面加水湿润
80cm 71 8.3 加水5%
2.关系曲线图确定最佳参数
（1）不同铺料厚度不同碾压遍数与干密度、孔隙率、累计沉降量关系曲线图如图3-1～3-3所示：
由图可知：新鲜板岩在铺料厚度一定的条件下，干密度随着碾压遍数的增加而增大，孔隙率相应随之减小，干密度随碾压遍数的增加而规律性增加。铺料60cm、80cm时，随着碾压遍数的继续增加至8、10遍后，干密度的增加与孔隙率的减小速度趋于缓慢，碾压8遍时压实干密度、孔隙率满足设计要求，判定已达到密实状态；碾压后从挖坑揭露情况看，坑壁基本密实稳定，无倒悬，有轻微架空现象，根据振动碾的激振力以压实波的传播方式，动压力随深度的增加逐渐减弱。因此，铺料厚度对压实效果影响较为敏感，从碾压试验成果表中数据可以反映出，在现有压实机械情况下，铺料厚度增大到100cm时，即使增加碾压遍数，碾压后干密度也难以达到设计要求，仍无法达到密实、稳定，同时从碾压后从挖坑揭露情况看，有少量倒悬，架空现象较为普遍，坑壁细粒料较为松散。碾压参数最经济合理，确定新鲜板岩3B料试验参数最优组合为：铺料厚度为80cm、碾压8遍。
（2）碾压遍数与累计沉降量关系测量拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料碾压后累计沉降量数据绘制碾压遍数与累计沉降量关系曲线图如图3-3所示：
由数据分析可知：拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料在铺厚层一定的条件下，碾压后累计沉降量随碾压遍数的增加而增大，相邻两遍沉降量逐渐减小，碾压8遍已基本稳定，继续碾压至10遍时，沉降量仍有缓慢的增长趋势，表明岩石颗粒在激振力的作用下二次破碎，符合颗粒变细，孔隙率变小，压实干密度增大、体积压缩变小的客观规律。铺料60cm时：压缩率从6遍到8遍增加了1.4%，从8遍到10遍平均增加了1.0%，铺料80cm时：压缩率从6遍到8遍增加了0.2%，从8遍到10遍平均增加了0.5%，铺料100cm时：压缩率从6遍到8遍增加了0.3%，从8遍到10遍平均增加了0.4%，表明已趋于稳定，第8遍后两次的沉降值均明显变小，第10遍后则更小。其沉降量与关系曲线也趋于平缓，第10遍比第8遍也明显增长缓慢，说明沉降量变化与干密度变化规律吻合，同时也说明碾压8遍后的碾压效果提高较轻微。以此可知继续增加碾压遍数不经济，而且获得的压缩密实增加量非常小。故主堆石3B料在铺厚层一定的条件下，碾压8遍已基本稳定。
（3）碾压前后颗粒级配对比分析。不同碾压遍数、不同铺料厚度情况下，拉哈料场开挖主堆石3B料碾压前与碾压后全料颗粒级配分析对比曲线图如图6-5、6-8、6-11。
由图可知：各试坑实测颗粒级配连续，说明拉哈料场开挖主堆石3B料试验过程的装运、铺料保证了原料的均匀性和各级颗粒的连续性。碾压前与碾压后级配良好无断径现象，碾压前后小于5mm含量检测18组，最小值4.8%，最大值13.3%，平均值8.7%，满足设计指标要求<20%；小于0.075mm含量检测18组，最小值0.3%，最大值1.0%，平均值0.5%，满足设计指标要求<5%。
碾压前后级配变化较为明显，颗粒变细趋势较大，岩石破碎度较大，变化规律符合客观规律：岩石破碎度随着铺料厚度的增加而减小，随着碾压遍数的增加而增大趋势明显。分析主要原因有：①拉哈料场开挖新鲜弱风化板岩母岩强度较低，根据设计地勘资料显示属于软岩类，故破碎度较大，铺料60cm时破碎度最小值4.5%，最大值6.0%，平均值5.2%，铺料80cm时破碎度最小值5.0%，最大值7.2%，平均值6.0%，铺料100cm时破碎度最小值1.5%，最大值3.5%，平均值2.4%。②通过碾压现场目测，由拉哈料场开挖主堆石3B料为爆破料，棱角突出及爆破预存裂纹在振动碾激振力作用下二次破碎，故细料含量增加，颗粒变细趋势增大。
四、加水后碾压试验分析
原加水对比方案为10%和15%，经现场试验加水量达到10%时板岩料已达过饱和状态，最终选定试验单元区的加水量为：W=5%（体积比）和表面湿润（洒水车表面洒水来回两遍）。加水对比单个加水试验区单元面积为60m2，铺料层厚为0.87m，依照体积比计算出W=5%试验单元区加水量为2.61m3；表面湿润试验单元区，控制加水量约为试验料体积的1%，加水试验单元区加水时间约为1.5个小时，加水后试验区无表面径流和积水，闷料一夜，第二天早上碾压。 1.加水对比及复核试验级配曲线分析
拉哈料场主堆石3B料加水及复核试验区填料与不加水试验区料源同为拉哈料场弱风化板岩。两次试验用料一致，级配连续无断经，控制粒径：最大粒径、小于5mm含量及小于0.075mm含量均满足设计要求，碾压前后级配对比曲线见图6-13。
2.加水及复核试验区压实干密度、孔隙率对比分析
针对最优参数组合铺料厚度80cm碾压8遍，在不同加水量条件下，干密度、孔隙率、累计沉降量关系曲线图如图6-16～6-18所示：
通过现场加水碾压观察，加水5%试验区挖坑揭露面显示，加水闷料后，充分均匀湿润，表层10～32cm厚度细颗粒含量较多，经碾压聚集板结，在上面层形成致密光面弱透水层，不利于内部孔隙水层间垂直渗透，且试验单元格局部表面形成弹簧现象，而不加水复核区、表面加水湿润试验区无此现象。随着加水量的增加压缩率增大，干密度随之增大孔隙率相应减小。经对比试验，加水碾压相比不加水碾压获得的压实效果有较小增加的趋势，与不加水碾压效果对比不显著，且加水碾压后形成表面致密光面层，不利于垂直渗透，建议拉哈料场开挖新鲜板岩料不加水碾压施工。
依据《混凝土面板堆石坝施工规范》DL5128-2009相关条款：对于爆破料的碾压，加水一般情况下可使块石表面浸水软化、润滑，降低抗压强度，减小颗粒间相对位移摩阻力、咬合力，从而在激振力作用下，提高压实密度，减少坝体运行期沉降量。但加水效果与母岩的岩性、风化程度，料源级配有关。诸多试验验证，吸水率小、软化系数大的新鲜坚硬岩石，加水与否及加水量多少对其碾压效果影响甚微，也可不加水。综合以上因素：建议对拉哈料场开挖主堆石3B新鲜弱风化板岩料不加水碾压施工。
3.拉哈料场开挖主堆石3B料碾压后的渗透系数
根据现场碾压后表面颗粒变细，细颗粒增加情况，碾压后挖坑揭露表层细颗粒集结层厚约为7～18cm，考虑孔隙水垂直渗透能力可能会减弱，故增加碾压层表面、层内横向水平原位渗透测试项目（综合为试验规程方法）。采用双环试坑注水法对加水W=5%、表面加水湿润及不加水复核三个试验单元区均进行原位渗透系数测定，实测渗透系数详见表4-1所示。
表4-1 拉哈料场开挖主堆石3B料渗透系数
项目 检测
深度 渗透系数实测值（cm/s） 判定结果
加水量5% 表面湿润 不加水 设计规定值
表面 0 2.9×10-4 3.7×10-3 5.10×10-3 >5×10-3 不符合设计要求
综合 15cm 8.40×10-2 1.06×10-1 7.22×10-2 符合设计要求
横向 60cm 2.0×10-1 1.7×10-1 2.5×10-1 符合设计要求
五、拉哈料场开挖主堆石3B料试验参数确定
根据以上试验成果分析，推荐拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料填筑碾压施工参数详见表5-1，通过现场碾压试验确定出的施工参数，能够满足设计指标要求。
表5-1 推荐拉哈料场开挖主堆石3B料填筑施工参数
铺料
厚度 碾压
遍数 卸料 振动碾
型号 行进速度 碾压搭接 振动
模式 加水量 备注
80cm 8遍 进占法铺料 26吨自行式平碾 2档中油门
（2.0～3km/h） 采用满辊错距法，重叠宽度不小于10cm 强振 不加水
六、堆存板岩料与新鲜板岩料对比
开采后，在料场经6个月以上堆存，大块率明显下降，级配偏细，碾压后比新鲜板岩碾压后细颗粒明显增加3-6%，表面细颗粒集结层厚达23-51cm，加水量5%时表面一半面积以上板结，形成不透水层。
1.碾压后的级配
碾压试验所用主堆石3B料两种料源新鲜板岩料、堆存板岩料，级配连续无断径，岩石性质、关键控制粒径：最大粒径<600mm、<5mm含量、<0.075mm含量全部满足设计要求，颗粒级配分析显示，由于板岩强度低，堆存后的板岩料明显变细，相比新鲜板岩料粒径40mm～300mm颗粒含量较多，300mm以上颗粒含量较少。压实后小于5mm含量较新鲜板岩料有所增加，平均高出3.8%。
2.碾压后的干密度
以碾压试验选定的最优参数组合（h=80cm，n=8遍，W=0%），碾压后干密度、孔隙率均满足设计要求。堆存板岩料因颗粒普遍偏细，压实后干密度较新鲜板岩料有所增加，平均增长30kg/t。
3.碾压后的渗透系数
以碾压试验选定的最优参数组合（h=80cm，n=8遍，W=0%）情況下，实测主堆石两种料源综合渗透系数：拉哈料场开挖新鲜板岩料满足设计要求，堆存板岩料不能满足设计要求。
七、结论
1.加水对板岩料试验参数选定影响较大
水对板岩料碾压参数的选取影响较大，试验现象表明，表面洒水后经碾压面层5-10cm形成细颗粒集中并板结，加水量5%时板结层达到10-32cm，泥化板结更加严重。加水后对干密度和孔隙率影响不大，但对渗透系数影响较为明显，表面渗透系数达到2.9×10-4，形成不透水层，不能满足设计要求，对大坝填筑安全造成安全隐患。建议大坝填筑不加水施工。
2.新鲜板岩经过多次干湿循环堆存后的变化
板岩料经过堆存，一个雨季和旱季交替，多次干湿循环后，板岩料大块率明显下降，级配明显变细，细颗粒显著增加，碾压后细颗粒比新鲜板岩碾压后细颗粒集结层增加，表面厚达23-43cm，相比增加10-22cm；加水量5%时表面一半面积以上板结，形成不透水层。板岩对加水后的变化是比较敏感的，堆存料也主要是经过水的浸润，板岩遇水后从表层逐渐崩解，经历多次循环后强度明显下降，对碾压密实造成较大的影响。建议采用新鲜板岩做3B填筑料，堆存料降低标准或作为弃料来处理。
3.最终碾压参数确定
新鲜板岩无论是人工加水还是堆存6个月后经碾压级配、渗透变化较大，对填筑料的影响主要是水的影响，所以板岩对水比较敏感。不加水碾压参数降低了施工成本，减少加水施工工序，提高施工的效率，同时对板岩填筑料碾压后设计指标有益，不加水、少加水均能满足设计指标要求。最终确定碾压参数为：使用新鲜板岩、不堆存、不加水，铺料厚度80cm，26T振动平碾，每小时速度控制2.0～3km，碾压8遍。
参考文献：
《南欧江六级水电站施工详图设计阶段土工膜面板堆石坝碾压试验技术要求》
《南欧江六级水电站土工膜面板堆石坝填筑料现场生产性碾压试验大纲》
《碾压式土石坝施工规范》DL5129-2001
《土石筑坝材料碾压试验规程》NB/T35016-2013
【关键词】 软岩；筑坝；主堆石3B料；干密度；孔隙率；渗透系数；压缩率
一、工程概况
南欧江六级土工膜面板堆石坝，坝高88米，是国内设计的最高的土工膜堆石坝。由于建筑材料限制，坝体全断面采用软岩填筑，坝体总填筑方量为193万m3，板岩填筑方量为157万m3，其中软岩填筑比例高达81%，其全断面软岩筑坝目前处于国际领先（目前国内外面板堆石坝软岩填筑比例最高为73.4，填筑母料强度都高于南欧江六级电站板岩料）。本工程共进行了6种料的生产性碾压试验，垫层2A、特殊垫层2B、过渡3A、主堆石3B、次堆石3C及排水体3D，其中3B、3C为板岩，其他为砂岩，板岩是本次生产性碾压试验研究的重点对象（本工程板岩经历7次水循环全部风化，属于软岩）。
二、板岩的设计指标、性质及试验概况
1.设计指标
根据设计图纸和《南欧江六级水电站施工详图设计阶段土工膜面板堆石坝碾压试验技术要求》，坝体填筑主堆石3B料填筑设计标准见表2–1，坝料设计级配曲线图见图6–5所示，主堆石3C料级配要求参照主堆石料3B设计包线。200mm以上粒径，设计给定上、下包线间范围较小，对级配要求较严，容易出包线范围。
表2-1 主堆石3B区填筑料设计指标
分区 填筑材料 颗粒级配要求 压实干密度
（t/m3） 渗透系数
（cm/s） 最大粒径（mm） 孔隙率（%）
主堆石3B 弱风化及以下板岩料 级配连续，小于5mm含量小于20%，小于0.075mm含量不大于5% ﹥2.20 >5×10-3 600 ﹤20
次堆石3C 强风化及以下板岩料 级配连续，小于5mm含量小于25% ﹥2.17 --- 600 ﹤20
2.母岩特性
料场为拉哈料场，以砂岩和板岩为主，砂岩作为砂石骨料的原料；填筑料以板岩为主，板岩共有2种，泥质板岩和砂质板岩，且具有遇水崩解、泥化、粉化现象。母岩的物理性质见表2-2。
表2-2 板岩料物理性质检测数据（与砂岩对比）
岩石种类 岩石
比重
（g/cm3） 吸水率（%） 饱和抗压强度MPa 饱和平均抗压强度MPa 软化系数 岩石
分类 备注
砂质板岩 2.76 2.22 11.2-30.6 23.5 0.39-0.55 较软岩 填筑
泥质板岩 2.75 2.78 9.2-19.4 15.3 0.32-0.46 软岩 填筑
石英砂岩 2.73 1.49 76.4-142.6 105.1 0.43-0.55 坚硬岩 混凝土骨料
3.主堆石3B料碾压试验项目组合
铺层厚度为60cm、80cm、100cm；碾压遍数为6、8、10遍；各个试验单元尺寸6m×10m，每个试验单元设置4个干密度测点，1个全料颗粒分析前后对比测点，6个压缩量测点。每个试验区增加破碎度试验，反应碾压前后级配的变化情况，以观察碾压后岩石颗粒的破碎度。（见下表2-3）
表2-3 主堆石料（3B）碾压试验组合表
场次 单元数量 碾重 层厚（cm） 加水量（%） 相应碾压遍数检测内容（遍）
26t 60 80 100 不加水 2 4 6 8 10
1 9 √ √ √ √ √ ? ? ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ
2 6 √ 选定层厚 10 15 ? ? ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ ?，Cu，w，ρ
3
复核 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
4
对比1 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
5
对比2 3 √ 选定层厚 选定加水量 ? ? ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k ?，Cu，w，ρ，k
备注 ?-沉降量，Cu-颗分，w-含水率，ρ-干密度，k-渗透系数，对比1-拉哈石料场板岩料，对比2-开挖直接上坝料
三、新鲜板岩碾压试验分析
1.新鲜板岩试验数据
分别进行了铺层厚度为60cm、80cm、100cm，碾压遍数为6、8、10遍的试验组合，选定层厚；然后进行固定层厚的不同加水量的复核；碾压试验数据见表3-1～3-3，绘制相关曲线：压实干密度与碾压遍数关系曲线，孔隙率与碾压遍数关系曲线，碾压遍数与累计沉降量的关系曲线，碾压前后的全料颗粒级配变化对比曲线。
表3-1 主堆石料（3B）碾压试验干密度、孔隙率数据
铺料
層厚
分区 遍数 加水量（%） 含水率（%） 干密度（t/m3） 平均孔隙率（%） 备注
最小值 最大值 平均值
60cm 6 不加水 0.35～0.52 2.16 2.23 2.19 19.7 新鲜板岩3B料，复核比重为2.73t/m3
8 2.20 2.24 2.23 18.5
10 2.22 2.26 2.24 18.0
80cm 6 不加水 0.31～0.45 2.13 2.20 2.16 20.7
8 2.20 2.25 2.22 18.6 10 2.21 2.28 2.25 17.7
100cm 6 不加水 0.31～0.50 2.04 2.11 2.08 23.9
8 2.09 2.16 2.12 22.3
10 2.12 2.18 2.15 21.2
80cm 8 復核
不加水 0.34～0.45 2.20 2.26 2.23 18.4
8 表面湿润 0.54～0.70 2.21 2.25 2.22 18.6
8 加水5% 1.09～1.37 2.22 2.27 2.25 17.7
表3-2 主堆石料（3B）碾压试验岩石颗粒破碎度数据
铺料厚度 平均破碎度值（%） 碾压遍数 平均破碎度值（%） 备注
60cm 5.2 6 3.9
80cm 6.0 8 4.1
100cm 2.4 10 5.6
表3-3 主堆石料（3B）碾压试验沉降量、压缩率数据
碾压场次 铺料层厚分区 遍数 累计沉降量（mm） 累计压缩率（%） 加水量 备注
第一场次 60cm 10 60 8.5 不加水
80cm 53 6.1
100cm 47 4.5
第二场次 80cm 8 59 6.6 复核不加水
80cm 61 6.9 表面加水湿润
80cm 71 8.3 加水5%
2.关系曲线图确定最佳参数
（1）不同铺料厚度不同碾压遍数与干密度、孔隙率、累计沉降量关系曲线图如图3-1～3-3所示：
由图可知：新鲜板岩在铺料厚度一定的条件下，干密度随着碾压遍数的增加而增大，孔隙率相应随之减小，干密度随碾压遍数的增加而规律性增加。铺料60cm、80cm时，随着碾压遍数的继续增加至8、10遍后，干密度的增加与孔隙率的减小速度趋于缓慢，碾压8遍时压实干密度、孔隙率满足设计要求，判定已达到密实状态；碾压后从挖坑揭露情况看，坑壁基本密实稳定，无倒悬，有轻微架空现象，根据振动碾的激振力以压实波的传播方式，动压力随深度的增加逐渐减弱。因此，铺料厚度对压实效果影响较为敏感，从碾压试验成果表中数据可以反映出，在现有压实机械情况下，铺料厚度增大到100cm时，即使增加碾压遍数，碾压后干密度也难以达到设计要求，仍无法达到密实、稳定，同时从碾压后从挖坑揭露情况看，有少量倒悬，架空现象较为普遍，坑壁细粒料较为松散。碾压参数最经济合理，确定新鲜板岩3B料试验参数最优组合为：铺料厚度为80cm、碾压8遍。
（2）碾压遍数与累计沉降量关系测量拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料碾压后累计沉降量数据绘制碾压遍数与累计沉降量关系曲线图如图3-3所示：
由数据分析可知：拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料在铺厚层一定的条件下，碾压后累计沉降量随碾压遍数的增加而增大，相邻两遍沉降量逐渐减小，碾压8遍已基本稳定，继续碾压至10遍时，沉降量仍有缓慢的增长趋势，表明岩石颗粒在激振力的作用下二次破碎，符合颗粒变细，孔隙率变小，压实干密度增大、体积压缩变小的客观规律。铺料60cm时：压缩率从6遍到8遍增加了1.4%，从8遍到10遍平均增加了1.0%，铺料80cm时：压缩率从6遍到8遍增加了0.2%，从8遍到10遍平均增加了0.5%，铺料100cm时：压缩率从6遍到8遍增加了0.3%，从8遍到10遍平均增加了0.4%，表明已趋于稳定，第8遍后两次的沉降值均明显变小，第10遍后则更小。其沉降量与关系曲线也趋于平缓，第10遍比第8遍也明显增长缓慢，说明沉降量变化与干密度变化规律吻合，同时也说明碾压8遍后的碾压效果提高较轻微。以此可知继续增加碾压遍数不经济，而且获得的压缩密实增加量非常小。故主堆石3B料在铺厚层一定的条件下，碾压8遍已基本稳定。
（3）碾压前后颗粒级配对比分析。不同碾压遍数、不同铺料厚度情况下，拉哈料场开挖主堆石3B料碾压前与碾压后全料颗粒级配分析对比曲线图如图6-5、6-8、6-11。
由图可知：各试坑实测颗粒级配连续，说明拉哈料场开挖主堆石3B料试验过程的装运、铺料保证了原料的均匀性和各级颗粒的连续性。碾压前与碾压后级配良好无断径现象，碾压前后小于5mm含量检测18组，最小值4.8%，最大值13.3%，平均值8.7%，满足设计指标要求<20%；小于0.075mm含量检测18组，最小值0.3%，最大值1.0%，平均值0.5%，满足设计指标要求<5%。
碾压前后级配变化较为明显，颗粒变细趋势较大，岩石破碎度较大，变化规律符合客观规律：岩石破碎度随着铺料厚度的增加而减小，随着碾压遍数的增加而增大趋势明显。分析主要原因有：①拉哈料场开挖新鲜弱风化板岩母岩强度较低，根据设计地勘资料显示属于软岩类，故破碎度较大，铺料60cm时破碎度最小值4.5%，最大值6.0%，平均值5.2%，铺料80cm时破碎度最小值5.0%，最大值7.2%，平均值6.0%，铺料100cm时破碎度最小值1.5%，最大值3.5%，平均值2.4%。②通过碾压现场目测，由拉哈料场开挖主堆石3B料为爆破料，棱角突出及爆破预存裂纹在振动碾激振力作用下二次破碎，故细料含量增加，颗粒变细趋势增大。
四、加水后碾压试验分析
原加水对比方案为10%和15%，经现场试验加水量达到10%时板岩料已达过饱和状态，最终选定试验单元区的加水量为：W=5%（体积比）和表面湿润（洒水车表面洒水来回两遍）。加水对比单个加水试验区单元面积为60m2，铺料层厚为0.87m，依照体积比计算出W=5%试验单元区加水量为2.61m3；表面湿润试验单元区，控制加水量约为试验料体积的1%，加水试验单元区加水时间约为1.5个小时，加水后试验区无表面径流和积水，闷料一夜，第二天早上碾压。 1.加水对比及复核试验级配曲线分析
拉哈料场主堆石3B料加水及复核试验区填料与不加水试验区料源同为拉哈料场弱风化板岩。两次试验用料一致，级配连续无断经，控制粒径：最大粒径、小于5mm含量及小于0.075mm含量均满足设计要求，碾压前后级配对比曲线见图6-13。
2.加水及复核试验区压实干密度、孔隙率对比分析
针对最优参数组合铺料厚度80cm碾压8遍，在不同加水量条件下，干密度、孔隙率、累计沉降量关系曲线图如图6-16～6-18所示：
通过现场加水碾压观察，加水5%试验区挖坑揭露面显示，加水闷料后，充分均匀湿润，表层10～32cm厚度细颗粒含量较多，经碾压聚集板结，在上面层形成致密光面弱透水层，不利于内部孔隙水层间垂直渗透，且试验单元格局部表面形成弹簧现象，而不加水复核区、表面加水湿润试验区无此现象。随着加水量的增加压缩率增大，干密度随之增大孔隙率相应减小。经对比试验，加水碾压相比不加水碾压获得的压实效果有较小增加的趋势，与不加水碾压效果对比不显著，且加水碾压后形成表面致密光面层，不利于垂直渗透，建议拉哈料场开挖新鲜板岩料不加水碾压施工。
依据《混凝土面板堆石坝施工规范》DL5128-2009相关条款：对于爆破料的碾压，加水一般情况下可使块石表面浸水软化、润滑，降低抗压强度，减小颗粒间相对位移摩阻力、咬合力，从而在激振力作用下，提高压实密度，减少坝体运行期沉降量。但加水效果与母岩的岩性、风化程度，料源级配有关。诸多试验验证，吸水率小、软化系数大的新鲜坚硬岩石，加水与否及加水量多少对其碾压效果影响甚微，也可不加水。综合以上因素：建议对拉哈料场开挖主堆石3B新鲜弱风化板岩料不加水碾压施工。
3.拉哈料场开挖主堆石3B料碾压后的渗透系数
根据现场碾压后表面颗粒变细，细颗粒增加情况，碾压后挖坑揭露表层细颗粒集结层厚约为7～18cm，考虑孔隙水垂直渗透能力可能会减弱，故增加碾压层表面、层内横向水平原位渗透测试项目（综合为试验规程方法）。采用双环试坑注水法对加水W=5%、表面加水湿润及不加水复核三个试验单元区均进行原位渗透系数测定，实测渗透系数详见表4-1所示。
表4-1 拉哈料场开挖主堆石3B料渗透系数
项目 检测
深度 渗透系数实测值（cm/s） 判定结果
加水量5% 表面湿润 不加水 设计规定值
表面 0 2.9×10-4 3.7×10-3 5.10×10-3 >5×10-3 不符合设计要求
综合 15cm 8.40×10-2 1.06×10-1 7.22×10-2 符合设计要求
横向 60cm 2.0×10-1 1.7×10-1 2.5×10-1 符合设计要求
五、拉哈料场开挖主堆石3B料试验参数确定
根据以上试验成果分析，推荐拉哈料场开挖新鲜板岩主堆石3B料填筑碾压施工参数详见表5-1，通过现场碾压试验确定出的施工参数，能够满足设计指标要求。
表5-1 推荐拉哈料场开挖主堆石3B料填筑施工参数
铺料
厚度 碾压
遍数 卸料 振动碾
型号 行进速度 碾压搭接 振动
模式 加水量 备注
80cm 8遍 进占法铺料 26吨自行式平碾 2档中油门
（2.0～3km/h） 采用满辊错距法，重叠宽度不小于10cm 强振 不加水
六、堆存板岩料与新鲜板岩料对比
开采后，在料场经6个月以上堆存，大块率明显下降，级配偏细，碾压后比新鲜板岩碾压后细颗粒明显增加3-6%，表面细颗粒集结层厚达23-51cm，加水量5%时表面一半面积以上板结，形成不透水层。
1.碾压后的级配
碾压试验所用主堆石3B料两种料源新鲜板岩料、堆存板岩料，级配连续无断径，岩石性质、关键控制粒径：最大粒径<600mm、<5mm含量、<0.075mm含量全部满足设计要求，颗粒级配分析显示，由于板岩强度低，堆存后的板岩料明显变细，相比新鲜板岩料粒径40mm～300mm颗粒含量较多，300mm以上颗粒含量较少。压实后小于5mm含量较新鲜板岩料有所增加，平均高出3.8%。
2.碾压后的干密度
以碾压试验选定的最优参数组合（h=80cm，n=8遍，W=0%），碾压后干密度、孔隙率均满足设计要求。堆存板岩料因颗粒普遍偏细，压实后干密度较新鲜板岩料有所增加，平均增长30kg/t。
3.碾压后的渗透系数
以碾压试验选定的最优参数组合（h=80cm，n=8遍，W=0%）情況下，实测主堆石两种料源综合渗透系数：拉哈料场开挖新鲜板岩料满足设计要求，堆存板岩料不能满足设计要求。
七、结论
1.加水对板岩料试验参数选定影响较大
水对板岩料碾压参数的选取影响较大，试验现象表明，表面洒水后经碾压面层5-10cm形成细颗粒集中并板结，加水量5%时板结层达到10-32cm，泥化板结更加严重。加水后对干密度和孔隙率影响不大，但对渗透系数影响较为明显，表面渗透系数达到2.9×10-4，形成不透水层，不能满足设计要求，对大坝填筑安全造成安全隐患。建议大坝填筑不加水施工。
2.新鲜板岩经过多次干湿循环堆存后的变化
板岩料经过堆存，一个雨季和旱季交替，多次干湿循环后，板岩料大块率明显下降，级配明显变细，细颗粒显著增加，碾压后细颗粒比新鲜板岩碾压后细颗粒集结层增加，表面厚达23-43cm，相比增加10-22cm；加水量5%时表面一半面积以上板结，形成不透水层。板岩对加水后的变化是比较敏感的，堆存料也主要是经过水的浸润，板岩遇水后从表层逐渐崩解，经历多次循环后强度明显下降，对碾压密实造成较大的影响。建议采用新鲜板岩做3B填筑料，堆存料降低标准或作为弃料来处理。
3.最终碾压参数确定
新鲜板岩无论是人工加水还是堆存6个月后经碾压级配、渗透变化较大，对填筑料的影响主要是水的影响，所以板岩对水比较敏感。不加水碾压参数降低了施工成本，减少加水施工工序，提高施工的效率，同时对板岩填筑料碾压后设计指标有益，不加水、少加水均能满足设计指标要求。最终确定碾压参数为：使用新鲜板岩、不堆存、不加水，铺料厚度80cm，26T振动平碾，每小时速度控制2.0～3km，碾压8遍。
参考文献：
《南欧江六级水电站施工详图设计阶段土工膜面板堆石坝碾压试验技术要求》
《南欧江六级水电站土工膜面板堆石坝填筑料现场生产性碾压试验大纲》
《碾压式土石坝施工规范》DL5129-2001
《土石筑坝材料碾压试验规程》NB/T35016-2013