礫石土在大型輸水渠堤填筑中的碾壓試驗(yàn)研究

李 濤

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 830000)

礫石土具有抗剪強(qiáng)度高、壓實(shí)性能好、滲透系數(shù)低等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于土石壩的防滲結(jié)構(gòu)當(dāng)中[1]。但是不同地區(qū)、地質(zhì)條件下的天然礫石土材料其物理力學(xué)指標(biāo)不同，很多時(shí)候不能同時(shí)滿(mǎn)足抗?jié)B及抗剪需求，因而需要通過(guò)工程措施來(lái)改善其工程力學(xué)特性。

楊祎等對(duì)海南大廣壩礫石土的工程性質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為含泥卵礫石土是一種優(yōu)良的壩基填筑材料，可以應(yīng)用于南方地區(qū)筑壩設(shè)計(jì)和施工[2]。張計(jì)等對(duì)瀑布溝水電站礫石土心墻料開(kāi)展了碾壓試驗(yàn)，提出了對(duì)應(yīng)的碾壓方案及質(zhì)量控制的快速檢測(cè)方法[3]。韓興等在長(zhǎng)河壩的施工過(guò)程中，開(kāi)展了粒徑為0.075mm的礫石土料含量對(duì)最大干密度影響的研究，為不均勻性礫石土在水電工程的應(yīng)用提供設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制參考[4]。譚小軍等對(duì)礫石土料中粗粒組分含水率及其關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為事先對(duì)粗骨料的含水率進(jìn)行測(cè)量后，再對(duì)粒徑小于5mm土的含水率及粗顆粒含量百分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定，按加權(quán)法進(jìn)行計(jì)算可縮短試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間約75%[5]。湯少靜則對(duì)沿河路堤河灘砂礫石填料的壓實(shí)參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究，對(duì)干密度和碾壓速度的關(guān)系進(jìn)行了分析探討并給出了相應(yīng)的施工碾壓參數(shù)[6]。

本文針對(duì)新疆某大型輸水工程渠堤填筑時(shí)的礫石土材料進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)研究，對(duì)不同鋪土厚度、碾壓方式以及含水率下的力學(xué)行為進(jìn)行了探討分析，可為類(lèi)似工程的施工建設(shè)提供借鑒。

1 工程概況

新疆某大型輸水渠道北山坡區(qū)渠段長(zhǎng)26.7km，依據(jù)相關(guān)規(guī)程，對(duì)渠道填筑某土料場(chǎng)進(jìn)行了前期勘察和復(fù)查，進(jìn)行了顆粒分析、液限、塑限、擊實(shí)等試驗(yàn)。該土料顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果為：土料為含細(xì)粒土砂(sf)及少量低液限粉土(mL)，液限：19.5%～27%；塑限：11.9%～15%；塑限指數(shù)：9.4～13.8。擊實(shí)試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，由于料場(chǎng)含>5mm以上顆粒含量不均勻且變化太大，故采用人工配料做出顆粒含量與最大干密度的顆粒含量曲線(xiàn)，以滿(mǎn)足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度的控制，最大干密度與顆粒含量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 最大干密度與顆粒(>5mm)含量關(guān)系

2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)采用靜壓、強(qiáng)振相結(jié)合的不同碾壓遍數(shù)與不同含水率、不同鋪料厚度分別進(jìn)行組合的方式進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，碾壓機(jī)械選用20T平板振動(dòng)碾，型號(hào)為XS- 202JD，額定功率132KW，振動(dòng)輪寬度2400mm，高振幅1.9mm，振動(dòng)頻率28HZ，激振力316KN，低振幅0.86mm，振動(dòng)頻率33HZ，激振力219KN，速度控制為1擋，即1～2km/h以?xún)?nèi)。試驗(yàn)場(chǎng)地依據(jù)本次試驗(yàn)土料的含水率分為三個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)地面積均為10m×10m，沿縱向分為三個(gè)單元，每個(gè)單元長(zhǎng)10m，寬3m。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果按照最優(yōu)含水率上下范圍配三種含水率；4%、6%、9%，鋪土厚度為30cm、40cm、50cm，分三層依次進(jìn)行；碾壓遍數(shù)分別為：靜壓2遍強(qiáng)振4遍、靜壓2遍強(qiáng)振6遍、靜壓2遍強(qiáng)振8遍。具體試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 碾壓試驗(yàn)參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 干密度試驗(yàn)結(jié)果

各碾壓參數(shù)下的干密度測(cè)試結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出：在含水率為4%時(shí)，平均干密度隨著鋪土厚度的增加而增加，在含水率為6%時(shí)，鋪土厚度為30～40cm的平均干密度最大，當(dāng)含水率為9%時(shí)，鋪土厚度為50cm時(shí)的平均干密度最大；相同鋪土厚度下，干密度有隨強(qiáng)擊遍數(shù)的增加而增加的趨勢(shì)；在相同的強(qiáng)擊遍數(shù)下，隨著鋪土厚度的增加，干密度也有逐漸增加的趨勢(shì)。從干密度的變化特征可以看出，在不同的碾壓參數(shù)下，6%含水率下的整體干密度最大，9%次之，4%含水率下最小。

圖2 干密度與碾壓參數(shù)關(guān)系

3.2 壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)得到的干密度隨碾壓參數(shù)變化的關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出：含水率為4%時(shí)，壓實(shí)度整體較低，在91%～94.5%，隨鋪土厚度的變化也較為復(fù)雜，靜2強(qiáng)4和靜2強(qiáng)8逐漸升高，靜2強(qiáng)6呈先增后減的整體趨勢(shì)；6%含水率下，壓實(shí)度變化較為復(fù)雜，在靜2強(qiáng)4下，呈先減后增的變化特征，且壓實(shí)度較低，僅為92%～95%，在靜2強(qiáng)6和靜2強(qiáng)8碾壓下，壓實(shí)度較高，均達(dá)到了96%以上；含水率8%情況下，靜2強(qiáng)4碾壓時(shí)，壓實(shí)度在94%～95%，呈先增后減的整體趨勢(shì)，而在靜2強(qiáng)6和靜2強(qiáng)8碾壓下，則呈線(xiàn)性增加，壓實(shí)度達(dá)到了95%～96.5%。本土料填筑設(shè)計(jì)指標(biāo)為壓實(shí)度96%，因此，從以上分析可以看出，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的為含水率6%，靜2強(qiáng)6和靜2強(qiáng)8以及含水率為9%，鋪土厚度為40、50cm，靜2強(qiáng)6和靜2強(qiáng)8的碾壓參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 壓實(shí)度與碾壓參數(shù)關(guān)系

3.3 土體沉降量統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)測(cè)得的沉降量與碾壓遍數(shù)的變化關(guān)系見(jiàn)表2。從表2可以看到，在含水率為4%，鋪土厚度為30cm時(shí)，沉降量較小，且隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加；鋪土厚度為40cm、50cm時(shí)，沉降量為15～18cm之間，且碾壓8遍和6遍時(shí)的沉降量相同，表明碾壓6次時(shí)已經(jīng)達(dá)到了最佳壓實(shí)次數(shù)；在6%含水率下，30cm鋪土厚度時(shí)，沉降量?jī)H為12～13cm，而在40cm、50cm鋪土厚度時(shí)，沉降量達(dá)到了14～17cm，且碾壓8遍和6遍時(shí)的沉降量相同；含水率為9%時(shí)，30cm鋪土厚度也較小，僅為11～13cm，鋪土厚度為40cm時(shí)，沉降量達(dá)到了19～21cm，沉降量較大，碾壓8遍和6遍時(shí)的沉降量相同，而在鋪土厚度為50cm時(shí)，沉降量隨碾壓次數(shù)的增加而逐漸升高。

表2 沉降量與碾壓參數(shù)關(guān)系

4 討論

通過(guò)不同含水率，不同鋪料厚度，不同碾壓遍數(shù)下干密度、壓實(shí)度以及沉降量的分析可以得出：選用型號(hào)為XS- 202JD的20T平板碾進(jìn)行碾壓是可行的。綜合施工效率及壓實(shí)后平均干密度、壓實(shí)度和沉降量等因素認(rèn)為：碾壓鋪土厚度以40cm為宜，土料的填筑壓實(shí)施工含水率宜控制在6%左右，且采用靜2強(qiáng)6最為經(jīng)濟(jì)合理。同時(shí)通過(guò)以上碾壓參數(shù)壓實(shí)過(guò)后的材料進(jìn)行層間結(jié)合檢查分析發(fā)現(xiàn)：壓實(shí)后施工面結(jié)合效果較好、無(wú)明顯痕跡。因此施工過(guò)程中可不進(jìn)行拉毛，但應(yīng)在填筑前對(duì)填筑面進(jìn)行灑水濕潤(rùn)、以確保層間結(jié)合良好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)分析認(rèn)為：該土料含水率在6%，鋪料厚度在40cm，靜壓2遍+強(qiáng)振6遍碾壓后壓實(shí)效果較好，層間結(jié)合效果良好，沉降基本穩(wěn)定，且最為經(jīng)濟(jì)合理。

[1] 劉勇林, 李洪濤, 黃鶴程, 等. 土石壩礫石土心墻料摻配及含水量調(diào)整技術(shù)[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2014(11): 93- 97.

[2] 劉國(guó)平. 海南大廣壩礫石土工程性質(zhì)試驗(yàn)研究[J]. 華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2000, 21(01): 41- 45.

[3] 張計(jì), 涂揚(yáng)舉, 饒錫保, 等. 瀑布溝水電站礫石土心墻料碾壓試驗(yàn)研究[J]. 水力發(fā)電, 2010, 36(06): 46- 48.

[4] 韓興, 熊亮, 朱劍. 長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻礫石土料中粒徑0.075mm含量對(duì)最大干密度影響的研究[J]. 四川水力發(fā)電, 2015(03): 20- 24.

[5] 譚小軍, 江萬(wàn)紅, 王紅剛. 礫石土料中粗粒組分含水率及其關(guān)系研究與應(yīng)用[J]. 四川水力發(fā)電, 2013(03): 8- 11.

[6] 湯少靜. 沿河路堤河灘砂礫石填料壓實(shí)參數(shù)研究[J]. 交通運(yùn)輸研究, 2011(16): 48- 49.