CN106812118A - 一种用于掺砾土料级配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于掺砾土料级配控制方法，包括以下步骤：（1）按照平铺立采工艺获取掺砾土料，将掺砾土料按照从下往上为砾石料、土料互层铺筑方式铺筑掺料；（2）将铺筑好的掺料通过反铲装切落料向后甩料抛落的方式进行第一遍掺配，得到掺配一遍砾石土料；（3）将掺配一遍砾石土料通过正铲装切落料向后甩料抛落的方式进行n次掺配后，得到掺配成品料；其中n≥2；本发明在不增加施工工序及施工成本的前提下对掺配砾石土料的颗粒级配进行了良好控制，满足掺配生产要求。

Description

一种用于掺砾土料级配控制方法

技术领域

本发明涉及掺料级配控制方法，具体涉及一种用于掺砾土料级配控制方法。

背景技术

土石坝填筑施工过程中，心墙砾石土料的填筑是整个坝料的关键；同时也是坝体防渗的一道最为重要防线；为发挥填筑砾石土料的作用及功能，其应具有较好的强度及防渗性能；土石坝均以当地材料筑坝形成，由于其地质成因不同，砾石土料不易直接获取，需采用当地土料与一定的砾石料掺配而成；其掺配用土料主要起到防渗作用，砾石料具有一定的强度主要起到骨架支撑作用；若掺配质量不均匀，易导致填筑砾石土料密度偏低、渗透系数偏大等不利因素产生，从而直接影响筑坝质量，一定程度的危害坝体稳定；现有的掺配方式掺配效率和掺配质量不高，掺配后土料级配有一定波动。

发明内容

本发明提供一种均匀性较好的用于掺砾土料级配控制方法。

本发明采用的技术方案是：一种用于掺砾土料级配控制方法，包括以下步骤：

(1)按照平铺立采工艺获取掺砾土料，将掺砾土料按照从下往上为砾石料、土料互层铺筑方式铺筑掺料；

(2)将铺筑好的掺料通过反铲装切落料向后甩料抛落的方式进行第一遍掺配，得到掺配一遍砾石土料；

(3)将掺配一遍砾石土料通过正铲装切落料向后甩料抛落的方式进行n次掺配后，得到掺配成品料；其中n≥2。

进一步的，所述步骤(1)互层铺筑过程中四周铺料边坡按照1:1.3的坡比分层向内侧收坡。

进一步的，所述步骤(1)中砾石料层铺料厚度为50cm，土料铺层厚度为83cm，互层铺筑三层，料堆顶部距地面高度3.99m。

进一步的，所述步骤(2)中反铲方式为从料堆顶部从上往下均匀切透所有土层，切土深度计算方法如下：

其中：H为切土深度，P为铲斗容量，h为料堆高度，B为铲斗宽度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用正铲、反铲配合使用，在不增加生产工艺的基础上有效控制砾石土料的掺配生产工艺；

(2)本发明反铲挖掘机进行第一遍切土掺配，利用反铲铲斗较小，自上而下切料过程中对待铲料进行了薄层切料，减小了结团、结块土料的快度，利于后期正铲挖掘机掺配均匀；

(3)本发明中正铲挖掘机工作过程更利于土料的混合，增加两遍正铲掺配后利于掺配质量的保证；

(4)本发明操作简单、施工安全、工序简单、经济性好。

附图说明

图1为本发明施工过程图。

图2为实施例1中颗粒级配曲线图。

图3为实施例2中颗粒级配曲线图。

图4为实施例3中颗粒级配曲线图。

图中：1-砾石料层，2-土料层，3-掺配一遍反铲，4-掺配一遍砾石土料，5-掺配两遍正铲，6-掺配两遍砾石土料，7-掺配三遍正铲，8-掺配后成品料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种用于掺砾土料级配控制方法，包括以下步骤：

(1)按照平铺立采工艺获取掺砾土料，将掺砾土料按照从下往上为砾石料、土料互层铺筑方式铺筑掺料；

(2)将铺筑好的掺料通过反铲装切落料向后甩料抛落的方式进行第一遍掺配，得到掺配一遍砾石土料；

(3)将掺配一遍砾石土料通过正铲装切落料向后甩料抛落的方式进行n次掺配后，得到掺配成品料；其中n≥2。

进一步的，所述步骤(1)互层铺筑过程中四周铺料边坡按照1:1.3的坡比分层向内侧收坡。

进一步的，所述步骤(1)中砾石料层铺料厚度为50cm，土料铺层厚度为83cm，互层铺筑三层，料堆顶部距地面高度3.99m。

进一步的，所述步骤(2)中反铲方式为从料堆顶部从上往下均匀切透所有土层，切土深度计算方法如下：

其中：H为切土深度，P为铲斗容量，h为料堆高度，B为铲斗宽度。

本发明采用一采两掺用于掺砾石土料级配精确控制方法，解决了砾石土心墙坝中心墙砾石土料掺配质量难以控制的问题；相关规范、行业要求及《两河口水电站大坝填筑技术要求》对两河口水电站大坝心墙填筑用砾石土料颗粒级配做了如下规定：

(1)填筑土料最大粒径不大于150mm；

(2)P₅颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量不应小于15％，小于0.005mm的颗粒含量应不小于8％；

(3)颗粒级配应连续，并防止颗粒分离和砾石集中现象。

两河口水电站土料场具有料源复杂、料区分散、运距远等特点；砾石土料分别由上游亚中料场、苹果园料场、瓜里料场、普巴绒料场及下游西地料场供应，砾石土料除亚中土料场B、C区直接开采上坝外，其他区域的土料需按要求比例掺砾石后上坝；掺配用砾石由骨料系统加工生产；上坝填筑前需要加工的砾石土由土石按照6:4、7:3的质量比通过“平铺立采”掺配工艺掺配加工生产；本工程大坝心墙砾石土填筑量为441.14万m³，需进行掺配获取的砾石土料约为380万m³，月高峰填筑强度约为14.7万m³；对此，针对大体积、高强度、严质量的砾石土料掺配生产是本工程土石坝施工中极为关键的施工工序；常规工况下，针对砾石土料的掺配生产均采用单一的正铲或反铲挖掘机掺配获取，掺配数遍后其颗粒级配均能满足设计要求；本工程掺配用土料具有较高的黏粒含量(平均含量为24％)，土料分层铺筑过程中自卸汽车、推平设备在土料面上行驶后易对铺筑层土料造成预压，致使该层土料出现密实、板结或结团现象；在采用常规平铺立采、单一设备掺配工艺中，对板结、结团土料不易掺配均匀，致使其颗粒级配不满足设计要求，其掺配后的砾石土料不能用于大坝心墙的填筑施工；本发明中土料平铺立采掺配生产过程中需按照先粗后细(先砾石料、后土料)的原则进行互层铺料，两种掺配原料的比例应综合控制，才能发挥其应有的作用及功能。

工程施工过程中，针对砾石土料的产品生产进行了系列试验：

实施例1

采用平铺立采工艺、单一反铲掺配后颗粒级配曲线如图2所示。

其中，“平铺立采”工艺具体工艺过程如“大坝心墙砾石土料“平铺立采法”掺配工艺试验，熊亮、魏陈冰凌、张维春，四川水利发电，2015,6(34)3”；本次试验具体工艺参数如表1所示，曲线图如图2所示。

表1.平铺立采、单一反铲掺配后颗粒级配组成

平铺立采、单一反铲掺配后颗粒级配可满足要求，掺配后各指标波动略偏大；同时由于反铲主要使用于进行停机面以下的物料挖装施工，由于掺配料堆的局限性(掺配料堆较高、反铲下挖时不宜将各层土料立采挖透，质量不宜保障)；为确保掺配质量，反铲掺配时将反铲布置于待掺料掌支面前方，由上往下切割所有土层进行立采掺配，极大程度的降低了掺配效率，不满足高土石坝、高质量、高强度填筑要求。

实施例2

采用平铺立采工艺、单一正铲掺配曲线如图3所示，具体工艺参数如表2所示。

表2.平铺立采、单一正铲后颗粒级配组成

平铺立采、单一正铲掺配后较单一反铲掺配后颗粒级配略均匀，但仍存在一定波动；针对砾石土料平铺立采的掺配生产，类似工程主要采用正铲挖掘机进行掺配获取，因正铲挖掘机的工作原理更利于掺配料的混合；本实施例中工程土料黏粒含量较高，土料分层铺筑过程中土料压实后易出现板结、结团现象；正铲挖掘机斗容相对较大，由下往上切土掺配时为保证其斗容可装系数、掺配效率，切土深度一般较深，致使土料的板结、结团现象严重，在有限掺配遍数下不易将土料掺配均匀；同时由于顶层土料无砾石压重，正铲挖掘机由下往上切土掺配时不宜将顶层土料正常切透(因土料粘性较好正铲切土范围内的土料将与周边土料黏附在一起进行掺配)，从而导致掺配后土料级配有一定波动。

实施例3

采用平铺立采工艺，正铲、反铲配合掺配后颗粒级配曲线如图4所示，其具体工艺参数如表3所示。

表3.平铺立采、正铲、反铲配合后颗粒级配组成

采用本发明的施工方法，即平铺立采、正铲、反铲配合掺配后颗粒级配曲线如图4所示，满足设计要求，且均匀性较好；从图2-4和表1-3可以看出本发明与单一正铲或反铲掺配均匀性好，颗粒级配的波动与单一正铲和反铲相比小了2％。

反铲挖掘机对待掺料堆由上往下进行立面切透所有料层，其中切料深度根据料堆高度及斗容确定；反铲铲斗对各层切落料装料、抛落，即为掺配一遍；正铲挖掘机对反铲掺配一遍后的土料进行装料、抛落，重复数遍后可将砾石土料掺配均匀；首先根据平铺立采施工工艺参数进行砾石料1和土料2的互层铺筑，铺料方式按照按照先粗后细的原则进行；固定掺砾料铺料厚度为50.0cm、土料铺料厚度为83.0cm，考虑铺料料堆边坡的整体稳定性，砾石料1和土料2互层铺筑过程中四周铺料边坡按照1:1.3的坡比分层向内侧进行收坡；结合掺和设备的有效经济作业高度，砾石料1和土料2分别互层铺筑3层，即料堆顶部距地面高度为3.99m；掺配过程中首先采用掺配一遍反铲3对待掺料堆的料堆顶部由上往下均匀切透所有土层，切土深度应根据铲斗容量、铲斗宽度及料堆高度计算，其计算公式如下：

其中：H为切土深度，P为铲斗容量，h为料堆高度，B为铲斗宽度。

将掺配一遍反铲3装切落料向后甩料抛落，即形成掺配一遍砾石土料4；利用掺配两遍正铲5对掺配一遍砾石土料4进行铲料、装料、向后抛落，即形成掺配两遍砾石土料6；利用掺配三遍正铲7对掺配两遍砾石土料6进行铲料、装料、向后抛落，即形成掺配后成品料8，即可直接装车上坝或备存防护。

本发明适用于工程中有掺砾料填筑碾压施工，掺砾料的生产方式采用“平铺立采”工艺获取，掺砾料中土料黏粒含量较高的情况；本发明的目的是解决心墙砾石土料掺配质量难以控制的问题，掺配生产过程中采用正铲、反铲挖掘机配套使用；对掺配土料的均匀性控制较为准确；采用正铲挖掘机进行第一遍切土掺配，利用反铲铲斗较小，自上而下切料过程中对待掺料进行薄层切料，减小了结团、结块土料的快度，有利于后期正铲挖掘机掺配均匀；正铲挖掘机工作过程更有利于土料的混合，增加两遍正铲掺配后有利于掺配质量的保证。

待掺料分层铺筑过程中土料、砾石料铺料厚度应进行严格控制；根据相关规范及本工程实际情况，各层料铺料厚度偏差应控制在+10cm以内；过程中应进行严格跟踪控制，若出现厚度超标或不够现象应立即进行处理；反铲挖掘机切料掺配过程中应自上而下切透所有土层，已保证掺配料的整体均匀；正铲挖掘机掺配时用从最底部进行装料掺配，避免底部砾石料未能装入铲斗进行掺配，导致掺配后砾石土料含量偏低；掺配过程中应对局部结团土料进行排散，以保证掺配质量；同一斗料抛落一次即掺配一遍，避免掺配抛落过程中出现骨料分离现象，料斗距抛落面或料堆高度以2～3m为宜；对掺配后的成品砾石土料应进行颗粒级配检测，若存在颗粒级配不满足要求或指标波动较大时，应采取相应的措施，必要时增加正铲掺配遍数；掺配后的成品砾石土料料堆应进行覆盖保护，避免污染或含水率损失。

在两河口水电站工程中采用本发明方法进行砾石土料掺配，在不增加施工工序及施工成本的前提下对掺配后砾石土料的颗粒级配进行了良好控制；目前已用该方法完成10余万m³砾石土料的掺配生产，掺配后料源检测及填筑碾压后试验检测结果表面：颗粒级配、压实度、渗透系数等各项指标均满足设计要求，其合格率为100％；本方法可满足高土石坝、高质量、高强度填筑砾石土料的掺配生产要求，为工程的完建及创优打下坚实的基础，可为类似工程提供经验。

Claims (4)

1.一种用于掺砾土料级配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照平铺立采工艺获取掺砾土料，将掺砾土料按照从下往上为砾石料、土料互层铺筑方式铺筑掺料；

(2)将铺筑好的掺料通过反铲装切落料向后甩料抛落的方式进行第一遍掺配，得到掺配一遍砾石土料；

(3)将掺配一遍砾石土料通过正铲装切落料向后甩料抛落的方式进行n次掺配后，得到掺配成品料；其中n≥2。

2.根据权利要求1所述的一种用于掺砾土料级配控制方法，其特征在于，所述步骤(1)互层铺筑过程中四周铺料边坡按照1:1.3的坡比分层向内侧收坡。

3.根据权利要求1所述的一种用于掺砾土料级配控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中砾石料层铺料厚度为50cm，土料铺层厚度为83cm，互层铺筑三层，料堆顶部距地面高度3.99m。

4.根据权利要求1所述的一种用于掺砾土料级配控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中反铲方式为从料堆顶部从上往下均匀切透所有土层，切土深度计算方法如下：

$H=\frac{Ph}{B}$

其中：H为切土深度，P为铲斗容量，h为料堆高度，B为铲斗宽度。