作者：曹建国
1.料场区地质概况
吉音水利枢纽位于新疆于田县克里雅河干流上，料场区距坝址下游2. Skm，岩层主要为中元古界，基岩岩性为灰绿色斜长角闪片岩，块状，巨厚层，岩石坚硬，比重大，节理发育，呈网状碎裂结构。其物理和力学性质指标见表1所列。
2.试验指标初拟
2.1 试验区选择
碾压试验区选择在地势平坦、地基坚实区域，铺料前用水准仪复核平整度。试验区分为8 .10、J2、I4遍四个试验单元，每区面积7m x 20m，其长边为碾压机械行走方向，采用2m x2m方格网点高程控制80cm铺料厚度基准面。
2.2试验参数拟定
根据工程区岩石的物理力学特性，参考国内外爆破料堆石坝施工控制参数，初拟吉音水利枢纽大坝爆破料碾压试验指标为：孔隙率不大于20%，渗透系数不小于5 xl0-2 cm/s，最大粒径不大于600mm，Smm以下含量不大于12%，0.075 mm以下含量不大于5%,级配连续。采用YZT20A拖式振动碾，推土机牵引，行车速度2.0~2. 5km/h。振动碾前进、后退各算一遍，采用错距法，保证两相邻碾压带重叠搭接。相邻试验单元间预留1m非碾压区，避免各试验单元相互影响。碾压完成后，测量原方格各网点高程，测定其沉降率与碾压遍数的关系。
2.3试验科目及方法
碾压试验检测项目：堆石料碾压前全颗粒分析、天然比重和压实后原位密度、颗粒分析、渗透系数、含水率。
颗粒分析采用标准圆孔筛筛分，根据《土工试验规程——颗粒分析试验》（SL 237-006-1999）规定，将大于60mm的石块直接用钢卷尺量测其粒径，小于60mm的颗粒用分级筛从孑L径60mm、40mm、20mm、10mm至Smm逐级筛分，小于Smm的颗粒用四分法取样回试验室内筛分，计算全试样级配组成，绘制各试验单元堆石料碾压前后级配曲线。
天然比重按照碾压前颗粒筛分情况，分别测定不同试点、各级爆破坝料比重进行加权平均。
根据《土工试验规程——原位密度试验》(SL 237-041-1999)的有关要求，压实后原位密度试验主要采用挖坑灌砂法，辅以灌水法复检。为确保试验精度，试验前需精确率定标准砂，固定相关操作人员，按规定程序挖坑、取料、称重、灌砂或灌水。
渗透试验按照《水电工程注水试验规程》(SI．345-2007)中单环法相关要求执行，保证注水环安装水平，并与测试面接触良好不漏水。
含水率按照《土工试验规程——含水率试验》(SI．237-003-1999)中有关规定采用烘干法测定，将试样放人烘箱在105~lIO.C下烘至恒重，时间不少于6h,再将试样放人干燥器内冷却至室温后称重。
3试验结果统计分析
3.1平均比重测定（见表2）
3.2沉降量测定
表3证明当该坝料碾压遍数从12遍增加到14遍时的沉降率差已经非常微小，因此近似确定坝料碾压沉降稳定值为12遍，不对其14遍试验区相关参数进行分析。
3.3 渗透系数测定
碾压遍数与渗透系数关系见表4
试验证明碾压8~ 12遍的坝料，其渗透系数均在设计范围内，满足坝体排水要求，并与碾压遍数呈反相关，变化规律主要是P5含量变化所致。
3.4 坝料碾压前后级配变化分析
因篇幅有限，只列举三组具有代表性数据进行对比分析。图1、图2和图3分别是按设计级配曲线包络图中上包线、下包线和中间线的级配比例进行筛分、称量、掺配、拌制、摊铺和10遍标准碾压等程序进行的现场试验，对比分析坝料碾压前后级配变化情况。图表统计数据表明：该爆破坝料级配在600~ 200mm之间减幅明显，100~10mm之间增幅较大，小于Smm变化甚微，明显超出了设计包络线。
3.5 孔隙率测定
表6数据表明：此类爆破坝料在沉降变形稳定，渗透系数和Ps含量都在设计及规范允许范围内时，孔隙率达不到20%的控制标准。试验证明，此类坝料只有将孔隙率参数设定为22%，碾压参数为10遍才能达到试验合格率的要求，但调整后的参数仍在规范允许范围内(20%~25%)。
4. 孔隙率偏大原因分析
4.1 试验比重值比天然岩体比重值偏大的原因
a．试验取样时为了方便，一般都在坝料开挖现场和试验现场取料，试验样本已不是天然岩体的原有结构，忽略了天然岩体中自身存在的空隙。尤其在软弱夹层较多或内部空隙较大的天然岩体中表现更为突出，试验得到的比重其实是已经扣除了岩体自身空隙率后的比重。
b．坝料在爆破、装运、筛分等试验过程中小于5mm的砂子易流失，试样中砂子的比例比天然岩体中所占比例低，从而增大试验比重值。
c．爆破、装运等施工过程将会使块石遭受挤压破坏，产生新的小于Smm的砂子，此类砂子又比天然岩体中砂子的比重大，导致试验测定的砂子平均比重变大，从而增大试验比重值。
鉴于以上情况，比重值试验应采用现场钻孔取样法，准确测定相应体积的表观密度作为孔隙率的计算依据，否则将导致碾压试验孔隙率偏大。
4.2 岩体本身的物理力学特性的原因
吉音水利枢纽坝料场区岩石为坚硬的角闪片岩，微风化干抗压强度高达83MPa，弱风化饱和抗压强度43MPa，但因节理发育，网状碎裂结构明显，抗剪断强度仅有0. 75~1.15 MPa，远低于一般岩石抗剪断强度为抗压强度1/8~1/12的范围，说明此类岩石具有高抗压低抗剪的物理力学特性，此岩石在碾压初期阶段，堆石料中有大量颗粒处于受剪切状态，在垂直外压力作用下，处于受剪状态的岩石块体易沿节理面发生剪切破坏。随着块体间的剪切破坏完成，逐步向全抗压状态转化后，因无节理面小块体的岩石抗压强度非常高，块体棱角和块体本身都不容易被继续压碎，堆石料颗粒间不容易发生水平侧向挤入和垂直压缩变形，从而导致碾压试验孔隙率偏大。
4.3 坝料级配变化特性的原因
从坝料碾压前后的级配曲线变化情况来看，呈现出两头尖瘦，中间宽肥的特点。这充分说明大块岩体的破碎率高，极易按岩石节理面碎裂成小块体，但小块体间没有将其继续碎裂成细小颗料的节理面，小块体的破碎率低，碾压前后小于5mm的颗粒变幅很少，堆石料间的空隙没有相应的细料充填，造成碾压前后级配曲线变幅较大，超出设计包络线范围较多，导致试验孔隙率值偏大。
a．从8遍到10遍碾压的沉降变幅只增加了0. 75%，证明此坚硬爆破坝料碾压10遍就已基本稳定，综合质量安全、施工进度、经济性等因素，确定此类坚硬爆破坝料碾压10遍即能满足规范要求。
b．综合级配、碾压遍数、渗透系数、沉降量等参数分析，此类坚硬爆破坝料的孔隙率按22%控制更为经济合理，不能一味追求高指标。
c．设计级配曲线包络图应根据岩石的物理力学特性经现场试验修正，类似坚硬爆破坝料设计级配曲线包络图中上、下包络线间宽度范围应适当增加，否则该岩石很难通过爆破作业直接达到理想级配。
d．类似岩石因成砂率较低，施工时可通过人工增加小于5mrn的颗粒含量，以提高坝料颗粒间的充填性，降低孔隙率。
5摘要
土石坝工程中爆破坝料填筑多以孔隙率控制，坝料碾压试验是坝体施工前的关键环节，它直接关系工程施工质量、运行安全和建设成本，因此相关施工参数需通过多次试验修正。本文通过分析吉音水利枢纽爆破坝料碾压试验孔隙率偏大的原因，提出相应的解决方法和措施，为同类工程建设提供借鉴与参考。
