礫石土在大型輸水渠堤填筑中的碾壓試驗研究

李 濤

(新疆伊犁河流域開發建設管理局,新疆 烏魯木齊 830000)

礫石土具有抗剪強度高、壓實性能好、滲透系數低等優良特性，被廣泛應用于土石壩的防滲結構當中[1]。但是不同地區、地質條件下的天然礫石土材料其物理力學指標不同，很多時候不能同時滿足抗滲及抗剪需求，因而需要通過工程措施來改善其工程力學特性。

楊祎等對海南大廣壩礫石土的工程性質進行了試驗研究，認為含泥卵礫石土是一種優良的壩基填筑材料，可以應用于南方地區筑壩設計和施工[2]。張計等對瀑布溝水電站礫石土心墻料開展了碾壓試驗，提出了對應的碾壓方案及質量控制的快速檢測方法[3]。韓興等在長河壩的施工過程中，開展了粒徑為0.075mm的礫石土料含量對最大干密度影響的研究，為不均勻性礫石土在水電工程的應用提供設計及質量控制參考[4]。譚小軍等對礫石土料中粗粒組分含水率及其關系進行了試驗研究，認為事先對粗骨料的含水率進行測量后，再對粒徑小于5mm土的含水率及粗顆粒含量百分數進行測定，按加權法進行計算可縮短試驗檢測時間約75%[5]。湯少靜則對沿河路堤河灘砂礫石填料的壓實參數進行了現場碾壓試驗研究，對干密度和碾壓速度的關系進行了分析探討并給出了相應的施工碾壓參數[6]。

本文針對新疆某大型輸水工程渠堤填筑時的礫石土材料進行了碾壓試驗研究，對不同鋪土厚度、碾壓方式以及含水率下的力學行為進行了探討分析，可為類似工程的施工建設提供借鑒。

1 工程概況

新疆某大型輸水渠道北山坡區渠段長26.7km，依據相關規程，對渠道填筑某土料場進行了前期勘察和復查，進行了顆粒分析、液限、塑限、擊實等試驗。該土料顆粒分析試驗結果為：土料為含細粒土砂(sf)及少量低液限粉土(mL)，液限：19.5%～27%；塑限：11.9%～15%；塑限指數：9.4～13.8。擊實試驗采用標準擊實，由于料場含>5mm以上顆粒含量不均勻且變化太大，故采用人工配料做出顆粒含量與最大干密度的顆粒含量曲線，以滿足對現場壓實度的控制，最大干密度與顆粒含量的關系如圖1所示。

圖1 最大干密度與顆粒(>5mm)含量關系

2 試驗概況

試驗采用靜壓、強振相結合的不同碾壓遍數與不同含水率、不同鋪料厚度分別進行組合的方式進行碾壓試驗，碾壓機械選用20T平板振動碾，型號為XS- 202JD，額定功率132KW，振動輪寬度2400mm，高振幅1.9mm，振動頻率28HZ，激振力316KN，低振幅0.86mm，振動頻率33HZ，激振力219KN，速度控制為1擋，即1～2km/h以內。試驗場地依據本次試驗土料的含水率分為三個試驗區，每個試驗區試驗場地面積均為10m×10m，沿縱向分為三個單元，每個單元長10m，寬3m。根據室內試驗成果按照最優含水率上下范圍配三種含水率；4%、6%、9%，鋪土厚度為30cm、40cm、50cm，分三層依次進行；碾壓遍數分別為：靜壓2遍強振4遍、靜壓2遍強振6遍、靜壓2遍強振8遍。具體試驗參數見表1。

表1 碾壓試驗參數

3 試驗結果分析

3.1 干密度試驗結果

各碾壓參數下的干密度測試結果如圖2所示。從圖2可以看出：在含水率為4%時，平均干密度隨著鋪土厚度的增加而增加，在含水率為6%時，鋪土厚度為30～40cm的平均干密度最大，當含水率為9%時，鋪土厚度為50cm時的平均干密度最大；相同鋪土厚度下，干密度有隨強擊遍數的增加而增加的趨勢；在相同的強擊遍數下，隨著鋪土厚度的增加，干密度也有逐漸增加的趨勢。從干密度的變化特征可以看出，在不同的碾壓參數下，6%含水率下的整體干密度最大，9%次之，4%含水率下最小。

圖2 干密度與碾壓參數關系

3.2 壓實度試驗結果

試驗得到的干密度隨碾壓參數變化的關系如圖3所示。從圖3可以看出：含水率為4%時，壓實度整體較低，在91%～94.5%，隨鋪土厚度的變化也較為復雜，靜2強4和靜2強8逐漸升高，靜2強6呈先增后減的整體趨勢；6%含水率下，壓實度變化較為復雜，在靜2強4下，呈先減后增的變化特征，且壓實度較低，僅為92%～95%，在靜2強6和靜2強8碾壓下，壓實度較高，均達到了96%以上；含水率8%情況下，靜2強4碾壓時，壓實度在94%～95%，呈先增后減的整體趨勢，而在靜2強6和靜2強8碾壓下，則呈線性增加，壓實度達到了95%～96.5%。本土料填筑設計指標為壓實度96%，因此，從以上分析可以看出，符合設計標準的為含水率6%，靜2強6和靜2強8以及含水率為9%，鋪土厚度為40、50cm，靜2強6和靜2強8的碾壓參數達到了設計標準。

圖3 壓實度與碾壓參數關系

3.3 土體沉降量統計分析

試驗測得的沉降量與碾壓遍數的變化關系見表2。從表2可以看到，在含水率為4%，鋪土厚度為30cm時，沉降量較小，且隨著碾壓遍數的增加而增加；鋪土厚度為40cm、50cm時，沉降量為15～18cm之間，且碾壓8遍和6遍時的沉降量相同，表明碾壓6次時已經達到了最佳壓實次數；在6%含水率下，30cm鋪土厚度時，沉降量僅為12～13cm，而在40cm、50cm鋪土厚度時，沉降量達到了14～17cm，且碾壓8遍和6遍時的沉降量相同；含水率為9%時，30cm鋪土厚度也較小，僅為11～13cm，鋪土厚度為40cm時，沉降量達到了19～21cm，沉降量較大，碾壓8遍和6遍時的沉降量相同，而在鋪土厚度為50cm時，沉降量隨碾壓次數的增加而逐漸升高。

表2 沉降量與碾壓參數關系

4 討論

通過不同含水率，不同鋪料厚度，不同碾壓遍數下干密度、壓實度以及沉降量的分析可以得出：選用型號為XS- 202JD的20T平板碾進行碾壓是可行的。綜合施工效率及壓實后平均干密度、壓實度和沉降量等因素認為：碾壓鋪土厚度以40cm為宜，土料的填筑壓實施工含水率宜控制在6%左右，且采用靜2強6最為經濟合理。同時通過以上碾壓參數壓實過后的材料進行層間結合檢查分析發現：壓實后施工面結合效果較好、無明顯痕跡。因此施工過程中可不進行拉毛，但應在填筑前對填筑面進行灑水濕潤、以確保層間結合良好。

5 結語

通過現場碾壓試驗分析認為：該土料含水率在6%，鋪料厚度在40cm，靜壓2遍+強振6遍碾壓后壓實效果較好，層間結合效果良好，沉降基本穩定，且最為經濟合理。

[1] 劉勇林, 李洪濤, 黃鶴程, 等. 土石壩礫石土心墻料摻配及含水量調整技術[J]. 中國農村水利水電, 2014(11): 93- 97.

[2] 劉國平. 海南大廣壩礫石土工程性質試驗研究[J]. 華北水利水電大學學報(自然科學版), 2000, 21(01): 41- 45.

[3] 張計, 涂揚舉, 饒錫保, 等. 瀑布溝水電站礫石土心墻料碾壓試驗研究[J]. 水力發電, 2010, 36(06): 46- 48.

[4] 韓興, 熊亮, 朱劍. 長河壩水電站大壩心墻礫石土料中粒徑0.075mm含量對最大干密度影響的研究[J]. 四川水力發電, 2015(03): 20- 24.

[5] 譚小軍, 江萬紅, 王紅剛. 礫石土料中粗粒組分含水率及其關系研究與應用[J]. 四川水力發電, 2013(03): 8- 11.

[6] 湯少靜. 沿河路堤河灘砂礫石填料壓實參數研究[J]. 交通運輸研究, 2011(16): 48- 49.