細(xì)顆粒含量和加水量對灰?guī)r料壓實(shí)質(zhì)量的影響

黃 恩 ，張 靖 ，王慶玲 ，劉 倩 ，唐仲菊

（1.重慶市正源水務(wù)工程質(zhì)量檢測技術(shù)有限責(zé)任公司，重慶 400020；2.重慶萬州水電建筑工程有限公司，重慶 404000）

混凝土面板堆石壩作為技術(shù)成熟、適用性廣的壩型，在我國得到廣泛應(yīng)用，其在經(jīng)歷“引進(jìn)消化、自主創(chuàng)新、突破發(fā)展”等幾個(gè)階段后[1-2]，筑壩技術(shù)水平已躍居世界前列，并向300m級高壩挑戰(zhàn)。鑒于混凝土面板的變形特征與堆石壩體穩(wěn)定性密切相關(guān)，研究壩體壓實(shí)質(zhì)量的影響因素至關(guān)重要[3-4]。本文通過試驗(yàn)研究細(xì)顆粒含量（小于5mm顆粒含量）和加水量對灰?guī)r料壓實(shí)質(zhì)量的影響，了解兩種因素變化時(shí)壩體壓實(shí)質(zhì)量的變化情況，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工質(zhì)量管控，確保整體施工質(zhì)量和壩體穩(wěn)定安全。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

填筑料為石灰?guī)r，單軸飽和抗壓強(qiáng)度50～60MPa，軟化系數(shù)0.80～0.86，天然容重2690kg/m3。試驗(yàn)準(zhǔn)備3種細(xì)顆粒含量的樣品，其篩分結(jié)果和級配曲線分別如表1和圖1。

表1 試驗(yàn)樣品篩分試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表1

1.2 試驗(yàn)方法

人工摻配得到3種不同細(xì)顆粒含量的樣品，采用斗容1.6m3挖掘機(jī)翻拌均勻并攤平，試驗(yàn)料層松鋪厚度控制在85～90cm；采用φ40PE管材接入潔凈山泉水，在管材端部安裝經(jīng)檢驗(yàn)合格的水表測計(jì)加水量，試驗(yàn)設(shè)定5%，10%，15%3種加水量 （以填筑料體積作為計(jì)算基數(shù)），人工灑水；采用26t自行式振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，沿試驗(yàn)場地長度方向開行，開行速度控制在1.8～2km/h；采取進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓作業(yè)，錯(cuò)距寬度25cm。試驗(yàn)操作嚴(yán)格按國家規(guī)范進(jìn)行[5-7]。碾壓設(shè)備性能參數(shù)如表2。

表2 振動(dòng)碾性能參數(shù)

試驗(yàn)組合：

（1）加水量的影響：2#試樣，5%，10%，15%3種加水量，6，8，10 3種碾壓遍數(shù)，組合試驗(yàn)。

（2）細(xì)顆粒含量的影響：確定的最優(yōu)加水量，3個(gè)試樣，6，8，10 3種碾壓遍數(shù)，組合試驗(yàn)。

（3）加水量與細(xì)顆粒含量的相互效應(yīng)：確定的合理碾壓遍數(shù)，3個(gè)試樣，5%，10%，15%3種加水量，組合試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 加水量影響

固定2#試樣，在不同加水量和碾壓遍數(shù)條件下干密度變化曲線如圖2。

圖2 干密度變化

2.1.1 同一碾壓遍數(shù)

當(dāng)加水量由5%增加到10%，干密度明顯增加，碾壓遍數(shù)為6，8，10遍，干密度分別增加1.91%，2.34%，1.82%。

當(dāng)加水量由10%增加到15%時(shí)，3種碾壓遍數(shù)的干密度增長率分別為0%，0%，-0.89%，即干密度因加水過多反而出現(xiàn)降低現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能是因加水過多，隨碾壓遍數(shù)增加，在強(qiáng)振作用下，多余水分流失帶走少量細(xì)顆粒料造成的。

2.1.2 同一加水量

隨碾壓遍數(shù)增加，干密度有不同程度增長。加水量為5%，10%，15%時(shí)：

（1）碾壓遍數(shù)由6遍增加到8遍，干密度增長率分別為2.39%，2.82%，2.35%，加水量為10%時(shí)干密度增長幅度最大。

（2）碾壓遍數(shù)由8遍增加到10遍，干密度增長率分別為2.80%，2.28%，1.83%，加水量10%時(shí)的干密度增長幅度略小于加水量5%時(shí)的干密度增加值，但仍明顯大于加水量15%時(shí)的干密度增加值，這可能是因?yàn)榧铀?%時(shí)，灰?guī)r顆粒沒有得到充分潤濕，通過增加碾壓遍數(shù)，在強(qiáng)振作用下，達(dá)到更加密實(shí)的效果，但能耗相對較大，不經(jīng)濟(jì)。

因此，加水量10%為最優(yōu)加水量，加水量過少，灰?guī)r料得不到充分潤濕，需要靠增加碾壓遍數(shù)來提高密實(shí)度，不經(jīng)濟(jì)；加水量過多，多余水量流失帶走細(xì)顆粒料，一定程度上導(dǎo)致干密度有所下降。

2.2 細(xì)顆粒料的影響

最優(yōu)加水量時(shí)，在不同細(xì)顆粒含量和碾壓遍數(shù)條件下干密度變化曲線如圖3。

圖3 干密度變化曲線

2.2.1 同一碾壓遍數(shù)

隨細(xì)顆粒含量增加，干密度明顯增加，但增長幅度隨細(xì)顆粒含量增加而減小。碾壓遍數(shù)為6，8，10遍時(shí)，2#試樣較1#試樣干密度增長率分別為：3.90%，4.78%，5.16%，3#試樣較2#試樣干密度增長率分別為0.94%，1.83%，1.34%。由此，可推測細(xì)顆粒含量存在一個(gè)最佳值。

2.2.2 同一試樣

隨碾壓遍數(shù)增加，干密度增長趨勢明顯不同。

（1）碾壓遍數(shù)由6遍增加到8遍時(shí)，1#，2#，3#試樣干密度增長率分別為1.95%，2.82%，3.72%。

（2）碾壓遍數(shù)由8遍增加到10遍時(shí)，3種試樣干密度增長率分別為1.91%，2.28%，1.79%。

明顯可見：①細(xì)顆粒含量少的1#試樣，隨碾壓遍數(shù)增加，干密度增長趨勢相對較弱，既耗能不經(jīng)濟(jì)，又不利壓實(shí)質(zhì)量；②細(xì)顆粒含量最多的3#試樣，隨碾壓遍數(shù)增加，干密度前期增長非常明顯，后期增長幅度反而低于細(xì)顆粒含量少的1#試樣，說明3#試樣經(jīng)前期碾壓已足夠密實(shí)，孔隙率足夠小，后期壓縮不明顯，干密度增長緩慢；③細(xì)顆粒含量適中的2#試樣，隨碾壓遍數(shù)增加，干密度增長平緩，最接近線性函數(shù)。

由此說明，細(xì)顆粒含量對灰?guī)r料壓實(shí)質(zhì)量影響十分顯著，可能存在最佳值。當(dāng)細(xì)顆粒含量低于此值，即使增加碾壓遍數(shù)，干密度增長幅度并不明顯，存在能耗與效果不匹配現(xiàn)象，既不經(jīng)濟(jì)也不利質(zhì)量管控；當(dāng)細(xì)顆粒含量高于此值，較少碾壓遍數(shù)就能達(dá)到較高密實(shí)度，節(jié)省壓實(shí)成本，但由于細(xì)顆粒含量較多，若不充分壓實(shí)而只追求干密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，后期可能出現(xiàn)較大沉降，若充分壓實(shí)，細(xì)顆粒含量填充孔隙，導(dǎo)致壓實(shí)層孔隙率急劇降低，不利壩體滲水。因此，合適的細(xì)顆粒含量，即有效控制壓實(shí)質(zhì)量，又合理降低壓實(shí)成本。

2.3 加水量與細(xì)顆粒含量的相互效應(yīng)

固定碾壓遍數(shù)時(shí)，不同細(xì)顆粒含量和加水量條件下干密度變化曲線如圖4。

圖4 干密度變化曲線

由圖4可知，在相同碾壓遍數(shù)條件下，隨加水量增加，3種試樣的干密度變化趨勢明顯不同。加水量由5%增加到10%時(shí)，1#，2#，3#試樣的干密度增長率分別為0.48%，2.34%，1.83%；由10%增加到15%時(shí)，1#，2#，3#試樣的干密度增長率分別為0.0%，0.0%，-0.45%。

明顯可見：①細(xì)顆粒含量較低的1#試樣，無論加水量多少，其干密度變化都不明顯；②細(xì)顆粒含量最佳的2#試樣，隨加水量增加，前期壓實(shí)效果改善非常明顯，后期趨于穩(wěn)定，即存在最佳加水量；③細(xì)顆粒含量最多的3#試樣，隨加水量增加，前期壓實(shí)效果改善較明顯，但加水量過多時(shí)，干密度反而降低，即存在多余水量流失帶走細(xì)顆粒料的現(xiàn)象。

對于軟化系數(shù)較大的灰?guī)r料而言，當(dāng)細(xì)顆粒含量較少時(shí)，加水量多少對其壓實(shí)效果的影響并不明顯，當(dāng)細(xì)顆粒含量增多時(shí)，隨加水量增加，壓實(shí)效果明顯改善，但細(xì)顆粒含量多到一定值時(shí)，可能造成細(xì)顆粒含量流失而影響干密度或填筑料液化成 “彈簧土”現(xiàn)象，反而影響壓實(shí)效果。因此，說明在適當(dāng)條件下，細(xì)顆粒含量和加水量都存在最佳值，且相互影響和作用效果明顯。

2.4 沉降量結(jié)果分析

為相同碾壓遍數(shù)，不同細(xì)顆粒含量和加水量條件下沉降量變化曲線如圖5。

圖5 不同試樣的沉降量關(guān)系曲線

由圖5可知：

（1）同一加水量時(shí)，隨細(xì)顆粒含量增加，沉降量明顯增大。加水量5%，10%，15%時(shí)，2#試樣較1#試樣沉降量分別增大18.75%，21.74%，27.54%；3#試樣較2#試樣沉降量分別增大25.0%，28.57%，35.23%。

（2）不同細(xì)顆粒含量時(shí)，隨加水量增加，沉降量變化趨勢明顯不同。加水量由5%增加到10%時(shí)，1#，2#，3#試樣沉降量分別增大7.81%，10.53%，13.68%；加水量由10%增加到15%時(shí)，1#，2#，3#試樣沉降量分別增大0.0%，4.76%，10.19%。

由此說明，細(xì)顆粒含量少時(shí)，加水量對其壓實(shí)沉降量影響并不明顯，隨細(xì)顆粒含量增多，沉降量明顯加大，且細(xì)顆粒含量越多，含水量越高，沉降量越大。

3 結(jié)語

（1）細(xì)顆粒含量合適時(shí)，存最優(yōu)加水量，加水過少，灰?guī)r料不能充分潤濕，壓實(shí)效果較差；加水過多，在強(qiáng)振作用下，多余水量流失帶走細(xì)顆粒料，反而影響壓實(shí)效果。

（2）細(xì)顆粒含量對灰?guī)r料壓實(shí)效果影響明顯，存在最佳值。含量過少，壓實(shí)效果較差，既不經(jīng)濟(jì)也不利質(zhì)量控制；含量過多，壓實(shí)效果較好，但沉降量較大，孔隙率較低，不利壩體穩(wěn)定和滲水。

（3）當(dāng)填筑料細(xì)顆粒含量較少時(shí)，加水量對其壓實(shí)效果的影響并不明顯。