三都鎮防洪工程治理段填筑碾壓試驗探討

萬亮亮

(江西星光建設工程有限公司，南昌 330000)

1 問題的提出

江西省重點中小河流治理項目銅鼓縣三都鎮防洪工程治理段位于銅鼓縣城以東定江河江頭-三都老橋段。工程區內交通便利，東距南昌約230km，西至長沙約170km，南與宜春市、北與修水縣均有公路相通，其中銅(鼓)修(水)干線公路通過工程區。本工程起于定江河江頭、途徑楓槎大橋、小源電站、三都橋、止于三都老橋。工程治理河段總長4.0km，左、右岸防洪工程總長2.801km，其中左岸長1.034km，右岸長1.767km。其中，堤防長1.34km，護岸長0.91km，防洪墻長0.55km。沿線共布置11處排水涵管，河道沿線清淤總長302m。工程河段10a一遇設計洪水位為220.30-216.62m，江西省銅鼓縣三都鎮防洪工程主要水工建筑物等級為5級、次要水工建筑物等級也為5級。三都鎮防洪工程治理段筑壩土料大多為粉質黏土，為保證粉質黏土筑壩土料的含水率和干密度滿足設計及施工要求，必須進行填筑碾壓試驗。

2 試驗準備

本防洪工程治理段大壩正式填筑施工前，在現場選擇一塊場地進行填筑碾壓試驗，以確定各種土料施工壓實系數、鋪料厚度、料塊的粒徑和級配、含水量、壓實遍數和行車速度等填筑碾壓施工參數。根據技術規范要求，回填料在填筑前要進行現場碾壓試驗，試驗前由施工單位編寫碾壓試驗大綱報監理工程師批準后實施，以便選定各種填筑材料的最優施工參數。

2.1 筑壩土料性能

按照設計要求對料場進行了復查，確定出3個勘探取樣的料場，取樣及復查鉆孔點的布置均按照Ⅱ類級別進行，根據料場面積確定孔數，孔間距100m，孔深3.5-4.0m，對探坑取樣進行室內試驗，三都鎮防洪工程筑壩土料性能，見表1。

表1 三都鎮防洪工程筑壩土料性能

根據碾壓試驗前對土料場所進行的筑壩土料性能的室內試驗和調查結果，1#、2#和3#料場土料粉質黏土最佳含水率為19.4%、21.3%和20.1%，最大干密度為1.64g/cm3、1.61g/cm3和1.63g/cm3，均可作為筑壩材料，而文章選擇含水率接近最佳含水率的1#料場粉質黏土料進行碾壓試驗。

2.2 碾壓機械

三都鎮防洪工程治理段筑壩土料填筑碾壓試驗采用MC-3深層核子水分-密度儀進行填筑碾壓后土體密度及含水率的檢測，該儀器在試驗現場使用前必須進行檢定和標定。此外，還應采用質量10t、振頻在20-30Hz之間的自振碾，工作速度控制在3.0-4.0km/h，1臺H-160型推土機，1臺16t凸塊振動碾，1臺斗容1m3的挖掘機，5輛自卸車，還包括現場使用的多功能全站儀、多功能計算器、環刀、臺秤、天平、烘箱等試驗儀器。

2.3 試驗場地

本工程土料填筑碾壓試驗在現場附近的平地上進行，試驗區域尺寸12m×50m，試驗前先用推土機將場地徹底清理干凈，再用MC-3深層核子水分-密度儀檢測出試驗場地土體含水率和天然干密度，凸塊振動碾開2擋油門并在推土機按照1擋的行走速度拖動下將試驗場地碾壓5-6遍，將表層土壓實至設計密實度[1]。

3 試驗過程

根據試驗設計大綱并結合相關規范要求，應在所選定的碾壓試驗場地分別按照40cm、50cm、60cm的鋪土厚度成臺階狀鋪土，并將碾壓遍數確定為4遍、6遍和8遍。本次試驗采用淘汰法的組合方式，即按照10-14%的范圍控制土料含水率固定鋪土厚度并調整碾壓遍數；按照3段進行檢測，各試驗段長20m，寬15m。待碾壓結束，在各試驗段檢查碾壓質量，著重檢查是否存在彈簧土、黏輪、虛土層、剪切破壞等現象[2]以及相鄰層面結合情況。

3.1 碾壓4遍

采用進占法碾壓施工，并采用水準儀進行鋪料厚度和碾壓平整度控制，碾壓4遍后實際鋪土厚度變成42.5cm、50.6cm和62.0cm。凸塊振動碾在推土機的拖動下按設計行走速度行進碾壓，在碾壓過程中，土粒并不隨振動碾而翻動。工后經檢查無彈簧土和光面土，在采用MC-3深層核子水分-密度儀進行填筑碾壓后土體密度及含水率檢測時，對于鋪土厚度40cm的土層，僅需要用鐵鍬翻松并清除表層土層，并鏟出一塊深度25cm、面積略>試驗儀器底面的方形區域即可；對于鋪土厚度50cm和60cm的土層，還需繼續繼續向下鏟挖，使測量深度達到30cm。

在各試驗段按相同間距選擇分布均勻的5個測點繪制其土體干密度和含水率的關系曲線[3]，碾壓4遍時土體干密度和含水率的關系，見圖1。由曲線可以看出，鋪土厚度40cm和50cm的情況下土體干密度符合設計要求，但鋪土厚度60cm的試驗段土體干密度未達到設計要求。根據對3個試驗段探坑斷面的檢查結果，3種鋪土厚度土體壓實后均無剪切破壞，鋪土厚度40cm的土體結合面無虛土層，相鄰層面無不良結合段；鋪土厚度50cm的土體結合面存在2-3cm厚度不等的虛土層；鋪土厚度60cm的土體結合面存在3-4cm厚度的局部性虛土層。

圖1 碾壓4遍時土體干密度和含水率的關系

3.2 碾壓6遍

在對鋪料厚度和碾壓平整度進行控制及探坑檢查后，回填并夯實，并立即按設計要求進行碾壓。在各試驗段按相同間距選擇分布均勻的5個測點繪制碾壓6遍的土體干密度和含水率的關系曲線，碾壓6遍時土體干密度和含水率的關系，見圖2。根據圖示可以看出，鋪土厚度40cm和50cm的情況下土體干密度符合設計要求，但鋪土厚度60cm的試驗段土體干密度仍未達設計要求。根據對探坑斷面的檢查發現，3種鋪土厚度土體壓實后均無剪切破壞，鋪土厚度40cm和50cm的土體結合面無虛土層，相鄰層面無不良結合段；鋪土厚度60cm的土體結合面存在2-3cm厚度不等的虛土層。

圖2 碾壓6遍時土體干密度和含水率的關系

3.3 碾壓8遍

在控制鋪料厚度和碾壓平整度及探坑檢查后，回填夯實，立即按設計要求碾壓。在各試驗段按相同間距選擇分布均勻的5個測點繪制碾壓8遍的土體干密度和含水率的關系曲線，碾壓8遍時土體干密度和含水率的關系，見圖3。由圖3可知，鋪土厚度40cm、50cm和60cm的情況下土最大干密度均不符合設計要求，探坑結果顯示，鋪土厚度40cm、50cm試驗段土體壓實后存在剪切破壞，且土體分層較為明顯；鋪土厚度60cm的土體結合面存在1-2cm厚度不等的虛土層，且同樣存在剪切破壞和土體分層。

圖3 碾壓8遍時土體干密度和含水率的關系

4 試驗結果

根據上述碾壓試驗結果，在鋪土厚度相同情況下，隨著碾壓遍數從4遍增加到6遍，土體干密度值增大，而在碾壓遍數繼續增大的過程中，因壓實土體出現剪切破壞，使土體整體結構受到影響，導致土層分層和干密度值的下降。所以，從施工經濟性和施工進度等角度綜合考慮，應將三都鎮防洪工程治理段筑壩土料填筑碾壓試驗鋪土厚度確定為50cm，碾壓遍數確定為6遍，在該工況下，所得到的最大干密度1.821g/cm3，土料含水率11.3%，最為符合相關規范及本工程碾壓施工要求。

5 結 論

通過文章對三都鎮防洪工程治理段筑壩土料填筑碾壓試驗的分析表明，本工程區所大量存在的粉質黏土土料壓實度與其含水率存在密切關系，為合理確定土料填筑碾壓壓實系數、鋪料厚度、料塊的粒徑和級配、含水量的適宜范圍、壓實遍數和行車速度等施工參數，為填筑施工提供依據，必須進行填筑碾壓試驗，并對粉質黏土實際壓實能力進行測試，以保證粉質黏土填筑設計指標符合工程設計要求，確保防洪工程筑壩施工質量。