論蘇丹Abu Rajala土石壩壩料碾壓實驗

劉 進，袁勝超，孫建光

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

論蘇丹Abu Rajala土石壩壩料碾壓實驗

劉 進*，袁勝超，孫建光

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

蘇丹Abu Rajala土石壩為均質土石壩，為了保證大壩壩體填筑質量，保證施工工藝的可行、合理，在壩體填筑前對填筑料進行了碾壓試驗，通過碾壓試驗為壩體填筑提供了合理的施工參數、施工工藝。重點對碾壓試驗的方法和過程進行闡述。

壩體填筑料；黏土；碾壓

土石壩的填筑是經過對土、砂礫料、石料等筑壩材料進行開采、運輸上壩、碾壓等一系列的工序，最終形成堅實的壩體。對填筑成型的均質土石壩，要求防滲性好、穩定性好、沉積性好、沉降量小、有足夠的密實度和強度。因而需要進行有效的壓實。也只有通過壓實，才能使筑壩材料的力學指標、滲透系數等達到設計要求，成為密實的壩體，從而發揮其防滲、阻水的作用。

在土石壩填筑施工前，主要針對壩體填料進行碾壓試驗，選擇適宜的碾壓機械、確定相應的碾壓參數，以達到設計指標，使壩體填筑質量標準達到設計要求。而各項施工要素乃至控制指標的確定都要靠碾壓試驗來確定。由此可見，碾壓試驗是土石壩施工質量的前提保障。

實踐證明由實驗得出的指導性結論既能保證施工質量，又能節省人力、物力，從而達到提高經濟效益的目的。

1 區域環境概況

工程地點位于蘇丹西南部北科爾多凡州，該區氣候干燥，屬大陸性沙漠氣候，旱季雨季交替明顯。地勢總體較為平坦。地表第四紀覆蓋層主要以風積砂和殘積土為主；局部出露低矮山丘，表層多為強—中風化玄武巖或花崗巖類。沿河道流域第四紀覆蓋層主要以風積砂、洪沖積黏性土為主，植被發育，主要是灌木叢林，其他區域植被不發育。

2 均質壩壩體碾壓施工要求指標

壩體碾壓施工和碾壓試驗應根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）的要求實施。鑒于蘇丹國內的具體情況，應該在中國相關規范的基礎上，結合該地區的施工經驗進行實施。

（1）土方填筑設計指標為：壓實度0.96～0.98。

（2）填筑料應滿足的要求見表1。

表1 填筑料參數要求表

（3）防滲體填筑料宜采用凸塊振動碾壓實，工作重量宜大于10t，振動頻率20～30Hz，行駛速度不應超過4km/h，并應定期檢查振動碾的工作性能。

3 碾壓試驗

3.1 填筑料準備

取填筑料土樣，按《土工試驗規程》SL237-1999的方法進行各種相關試驗和檢測。根據試驗數據和檢查結果判定是否適用于土石壩壩體填筑。依據擊實試驗確定填料的最優含水量和最大干密度控制填筑料碾壓密實度。填筑土料的各項試驗結果見表2。

試驗結果顯示，試驗用土料（即工程用料）的各項參數中，除粘粒含量略低于建議值外，其余均滿足設計指標要求。

表2 填筑料的試驗結果表

3.2 試驗場地準備

試驗場地占地面積3480m2，寬40m，長87m，均勻分成3個試驗區塊。為確保試驗場地基礎平整、堅實，在規劃的場地范圍內對原基礎振壓6～8遍后，在其上鋪土（合格的填筑土料）20～30cm找平，采用振動碾靜壓2遍，振壓6～8遍，作為基層，然后再在其上進行碾壓試驗。

3.3 施工參數確定

根據蘇丹施工經驗，本次試驗初步碾壓參數使用見表3。

表3 初步碾壓參數表

根據現有的設備情況，凸塊振動碾主要性能指標見表4。

表4 凸塊碾主要性能指標表

3.4 試驗流程

碾壓試驗工藝流程，見圖1。

圖1 碾壓試驗工藝流程圖

3.5 試驗方法及步驟

（1）在基礎層上，用白灰線放出試驗場地；在試驗區布置（1.5×1.5）m方格網，確定取樣點，并測量取樣點處的高程。

（2）試驗用料取自粘土料場，土料天然含水率為0.1%～0.2%，明顯低于最優含水率，不能直接用于填筑。考慮本地區蒸發量比較大，選擇將土料在土料場加水至最優含水率+3%，經自卸汽車拉運至試驗場地，采用倒退法卸料。

（4）嚴格控制鋪料厚度，首先進行測量掛線，建立方格網線標識鋪料高程。掛線后先由挖掘機進行初次整平，在此過程中要求挖掘機履帶及機斗不能碾壓松鋪層。待初平完成后，采用水準儀進行抽點位式檢測平整度，確保滿足鋪土厚度。對取樣點處的高程進行測量。

（5）振動碾在試驗區范圍2m外起動，先靜壓2遍，再以小于4km/h的速度在35cm、40cm、45cm三個試驗土層上分別振動碾壓6、7、8遍后，退出試驗場地。

（6）在不同碾壓遍數的土層上取樣，并在取樣點上進行高程測量。試驗人員用環刀法檢測每一組合壓實后的干密度、含水率，每一組合取樣4個。

3.6 試驗成果內容及分析

3.6.1 試驗成果

根據壓實度檢測成果數據繪制不同虛鋪厚度下碾壓遍數與干密度、壓實度的關系曲線（見圖2、圖3）；不同虛鋪厚度、不同碾壓遍數時的干密度與含水率關系曲線（見圖4、圖5、圖6）。

圖2 不同虛鋪厚度下碾壓遍數—干密度關系曲

圖3 不同虛鋪厚度下碾壓遍數—壓實度關系曲

圖4 虛鋪35cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

圖5 虛鋪40cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

3.6.2 成果分析

從圖2、圖3可以看出，壓實干密度、壓實度隨碾壓遍數的增加而增大，隨鋪土厚度的增加而減小，符合一般填筑材料的工程特性。

圖6 虛鋪45cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

當虛鋪厚度為35cm時，振動碾壓6、7、8遍后，平均壓實度均大于0.96，平均干密度均大于1.882g/cm3，均符合設計要求。從曲線可以看出，碾壓6遍和碾壓7遍得到的壓實度提高幅度很大；碾壓7遍和碾壓8遍得到的壓實度提高幅度卻很小，并且增加一次碾壓遍數會增加施工成本，降低施工效率。因此，如果選取虛鋪厚度為35cm，則碾壓遍數易取7遍。

當虛鋪厚度為45cm時，振動碾壓6、7遍后，平均壓實度均小于0.96，不滿足設計要求。雖然碾壓8遍后的平均壓實度為0.964，但是4個取樣點的壓實度分別為0.964、0.974、0.959、0.959；可見當虛鋪45cm時，壓實度合格率低，無法確切保證土料的壓實度大于0.96。不宜選擇該虛鋪厚度。

當虛鋪厚度為40cm時，振動碾壓6遍后，平均壓實度小于0.96，不符合設計要求；振動碾壓7、8遍后，平均壓實度分別為0.972和0.974，均大于0.96?？梢钥闯?，碾壓7遍和碾壓8遍得到的壓實度提高幅度很小，并且增加一次碾壓遍數會增加施工成本，降低施工效率。因此，當選擇虛鋪厚度為40cm時，震動碾壓遍數宜選擇7遍。

通過以上分析可以得出，虛鋪厚度宜在35cm和40cm之間選取，而碾壓遍數均宜取7遍，即不論取35cm厚的虛鋪厚度還是取40cm厚的虛鋪厚度，得到的壓實度均符合設計要求。但是，當取40cm厚的虛鋪厚度，會減少碾壓層數，縮短碾壓時間，這樣會大大提高施工效率，節約施工成本。所以，通過本次碾壓試驗，宜選取的虛鋪厚度為40cm，靜壓遍數2遍，振動碾壓遍數7遍，共9遍。

4 本工程碾壓試驗結論

通過碾壓試驗和以上的分析可以得出以下結論：

（1）碾壓后的填筑料含水率應控制在偏離最優含水率±3%內。在料場制備填料時，加水量應控制在最優含水率的上限+2%～+3%之間。

（2）綜合分析試驗結果，選擇最優施工碾壓技術參數見表5。

（3）碾壓方法：平行于壩軸線碾壓，前進一趟算一遍，再原位退回算2遍，錯車搭接以20cm為宜。每2遍的搭接處要錯位，嚴禁漏壓和過壓。

表5 施工碾壓技術參數

通過本次試驗，對材料進行了復核，對土石壩碾壓施工質量有了基本保證；同時通過試驗，對本工程即將開始的土石壩碾壓施工在施工準備、設備、人員配置，施工工藝等方面都進行了檢測、檢驗，有利于施工過程中提高施工效率、加快施工進度。

本工程運行到目前已有2年時間，壩體安全、穩定、防滲、沉降等各方面運行良好。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）中國規范在蘇丹境內的適用性。本工程的設計主要依據中國規范設計，填筑材料和碾壓參數的要求均參考中國相關現行規范。在實際施工過程中，中國規范要求的參數要結合蘇丹的具體情況綜合考慮，不能照搬中國規范的數據或參數。比如：填筑料的粘粒含量可放寬到6%，而中國規范規定在10%～30%；碾壓機械震動頻率適當增加等。

（2）碾壓參數的選擇。在蘇丹北科爾多凡州地區，土石壩碾壓振動碾宜選取15～18t的工作質量。碾壓遍數在6～8遍、虛鋪厚度在35～45cm之間進行碾壓試驗選取參數即可滿足要求?？紤]到蘇丹氣候干燥、高溫、蒸發量大，填筑料制備加水量應根據最優含水率+ 2%～+3%選取，而不能取最優含水率下限控制值。

5.2 建議

（1）可以充分利用本項目研究的成果，在此基礎上進行碾壓試驗。這樣可縮短試驗時間，節約成本，提高效率。

（2）在充分利用本項目研究成果的基礎上，改變碾壓試驗的方式，進行生產性碾壓試驗，即直接在壩基上進行試驗，檢測合格后可直接作為壩體使用。這樣會大大節省試驗成本，降低工程成本，提高施工效率。

[1] DL/T 5129-2001碾壓式土石壩施工規范[S].中國電力出版社.

[2] SL/T 274-2001碾壓式土石壩設計規范[S].中國水力出版社.

[3] SL237—1999土工試驗規程[S].

[4]ASTM D698-00.

TV641

A

1004-5716（2015）04-0016-04

2014-12-29

2014-12-31

劉進（1979-），男（漢族），河北寧晉人，工程師，現從事水利工程、巖土工程施工管理工作。