粗顆粒土填筑標準的確定方法及應用

(新疆北方建設集團有限公司， 新疆 奎屯 833200)

粗顆粒土填筑標準的確定方法及應用

藺靜

(新疆北方建設集團有限公司， 新疆 奎屯 833200)

近些年來，堤防工程多采用砂礫料作為填筑材料進行筑堤。堤防的壓實對填筑土料的均勻性和密實度有著很高的要求，如何使填筑料滿足堤防的抗滑性、抗滲性、抗剪強度以及抗壓縮性，都需要進行科學的試驗來進行確定，這對堤防堤身填筑工程的安全至關重要。本文以某工程為例，對堤防填筑施工前的碾壓試驗的內容、要求、方法以及對結論的分析進行了詳細的論述，供同類工程參考。

堤防； 砂礫料； 填筑； 碾壓； 試驗

1 引 言

水利工程中，堤防工程是重要的抵御洪水的重要措施之一。堤防工程施工的好壞直接決定了工程的安全問題。因此，在堤防工程中堤身填筑前，都需要進行碾壓試驗，用以確定合理的砂礫料的攤鋪厚度、碾壓變數、方向等參數。本文以某工程為例，對堤防填筑(砂礫料填筑材料)的碾壓試驗過程進行詳細的論述，分析了檢測的過程以及控制的方法。

2 砂礫石土料碾壓特性的最主要影響因素

砂礫石土料碾壓特性的最主要影響因素為顆粒級配與土料顆粒自身性質兩個內在因素。作為反映顆粒組成與土體性質的重要指標，粗粒料含量(粒徑d>5mm)在砂礫石料的壓實過程中存在最佳值，即隨著粗粒料含量的不斷提升，干密度也隨之增加，當粗粒料含量達到某一值時，干密度提升至最大值。在達到最大值后，干密度與粗粒料含量間變為反比關系。出現這種變化的原因是，粗粒料隨著自身含量的不斷增加會形成骨架，若此時細粒料填充其中，干密度會不斷增加。在粗粒料含量達到最佳值時，粗粒料骨架全面形成，骨架間隙由細粒料填滿，干密度此時也達到最大值。此后，粗粒料含量進一步提升，骨架孔隙不能被細粒料全部填滿，填料開始呈現出架空狀態，干密度也因此降低。

3 粗顆粒土填筑標準及方法

超大徑粗粒料的最大干密度的確定是填筑標準需要解決的關鍵問題，由于粗粒料填筑密度的變化規律以及主要影響因素已經非常清晰，所以理論研究界提出了許多關于填筑標準中確定超大徑粗粒料最大干密度的確認方法。

a.曹杜堂的超大徑粗粒料最大干密度確認的近似方法：

其中，ρdmax、ρdmin分別代表模擬級配料干密度的最大、最小值，即通過振動法對ρdmax進行測定，ρdmin通過人工松填法測得。

b.杜延齡的全料干密度算法：

ρd=Dρdmax(P5)

式中D——壓實度，需根據實際工程中的設計規范進行針對性選擇；

ρdmax(P5)——全料干密度的最大值，隨粗粒含量P5的變化而發生改變。

該方法的不足之處在于，未對最大干密度受最大粒徑的影響加以考慮。

c.田樹玉的極限干密度算法：

ρdl=Gs×ρw×P5%+ρds(100-P5)%

式中ρds——細料干密度最大值；

P5——礫石(>5mm)含量；

Gs——礫石比重；

ρw——水密度。

d.陳冬久、廖朝雄的干密度計算方法(該算法基于某攔河壩寬級配心墻土料填筑壓實控制工作)：

若土樣顆粒直徑小于5mm，則干密度的計算按照《土工試驗規程》中不同粗料含量的對應公式進行，由碾壓干密度ρd、心墻土料含量P5，按上式可計算出顆粒直徑小于5mm土樣的干密度。

ρw——水密度，g/cm3，取1.0；

Gsz——干燥情況下，顆粒直徑小于5mm土樣的相對密度，取2.49。

在設計規范中提出，各區壩料填筑標準的初步選擇可依據以往經驗進行，同時規范還規定了壩料級配范圍碾壓參數、孔隙率等，并建議在給定范圍內對相對密度、孔隙率等進行合理選用，要求采用設計孔隙率計算所得的干密度值不得超過規定填筑體的平均密度，即通過統計的質量管理替代原有的“不合格樣本的干密度不得低于設計干密度98%”的標準。由于粗粒料干密度的設計值是通過以往工程經驗類比所得，因此在施工前應進行碾壓試驗對該參數進行驗證與最終確認。

4 案例工程的檢測內容及方法

碾壓試驗按方案進行場地布置，并進行基礎碾壓、分區、鋪料、碾壓、試驗。試驗采用灌砂法，試坑直徑不小于壩料最大粒徑的2～3倍，試坑深度為碾壓層厚。測試項目包括壓實后含水率、干密度、P5含量等。含水量測定采用烘干法；干密度測定采用灌砂法，對每個單元取3組試驗。干密度測定完后對全料進行篩分求得P5含量值(見表1和碾壓遍數與干密度關系曲線)。

根據試驗數據，以鋪料厚度為參數，繪制干密度碾壓遍數關系曲線(見圖1)，以及不同碾壓遍數與沉降率的關系曲線(見圖2)。砂礫料相對密度試驗，采用相對密度儀測定最小干密度、最大干密度，詳見圖3。

圖1 干密度與碾壓遍數關系

圖2 不同碾壓遍數與沉降率關系曲線

圖3 礫砂林Dr-P5-ρd曲線

5 試驗成果分析

當碾壓6遍后，碾壓層表面平整，密實；當碾壓8遍后，碾壓層表面1～2cm略有松散現象；當碾壓10遍后，碾壓層表面大約有4～5cm左右松散，表面有些石子被壓碎。

5.1 碾壓遍數與相對密度的關系

不同鋪土厚度條件下，碾壓遍數與相對密度的關系見表1。

表1 碾壓遍數與相對密度關系

3號料場砂礫料在鋪料厚度一定的條件下采用23t振動壓路機。從上表可以看出，鋪料厚度為60cm時，碾壓6遍的相對密度是0.70，未達到設計相對密度的0.80。碾壓8遍、10遍的相對密度分別是0.90、1.00超出設計相對密度0.80。在鋪料厚度為70cm時，碾壓6遍的相對密度是0.71，未達到設計相對密度的0.80；碾壓8遍與碾壓10遍的相對密度分別為0.84、0.95，超出相對密度的0.80。鋪料厚度為80cm時，碾壓6遍的相對密度為0.76，碾壓8遍的相對密度為0.80，碾壓10遍的相對密度為0.87。

5.2 碾壓遍數與沉降率的關系

從表2和圖2可看出，砂礫料的沉降量隨碾壓遍數的增加而增大并趨于穩定。但從8遍到10遍時增加幅度較小，表明已趨于穩定。

表2 沉降率匯總

表3 標準曲線修正試驗

由表3可以看出，砂礫料小于5mm細料含量平均值為32%，相應大于5mm礫石含量為68%，所對應的最大干密度為2.222g/cm3，與室內試驗相比，礫石P5含量68%，所對應的最大干密度為2.222g/cm3，基本相符。因此可采用砂礫料Dr-P5-ρd曲線圖。

6 結 語

綜上所述，根據碾壓試驗成果，現場宜采用進占法卸料，裝載機應及時平料，鋪料厚度70cm，采用23t自行式振動碾碾壓，行駛速度為2.0km/h，碾壓遍數為8遍。通過碾壓試驗，發現該工程堤防填筑施工方法科學，碾壓質量達標，對滿足工程安全需要起到了至關重要的作用。

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Determination Method and Application of Coarse Grained Soil Reclamation Standards

LIN Jing

(XinjiangNorthernConstructionGroupCo.,Ltd.,Kuitun833200,China)

Gravel is mostly adopted in embankment projects for construction in recent years. Embankment compaction has high requirements on filling material uniformity and density. Methods of making the filling material meet embankment slip resistance, impermeability resistance, shear strength and compression resistance should be determined by scientific test, which is critical for embankment body filling project. Some project is adopted as an example in the paper. Rolling test contents, requirements, methods and conclusions before embankment filling construction are discussed in detail, thereby providing reference for similar projects.

embankment; gravel material; filling; rolling; test

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1005-4774(2014)07-0023-05