南水北調(diào)北汝河倒虹吸工程出口段土方填筑試驗(yàn)

劉軍濤

中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 貴州貴陽(yáng) 550081

摘要：南水北調(diào)北汝河倒虹吸工程出口明渠段土方填筑高度較大，填筑控制指標(biāo)要求較高，為滿足施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制需要，項(xiàng)目部在出口段進(jìn)行了土方填筑生產(chǎn)性試驗(yàn)，確定有關(guān)質(zhì)量控制的技術(shù)要求和檢測(cè)方法，為設(shè)計(jì)單元最終核定施工控制填筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。取得填筑材料的施工碾壓參數(shù)的最優(yōu)組合。

關(guān)鍵詞：出口明渠；土方填筑；生產(chǎn)性試驗(yàn)；最優(yōu)組合

1.概述

北汝河倒虹吸工程出口明渠長(zhǎng)100m，設(shè)計(jì)樁號(hào)為SH（3）41+251.3～SH（3）41+351.3，過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪?，設(shè)計(jì)底寬24.5m，渠道內(nèi)坡坡度為1：2.0，渠道外坡在EL123.90設(shè)馬道，馬道上下部坡比分別為1：2和1：2.5，出口渠道起點(diǎn)渠底高程為121.258m，終點(diǎn)渠底高程為121.254m，渠道縱坡為i=1/26000，渠道堤頂高程為129.9m。

出口明渠渠底采用筑堤料換填，換填深度約1m左右，開(kāi)挖邊坡坡比為1：0.75～1：2，換填基礎(chǔ)面寬度約為27.5m，長(zhǎng)度約為91.6m。

出口渠道填筑主要為渠堤填筑及渠底筑堤料換填，土方填筑最大高度約為11.4m。填筑技術(shù)指標(biāo)為干密度不小于1.7g/cm3，壓實(shí)系數(shù)不小于0.98。

2.碾壓試驗(yàn)安排

2.1試驗(yàn)用料

碾壓試驗(yàn)填筑用料從業(yè)主指定宋堡取土場(chǎng)取土，土塊限制直徑小于15cm。以下為宋堡取土場(chǎng)土樣檢測(cè)情況。

（1）土料擊實(shí)試驗(yàn)

依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T237-1999）進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，以確定土料最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水率Wop。根據(jù)黃河水利委員會(huì)基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心出具的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大干密度為1.76g/cm3，最優(yōu)含水率為16.6%，以上指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，檢測(cè)土料為合格土料。

（2）土料天然含水率檢測(cè)

依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T237-1999）檢測(cè)天然含水率，以確定土料天然含水率與最優(yōu)含水率的差值，若土料天然含水率與最優(yōu)含水率的偏差超過(guò)-2%～+3%，則對(duì)土料采取灑水或涼曬處理，直至土料含水率與最優(yōu)含水率Wop的偏差不超出-2%～+3%。

2.2試驗(yàn)場(chǎng)地布置

現(xiàn)場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)區(qū)選擇在樁號(hào)SH（3）41+276.3～ SH（3）41+321.3渠道底部換填區(qū)域進(jìn)行，土料從宋堡取土場(chǎng)運(yùn)至試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)前，需將試驗(yàn)段范圍的施工面用推土機(jī)刮平，清理干凈后，申請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收施工面，合格后方可進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

碾壓試驗(yàn)根據(jù)不同試驗(yàn)參數(shù)分為四個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積為13.75m*20m，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布置4個(gè)組合試驗(yàn)（每個(gè)為6.88m*10m），由于碾壓時(shí)產(chǎn)生倒向，因此在試驗(yàn)區(qū)兩個(gè)端頭預(yù)留5m，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)連接段中間預(yù)留5m的過(guò)渡帶，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布置12個(gè)取樣點(diǎn)，試驗(yàn)取樣點(diǎn)間排距為1.6m*1.25m，渠道左側(cè)用高于最優(yōu)含水率2%，渠道右側(cè)用低于最優(yōu)含水率2%的土料進(jìn)行鋪填，因此所需要清理的試驗(yàn)區(qū)面積為27.5m*55m，碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地布置圖如下圖一：

圖一 填筑試驗(yàn)平面布置圖

2.3碾壓參數(shù)和碾壓組合

本次碾壓機(jī)械擬定選用YZ20B-VI凸塊振動(dòng)碾。根據(jù)《堤防工程施工規(guī)范》SL260-98規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合南水北調(diào)以往土方填筑施工經(jīng)驗(yàn)，初步擬定松鋪厚度、含水率及碾壓遍數(shù)等參數(shù)，如下表《碾壓試驗(yàn)壓實(shí)參數(shù)及組合表》。

表1 碾壓試驗(yàn)壓實(shí)參數(shù)及組合表

綜合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，初步擬定松鋪厚度、含水率、碾壓遍數(shù)等參數(shù)后，先固定其它參數(shù)，變動(dòng)一個(gè)參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)取得該參數(shù)的最優(yōu)值，然后固定此最優(yōu)參數(shù)和其它參數(shù)，再變動(dòng)另外一個(gè)參數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)求得第二個(gè)最優(yōu)參數(shù)，依次類(lèi)推，取得在同類(lèi)碾壓機(jī)械下的含水率、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)的最優(yōu)值，然后用全部的最優(yōu)參數(shù)，再進(jìn)行一次復(fù)核試驗(yàn)，若結(jié)果滿足設(shè)計(jì)和施工要求，即可確定其為施工碾壓參數(shù)，詳見(jiàn)上表《碾壓試驗(yàn)壓實(shí)參數(shù)及組合表》。

3.碾壓試驗(yàn)實(shí)施程序

土方填筑碾壓現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)實(shí)施程序如下：

填筑前準(zhǔn)備檢查、驗(yàn)收、測(cè)量 原材料運(yùn)輸填筑料攤鋪、測(cè)量、碾壓測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料整理

（1）土料運(yùn)輸和攤鋪

土料采用PC220挖機(jī)裝料，15t自卸汽車(chē)從宋堡取土場(chǎng)運(yùn)輸至試驗(yàn)區(qū)域，有現(xiàn)場(chǎng)指揮人員按照測(cè)量人員預(yù)先放樣的區(qū)域分區(qū)卸料（35cm鋪料厚度劃分網(wǎng)格大小為7m×5m。45cm厚鋪料厚度劃分網(wǎng)格大小為5.5m×5m），按“進(jìn)占法”進(jìn)行卸料。土料攤鋪采用推土機(jī)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員采用帶刻度的鋼釬現(xiàn)場(chǎng)控制攤鋪厚度，人工配合修整，采用全站儀測(cè)量每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，測(cè)量人員及時(shí)對(duì)攤鋪區(qū)域按照2m*2m的方格網(wǎng)進(jìn)行測(cè)控記錄，確保鋪土厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）碾壓

本次試驗(yàn)采用YZ20B-VI凸塊振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，碾壓方向沿渠道軸線方向進(jìn)行碾壓，用進(jìn)退錯(cuò)距法依次碾壓，每前進(jìn)一趟算一遍，退回算兩遍，條帶之間搭接寬度不小于50cm，。試驗(yàn)段攤鋪整平后，先靜壓2遍，再用振碾弱振1遍，強(qiáng)振5、6、7、8遍，在碾壓過(guò)程中，要求振動(dòng)碾在碾壓試驗(yàn)范圍線2m以外起振，機(jī)械行駛速度控制在1.5～2.0km/h，碾壓過(guò)程中由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，記錄振動(dòng)碾的碾壓遍數(shù)及行駛速度，對(duì)土樣振壓6、7、8、9遍后分別進(jìn)行取樣，由試驗(yàn)人員采用環(huán)刀法測(cè)定土的密度，并做好記錄，每個(gè)試驗(yàn)塊在同一鋪土厚度，碾壓遍數(shù)不同的區(qū)域分別取12組樣。

4.碾壓試驗(yàn)成果分析

4.1碾壓試驗(yàn)關(guān)系曲線分析

碾壓試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，我部根據(jù)試驗(yàn)大綱初步擬定松鋪厚度、含水率、碾壓遍數(shù)等參數(shù)后，先固定其它參數(shù)，變動(dòng)一個(gè)參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)取得該參數(shù)的最優(yōu)值，然后固定此最優(yōu)參數(shù)和其它參數(shù)，再變動(dòng)另外一個(gè)參數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)求得第二個(gè)最優(yōu)參數(shù)，…依次類(lèi)推，取得在同類(lèi)碾壓機(jī)械下的含水率、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)的最優(yōu)值。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，嚴(yán)格按照試驗(yàn)大綱中要求的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)清洗、準(zhǔn)確，滿足現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄要求。試驗(yàn)完成后我部測(cè)量隊(duì)、試驗(yàn)室和技術(shù)部技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)資料的整理與分析，并繪制出了下列各條關(guān)系曲線：

（1）以鋪料厚度為參數(shù)，繪制干密度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系曲線。

從上圖可以看出，鋪料厚度相同時(shí)，干密度隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，在碾壓遍數(shù)相同時(shí)，干密度隨鋪土厚度的增加而減小。

（2）以鋪層厚度為參數(shù)，繪制壓實(shí)沉降值與碾壓遍數(shù)的關(guān)系曲線。

從上圖可以看出，鋪料厚度相同時(shí)，壓實(shí)沉降值隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，在碾壓遍數(shù)相同時(shí)，壓實(shí)沉降值隨鋪土厚度的增加而增大。

（3）經(jīng)過(guò)計(jì)算，繪制壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系曲線。

從上圖可以看出，平均壓實(shí)度隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，隨鋪土厚度的增加而減小，符合一般填筑材料的工程特性。

4.2碾壓試驗(yàn)成果匯總分析

試驗(yàn)一區(qū)機(jī)械松鋪厚度為35cm、45cm時(shí)，碾壓遍數(shù)、平均干密度、壓實(shí)度關(guān)系如下表：

試驗(yàn)二區(qū)，機(jī)械松鋪厚度為35cm、45cm時(shí)，碾壓遍數(shù)、平均干密度、壓實(shí)度關(guān)系如下表：

本次試驗(yàn)所用土料的含水率在13.5%～18.6%之間，，碾壓過(guò)程中土料可塑性好，未出現(xiàn)彈簧土。

4.3碾壓試驗(yàn)結(jié)論

機(jī)械松鋪土料厚度為35cm，凸塊振動(dòng)碾靜壓2遍后振壓8遍，土料壓實(shí)度可滿足壓實(shí)度不小于0.98的要求，在施工中要嚴(yán)格控制鋪土厚度，填筑含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率附近，其上、下限偏離最優(yōu)含水率應(yīng)不超過(guò)-2%～+3%。

綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，選擇最優(yōu)施工碾壓技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：

施工碾壓技術(shù)參數(shù)

碾壓時(shí)振動(dòng)碾的行進(jìn)速度不超過(guò)2km/h，填筑施工過(guò)程中為保護(hù)層面土應(yīng)采用進(jìn)占法上土。碾壓方法，平行于渠軸線前進(jìn)—后退法碾壓，前進(jìn)一趟算一遍，再原位退回算兩遍，錯(cuò)車(chē)搭接以50㎝為宜。每?jī)杀榈拇罱犹幰e(cuò)位，嚴(yán)禁漏壓和過(guò)壓。

5.施工注意事項(xiàng)

（1）行車(chē)速度一定要按確定的碾壓參數(shù)嚴(yán)格控制，振動(dòng)碾有一個(gè)壓力和壓力波的傳遞過(guò)程，如果行車(chē)速度過(guò)快，使壓力和壓力波傳遞很淺，這樣就不能達(dá)到預(yù)期的目的，降低了碾壓效果。

（2）隨時(shí)檢查碾壓機(jī)具的性能（如頻率、振幅），同時(shí)要不斷提高平整、碾壓機(jī)械司機(jī)的操作水平，避免碾壓混亂造成漏壓、過(guò)壓現(xiàn)象。

（3）填筑時(shí)，邊坡部位超填要滿足規(guī)范要求，以保證削坡后邊坡壓實(shí)度能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在回填下一層土料之前，如果局部因含水量過(guò)大出現(xiàn)彈簧土或剪切破壞深度在5cm以上時(shí)，應(yīng)對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行處理，并經(jīng)檢測(cè)合格后，再進(jìn)行回填。

6.結(jié)束語(yǔ)

南水北調(diào)渠道段襯砌砼厚度僅為10cm左右，因此避免砼表面出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象關(guān)鍵控制工序既為做好土方填筑控制工作。通過(guò)在出口段進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，查明了宋堡取土場(chǎng)各區(qū)域土質(zhì)變化情況，復(fù)核了土料壓實(shí)后是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)干密度值，選定了施工參數(shù)和設(shè)備型號(hào)，為下一步渠道填筑施工提供了施工依據(jù)。