高塑性土碾壓工藝試驗分析研究

□高 萌（河南省水利第二工程局）

1.工程概況

賈寨溝排水倒虹吸工程位于河南省鄭州市管城區(qū)十八里河鄉(xiāng)賈寨村北約250m處，是南水北調(diào)中線工程總干渠與賈寨溝的交叉建筑物。

賈寨溝排水倒虹吸工程主要由進口段、管身段、出口段等部分組成，總長215.50m。其中進口段長41.00m，管身段長117 m，出口段長57.50m。按設(shè)計要求，高塑性土：回填部位為管頂以上及截滲齒墻箱涵周邊。高塑性土：要求填土液限WL>35%，塑性指數(shù)IP=15～20，壓實度≥1.0。

2.高塑性土回填試驗

2.1 試驗依據(jù)

施工圖紙、土工擊實試驗報告、《土工試驗規(guī)程》SL237-1999、《堤防工程施工規(guī)范》SL260-98、施工組織設(shè)計、招投標(biāo)文件。

2.2 回填土料檢測

實驗室檢測報告顯示，所選土料的液限39.2%，塑限19.7%，塑性指數(shù)19.5，擊實最大干密度1.67g/cm3，最優(yōu)含水率18.2%。滿足設(shè)計對回填土料的設(shè)計指標(biāo)要求：WL>35%，IP=15～20。

按照設(shè)計壓實度≥1.0的要求，回填施工中高塑性土回填干密度控制值為≥1.67g/cm3，土料控制含水率控制范圍為16.2%～21.2%。

2.3 試驗場地選擇及整理

試驗場地選在賈寨溝排水倒虹吸右側(cè)臺地上。試驗前，首先用推土機推平整理出一塊35m×25m的矩形場區(qū)，再用振動凸塊碾將平整后的場地基層碾壓密實，最后把試驗場地劃分為3個試驗小區(qū)，每個小區(qū)長20m，寬10m。

2.4 試驗組合設(shè)定

回填工藝試驗為機械碾壓工藝試驗，按“鋪土厚度、壓實遍數(shù)、含水率”的不同分別設(shè)定試驗參數(shù)，再依次按同一鋪土厚度、同一碾壓遍數(shù)進行組合開展現(xiàn)場試驗。

機械壓實試驗參數(shù)：鋪土厚度（30cm、35cm）、碾壓遍數(shù)（6遍、8遍、10遍）、含水率（16.2%～17.8%、17.9%～19.5%、19.6%～21.2%）。

2.5 試驗機具選定

試驗機具選定為自行式凸塊振動碾（20T）。

2.6 高塑性土碾壓試驗

在試驗區(qū)先鋪一層30cm厚高塑性土，分別碾壓6、8、10遍，每一碾壓組合各取樣6組，用環(huán)刀法測定干密度。再鋪高塑性土35cm分別碾壓6、8、10遍的組合，每碾壓組合均取樣12個，測定干密度。共取樣216個。

經(jīng)采集數(shù)據(jù)，整理、統(tǒng)計、計算所測試樣的含水率及干密度如表1和圖1：

表1 鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、干密度、含水率變化表

圖1 干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線表圖

從表1與圖1中可看出，鋪土厚度為30cm、35cm，碾壓遍數(shù)為8遍的壓實效果較好，均能滿足壓實度>1.0的要求。

2.7 試驗數(shù)據(jù)分析

對取得的數(shù)據(jù)進行整理分析，從中匯總出表2。

從表2中可看出：鋪土30cm厚和35㎝厚碾壓8遍的試驗組所測得干密度達到1.67g/cm3及以上的頻率100%，能滿足回填要求。

2.8 確定最優(yōu)組合

分析、比較以上2組效果較好的試驗所測干密度數(shù)據(jù)分布頻率可得出結(jié)論。

表2 碾壓試驗各個試驗組合干密度分布頻率表

鋪土30cm厚碾壓8遍組合和鋪土35cm厚碾壓8遍組合，均能滿足回填干密度要求，從經(jīng)濟角度考慮，應(yīng)選擇鋪土35 cm、碾壓8遍組合作為高塑性土回填組合。

3.現(xiàn)場描述

現(xiàn)場觀察碾壓試驗情況，無彈簧、無涌土、無光面、無表面龜裂現(xiàn)象、無剪切破壞現(xiàn)象；采用水準(zhǔn)儀嚴(yán)格控制鋪土厚度。

經(jīng)檢查上、下層土層結(jié)合良好，無明顯分層現(xiàn)象。

4.復(fù)核試驗

通過以上碾壓試驗，初步確定適宜的施工參數(shù)為：

鋪土厚度35cm,碾壓遍數(shù)8遍，含水率控制范圍16.2%～21.2%。然后按此參數(shù)進行復(fù)核試驗。

碾壓復(fù)核試驗結(jié)果：試驗共取樣12個，含水率范圍16.7%～21.0%，干密度范圍1.67g/cm3～1.69g/cm3，合格率100%。

5.碾壓試驗結(jié)論

通過以上碾壓試驗得出如下結(jié)論：

一、在使用凸塊振動碾的施工條件下，鋪土厚度為35㎝，碾壓遍數(shù)為8遍，最優(yōu)含水率18.2%，施工時土料含水率宜控制在16.2%～21.2%范圍內(nèi)，行進速度控制在慢速1檔（2km/h）,能滿足設(shè)計、施工要求。

二、通過挖坑觀察,壓實層底部結(jié)合層處無虛土，碾壓后的土體均勻密實，無原狀土塊。可見由于該土料天然干密度小，結(jié)構(gòu)疏松易碎，在施工中經(jīng)過挖裝、攤鋪、推平，土塊最大粒徑已<15 cm，況且使用的壓實機械壓實功大，所以回填施工中，在控制含水率范圍內(nèi)的土料無需限制粒徑，壓實質(zhì)量也能滿足設(shè)計要求。

三、碾壓時無碾壓粘碾現(xiàn)象，在含水率控制范圍內(nèi)碾壓8遍，無彈簧土、涌土和表面龜裂，壓實時無剪力破壞現(xiàn)象，下層結(jié)合良好。

6.結(jié)語

南水北調(diào)土方填筑工程中，碾壓工藝試驗對填筑質(zhì)量起著決定性作用。一個科學(xué)、嚴(yán)謹、合理的土方碾壓工藝試驗，得出的試驗數(shù)據(jù)能夠有效指導(dǎo)施工，既保證了填筑工程的質(zhì)量，又能有效降低施工成本。

[1]水利部淮河水利委員會.堤防工程施工規(guī)范（S）.中國水利水電出版社.1998（11）.

[1]南京水利科學(xué)研究院.土工試驗規(guī)程（S）.中國水利水電出版社.1999（4）.