南水北調工程南陽試驗段土工格柵填土試驗方案

□汪 明 □王為然（河南省水利勘測設計研究有限公司）

□李紅爐（河南省水利第二工程局）

一、工程概況

南水北調中線一期工程總干渠膨脹土試驗段（南陽段）工程，位于南水北調中線工程總干渠陶岔～沙河南段南陽市境內，起點位于南陽市臥龍崗靳崗鄉(xiāng)孫莊東，樁號100+500，終點位于南陽市臥龍區(qū)靳崗鄉(xiāng)武莊西南，樁號102+550，渠段全長2.05km。渠段設計流量340m3/s，加大流量410m3/s。

二、土工格柵填土碾壓試驗內容

選用70HDPE型土工格柵（數(shù)量約1350m2），每50cm鋪一層；試驗土料使用中膨脹土和弱膨脹土，用量約162m3。本試驗包括碎土施工工藝（碎土機碎土、人工碎土，每組碎土10m3）試驗，鋪土厚度（30、50cm）選擇試驗，碾壓遍數(shù)（4、6、8遍）選擇試驗，土料含水率（最優(yōu)含水率+1%、最優(yōu)含水率+2%）選擇和最優(yōu)碾壓參數(shù)組合的復核試驗。

為防止試驗鋪料時對土工格柵的破壞，在進行土工格柵填土的各項試驗中均采用進占法鋪料，或者采用人工法鋪料。

三、碾壓試驗

（一）碎土施工工藝試驗

1.試驗目的：南陽土料粘粒含量較大，為保證試驗成果的準確性和碾壓的質量，要求對試驗采用碎土機碎過的土料（破碎后的土料粒徑≤10cm，＞5mm粒徑的顆粒含量≤50%）。

2.碎土機碎土：分別備足10m3的中、弱膨脹土，采用碎土機進行粉碎，然后進行篩分試驗，測定土體各種粒徑組分。

3.人工碎土：分別備足10m3的中、弱膨脹土，由人工利用耙子、木槌和鐵锨進行粉碎，然后進行篩分試驗，測定土體各種粒徑組分。

4.檢測：碎土完成后，采用篩分法檢測＞10、5、0.5cm粒徑的顆粒含量。

5.選擇：通過以上兩項試驗及其檢測結果，根據(jù)以下幾個方面，選擇機械碎土。試驗所使用機械設備的型號及施工工效；試驗的施工工藝、工程單價；碎土質量檢測資料。

（二）鋪土厚度選擇

1.工藝選擇：采用上述試驗所確定的“最佳碎土工藝”制備試驗所需土料（中、弱膨脹土）。使用20T振動平碾按照規(guī)定的碾壓遍數(shù)（6遍）對不同鋪填厚度（30cm、50cm）的最優(yōu)含水率的試驗土料（土工格柵+中/弱膨脹土）進行碾壓試驗。

2.試驗場次：Ⅲ-1-①、Ⅲ-1-②、Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④

圖1 鋪土厚度選擇試驗場次橫向布置圖

3.試驗步驟

（1）鋪料：在Ⅲ-1-①和Ⅲ-1-②試驗塊區(qū)，分別在土工格柵上鋪填厚度為30cm和50cm的中膨脹土；在Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④試驗塊區(qū)，分別在土工格柵上鋪填厚度為50cm和30cm的弱膨脹土。

（2）碾壓：使用20T振動平碾在Ⅲ-1-①、Ⅲ-1-②、Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④試驗塊區(qū)上按選定遍數(shù)（6遍）進行碾壓。

（3）檢測：方格網觀測試驗層碾壓后的沉降；分別在四個試驗塊區(qū)取土樣12組，并檢測填土干密度。

4.試驗報告

試驗檢測結束后，對試驗數(shù)據(jù)進行初步整理和分析，確定最佳鋪土厚度。

（三）碾壓遍數(shù)選擇

1.工藝選擇：采用選定的“最佳碎土工藝”制備試驗所需土料，按照上述試驗所確定的“最佳厚度”將最優(yōu)含水率的土料（土工格柵+弱膨脹土）鋪填在相應的試驗場區(qū)上，并使用20T振動平碾進行不同遍數(shù)（4遍、6遍、8遍）的碾壓，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定最佳碾壓遍數(shù)。

2.試驗場次：Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③

圖2 碾壓遍數(shù)選擇試驗場次橫向布置圖

3.試驗步驟

（1）鋪料：在Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③試驗塊區(qū)，按最佳厚度分別在土工格柵上鋪填中膨脹土。

（2）碾壓：使用20T振動平碾分別在Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③試驗塊區(qū)上碾壓4、6、8遍。

（3）檢測：布置方格網觀測試驗層碾壓后的沉降；分別在三個試驗塊區(qū)各取土樣12組，并檢測填土干密度。

4.試驗報告

試驗檢測結束后，對試驗數(shù)據(jù)進行初步整理和分析確定最佳碾壓遍數(shù)。

（四）“土工格柵+弱膨脹土”碾壓遍數(shù)選擇

土工格柵+弱膨脹土碾壓遍數(shù)選擇試驗場次布置在Ⅲ-3-①、Ⅲ-3-②和Ⅲ-2-④試驗塊區(qū)上（如下圖），其它內容同土工格柵+中膨脹土碾壓遍數(shù)選擇試驗。

圖3 碾壓遍數(shù)選擇試驗場次橫向布置圖

（五）土料含水率選擇

1.按照確定的“最佳厚度”，在土工格柵上鋪設經選定碎土工藝制備的不同含水率的中/弱膨脹土料，采用20T振動平碾對鋪設土料按確定的“最佳遍數(shù)”分別進行碾壓。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定兩種土料的最佳含水率。

2.試驗場次：Ⅲ-4-①、Ⅲ-4-②、Ⅲ-3-③和Ⅲ-3-④

圖4 土料含水率選擇試驗場次橫向布置圖

（2）碾壓：使用20T振動平碾分別在各試驗塊區(qū)上按確定的“最佳遍數(shù)”進行碾壓。

（3）檢測：布置方格網觀測試驗層碾壓后的沉降；分別在四個試驗塊區(qū)各取土樣12組，并檢測填土干密度及含水率。

（4）試驗報告：試驗檢測結束后，對試驗數(shù)據(jù)進行初步整理和分析，確定含水量參數(shù)。

3.試驗步驟

（1）鋪料：采用“最佳碎土工藝”制備土料，按“最佳厚度”在Ⅲ-4-①和Ⅲ-4-②試驗塊上分別鋪填含水量為最優(yōu)含水率+1%和最優(yōu)含水率+2%的土工格柵+中膨脹土；在Ⅲ-3-③和Ⅲ-3-④試驗塊上分別鋪填含水量為最優(yōu)含水率+1%和最優(yōu)含水率+2%的土工格柵+弱膨脹土。

四、碾壓試驗復核

（一）復核試驗參數(shù)

經過上述三項試驗（鋪土厚度、碾壓遍數(shù)及含水率選擇），確定了土工格柵填土的三項碾壓參數(shù)“最佳厚度、最佳遍數(shù)、最佳含水率”。此次復核試驗是按照選定的“最佳碎土工藝”制備土料，使用20T振動平碾對“最佳厚度、最佳含水率”的土工格柵填土按“最佳遍數(shù)”進行一次碾壓試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)復核兩種土料（土工格柵+中膨脹土、土工格柵+弱膨脹土）的最優(yōu)碾壓參數(shù)組合。

（二）試驗場次

Ⅰ-2-③和Ⅰ-2-④

圖5 土工格柵填土最優(yōu)參數(shù)組合復核試驗場次橫向布置圖

（三）試驗步驟

1.鋪料：Ⅱ在土工格柵上分別將“最佳含水率”中/弱膨脹土按“最佳厚度”鋪填在Ⅰ-2-③和Ⅰ-2-④試驗塊區(qū)上。

2.碾壓：使用20T振動平碾按照“最佳遍數(shù)”分別對Ⅰ-2-③和Ⅰ-2-④試驗塊區(qū)上試驗層土料進行碾壓。

3.檢測：布置方格網觀測試驗層碾壓后的沉降；分別在兩個試驗塊區(qū)取土樣12組，并檢測填土干密度。