粘土心墻填筑、碾壓工藝試驗與施工參數(shù)確定

摘要：粘土心墻是以粘土作為土石壩中的防滲體，而以透水性較強(qiáng)的砂礫等材料作為壩殼，因而粘土心墻的填筑、碾壓質(zhì)量對土石壩的防滲性能影響極為密切。由于各地區(qū)土料性質(zhì)千差萬別，必須通過施工試驗，才能核實設(shè)計技術(shù)指標(biāo)和確定施工工藝和參數(shù)?，F(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗是了解填筑條件、確定壓實方法的必經(jīng)途徑。通過碾壓試驗可以選擇壓實機(jī)械類型和型號，確定碾壓參數(shù)及相應(yīng)的工藝措施[1]。因此，本文就相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：粘土心墻；碾壓試驗；施工參數(shù)

1 碾壓試驗方案設(shè)計與試驗方法

1.1 壓實參數(shù)

碾壓試驗的主要目的在于確定壓實參數(shù)，包括機(jī)械的和施工的兩方面的參數(shù)。機(jī)械參數(shù)就是壓實設(shè)備型號，按照《碾壓式土石壩施工規(guī)范》（DL/T 5129-2001）附錄B規(guī)定，可以由建設(shè)單位指定，也可以由施工單位根據(jù)施工經(jīng)驗及可能取得的設(shè)備來選擇。施工參數(shù)包括鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度、黏性土含水率、無黏性土及堆石加水量等。

1.2 試驗組合

試驗組合也就是安排不同試驗參數(shù)的組合方式，一般以經(jīng)驗確定法、循環(huán)法、淘汰法和綜合法進(jìn)行組合。淘汰法也稱之為逐步收斂法，是比較常用的方法。其組合方法見表1[2]。

1.3 場地選擇

試驗場地一般選在料場附近，先整平場地，再碾壓密實，然后鋪上一層試驗土料，并壓實至設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)作為基層。場地應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行分區(qū)和分段。同時還應(yīng)留出一定面積的非試驗區(qū)，作為停車和錯車的區(qū)域。場地周圍還應(yīng)設(shè)置排水溝，以消除地基對滲透試驗結(jié)果的影響。場地大小可按照DL/T 5129-2001附錄B有關(guān)規(guī)定確定。

1.4 土料準(zhǔn)備

試驗前應(yīng)備足土料，其自然含水率應(yīng)接近該土料標(biāo)準(zhǔn)擊實最優(yōu)含水率，如果自然含水率與最優(yōu)含水率差別較大，則應(yīng)至少備齊3種含水率的土料，即高于最優(yōu)含水率1%～2%的土料、低于最優(yōu)含水率2%～3%的土料和最優(yōu)含水率的土料。開采的土料還應(yīng)篩分去除大顆粒。水分較高可通過翻曬降低水分，水平較低可通過灑水并翻勻提高水分。通過不同含水率土料摻配可得適宜水分的土料。土料運(yùn)至試驗場地前應(yīng)至少堆放1d以穩(wěn)定水分。

1.5 參數(shù)選擇

一般根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗或參考類似工程資料，選擇試驗參數(shù)。如某工程中、重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土，設(shè)備參數(shù)為：自行振動碾，碾重17t，振動頻率21.7Hz，振幅1.65mm，激振力315.8kN；施工參數(shù)：壓實層厚25mm，碾壓遍數(shù)6遍，干密度1.68～1.69g/cm3，壓實度≥100%。與該工程條件相近時就可以拿來參考。

1.6 碾壓試驗

土料鋪料有進(jìn)占法和后退法兩種方式。黏性土料一般采用進(jìn)占法，卸完料后車輛從剛鋪好的松土上開出，可避免過分碾壓；而礫石土料應(yīng)采用后退法卸料，可減輕輪胎磨損。鋪料厚度一般為25～50cm，且誤差不超過5cm。應(yīng)采用推土機(jī)粗平、人工精平的方式精確控制厚度。然后采用進(jìn)退錯距法進(jìn)行碾壓。根據(jù)碾壓設(shè)備類型選擇合適的行車速度，如振動凸碾行車速度可控制在2～3km/h。在這個過程中應(yīng)觀測碾壓前后的沉降量，測試松土層厚度、壓實層厚度、土樣含水率、干密度和碾后級配等參數(shù)。取樣點(diǎn)距試驗塊邊線距離不應(yīng)小于4m，每塊取樣數(shù)量不少于10個，復(fù)核試驗每塊取樣數(shù)量不少于30個。滲透系數(shù)試驗依方法不同可在現(xiàn)場試驗或取樣后實驗室測定。整個碾壓過程中應(yīng)做好現(xiàn)場描述。復(fù)核試驗后還要取樣試驗壓實度、壓縮性、滲透系數(shù)、抗剪等項目。

1.7 成果整理

按照DL/T 5129-2001附錄B要求，對試驗資料進(jìn)行整理，并繪制相關(guān)參數(shù)的關(guān)系曲線，最后得出試驗結(jié)論和提出相關(guān)建議。

2 粘土心墻填筑、碾壓工藝試驗方法應(yīng)用

2.1 粘土心墻設(shè)計目標(biāo)

洞梓水庫工程粘土心墻設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為滲透系數(shù)k≤1×10-5cm/s，最大干密度ρd≥1.60g/cm3，壓實度≥100%。

2.2 土料物理力學(xué)性質(zhì)

土料粘粒含量46.8%，塑性指數(shù)（Ip）18.36，最大干密度1.60g/cm3，最優(yōu)含水率23.0%，滲透系數(shù)4×10-6cm/s。

2.2 土料碾壓試驗方案

碾壓設(shè)備采用1臺反鏟、1臺推土機(jī)和1臺20t自行式振動平碾。試驗場地位于土料場內(nèi)平地上，場地分為3區(qū)，每區(qū)有效面積為3m×7.5m，試驗區(qū)之間留有1m寬過渡帶。試驗鋪料厚度取30cm、40cm、50cm，碾壓遍數(shù)取6遍、8遍和10遍。土料含水量取22.8%～23.5%。3個區(qū)鋪土厚度分別為30cm、40cm、50cm，每個區(qū)分為三段，分別為碾壓6遍、8遍和10遍的取樣點(diǎn)。每一小段設(shè)3個試驗點(diǎn)，通過烘干法測定土料含水率，以環(huán)刀法測定密度。并設(shè)6個固定點(diǎn)，通過插釬和觀測高程計算松鋪厚度和壓實厚度。

2.3 試驗流程

反鏟立面挖土→進(jìn)占法卸料→推土機(jī)平料→測量松鋪厚度→靜壓2遍→振壓6遍、8遍和10遍→測量沉降量→檢測壓實度（環(huán)刀法）。

2.4 成果分析

試驗結(jié)果見表2及圖1～3。可見：（1）碾壓遍數(shù)與干密度的關(guān)系。如圖1，碾壓8遍干密度最大，同時鋪土厚度40cm干密度要比30cm和50cm更高。（2）鋪土厚度與壓實度的關(guān)系。如圖2，對于碾壓6遍和8遍，鋪土厚度40cm時壓實度最高，而對于碾壓10遍，鋪土厚度30cm時壓實度最高。（3）含水率與壓實度關(guān)系。如圖3，箭頭指示碾壓6遍→8遍→10遍?？梢?，對于鋪土厚度30cm隨含水率接近最優(yōu)含水率和碾壓遍數(shù)增加，壓實度隨之提高；而鋪土厚度40cm、50cm含水率超過最優(yōu)含水率，碾壓8遍壓實度最高。

通過以上分析，施工參數(shù)應(yīng)選擇為：鋪土厚度40cm，靜壓碾2遍，振動碾壓8遍，含水率控制在23.0%～23.4%。

3 結(jié)語

碾壓試驗雖為施工提供了基礎(chǔ)施工參數(shù)，但施工時還應(yīng)注意以下問題：一是施工填筑、碾壓應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，為了確?？焖倌雺汉涂焖贆z測，建議采用核子密度計；二是在炎熱天氣應(yīng)保證倉面濕度，建議在已碾壓面繼續(xù)鋪料前適當(dāng)噴濕；三是停歇較長時間繼續(xù)鋪料時，應(yīng)翻松土層，重新碾壓和檢測。

參考文獻(xiàn)

[1] 任高強(qiáng)，劉曉博. 瀘定水電站粘土心墻堆石壩壓實質(zhì)量控制探討[J]. 四川水利，2013， （4）：56-58.

[2] 《水利水電工程施工手冊》編委會. 水利水電工程施工手冊 土石方工程[M]. 2版. 北京：中國電力出版社，2002.