接觸黏土料室內(nèi)擊實功與現(xiàn)場碾壓功的匹配關(guān)系研究

車維斌，江萬紅

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究背景

目前，國內(nèi)超過200m的高心墻土石壩與蓋板搭接材料一般選擇接觸黏土料。糯扎渡、長河壩、兩河口工程是目前高心墻土石壩施工的典型代表，糯扎渡、長河壩已建成，兩河口已開工建設(shè)。

土石壩接觸土料通常用于防滲心墻料與壩肩接觸部位以及心墻與混凝土構(gòu)件接觸部位易發(fā)生應(yīng)力集中的區(qū)域，作為協(xié)調(diào)軟、硬兩種不同介質(zhì)不同變形的“填充劑”，通過自身較強的塑性變形能力，調(diào)整和適應(yīng)壩體的變形。由于在壩體中的功能及作用，要求這類黏土材料不僅具有一定的柔塑性、緩沖性和黏韌性，還要求其具有滿足工程的防滲抗?jié)B性。

兩河口大壩接觸黏土料根據(jù)填筑施工技術(shù)要求，在兩岸高程2640m～2845m之間為可能發(fā)生較大剪切變形區(qū)域，其壓實度和含水率控制標(biāo)準(zhǔn)為(采用普氏604kJ/m3擊實功)：壓實度為94%～100%，含水率為Wop+1%～Wop+3.5%，但結(jié)合前期檢測資料及現(xiàn)場壓實質(zhì)量，接觸黏土在碾壓后存在錯臺、龜裂、壓實度易超標(biāo)(超過設(shè)計要求壓實度指標(biāo))等問題持續(xù)困擾現(xiàn)場工程施工，進而影響工程質(zhì)量評定，經(jīng)過初步分析，主要是因為室內(nèi)擊實功和現(xiàn)場碾壓功不匹配造成的。為解決這一問題，本文采用現(xiàn)場碾壓試驗和室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗來研究室內(nèi)擊實功和現(xiàn)場碾壓功的匹配關(guān)系。

2 現(xiàn)場碾壓試驗

2.1 現(xiàn)場碾壓試驗

鋪料厚度采用30cm，碾壓設(shè)備采用18t自行式振動平碾，行車速度按2.5±0.5km/h控制。接觸黏土料鋪料厚度、不同含水率、碾壓遍數(shù)組合見表1。

表1 鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、土料含水率試驗組合

2.2 現(xiàn)場碾壓試驗場地

試驗場地以滿足試驗要求為目的，選定1#摻拌場4#倉作為碾壓試驗場地，場地堅實平整，滿足碾壓試驗場地的技術(shù)要求。

2.3 料源檢測

接觸黏土料碾壓試驗用料，在碾壓前對含水率、顆粒級配進行試驗檢測，見表2和表3。

表2 顆粒級配試驗結(jié)果統(tǒng)計

表3 含水率試驗結(jié)果統(tǒng)計(WOP-2%、WOP、WOP+2%)

2.4 沉降測量

為保證沉降觀測準(zhǔn)確，在振動碾振動影響范圍之外的碾壓場附近設(shè)置2個測量基準(zhǔn)點，在碾壓試驗單元內(nèi)以1.2m×1.2m的方格網(wǎng)布置沉降測點。測量按照GB 50026有關(guān)條款規(guī)定進行，每完成2遍碾壓，對試驗單元內(nèi)全部測點進行一次高程測量，整個場次碾壓完成后的數(shù)據(jù)為一個場次。不同碾壓遍數(shù)下的沉降量及沉降率見表4，沉降率與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線見圖1。

表4 各級碾壓遍數(shù)下的沉降量及沉降率

圖1 沉降率與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

2.5 試驗檢測成果

本次試驗共有3個組合，碾壓后每個組合取現(xiàn)場密度18組，其檢測匯總結(jié)果見表5和圖2。

表5 最大干密度及最優(yōu)含水試驗結(jié)果統(tǒng)計

圖2 不同含水率與干密度關(guān)系曲線

從本次試驗結(jié)果分析可知：接觸黏土料碾壓功(碾壓遍數(shù))對最大干密度的影響較大，同一含水率下隨碾壓功(碾壓遍數(shù))的增加，最大干密度也隨之增大；含水率對干密度的影響也較大，同一碾壓功下隨含水率的增加，干密度也隨之增大，當(dāng)達到最優(yōu)含水率時，密度達到最大干密度，超過最優(yōu)含水率時，干密度降低。

3 室內(nèi)不同擊實功下最大干密度與最優(yōu)含水率研究

對接觸黏土料進行了室內(nèi)不同擊實功能與不同單位沖量下的系列擊實試驗，建立不同單位面積沖量、擊實功與最大干密度和最優(yōu)含水率之間的關(guān)系。

3.1 試驗設(shè)備及試驗參數(shù)

本次采用普巴絨土料場的接觸黏土料，進行不同擊實功與不同沖量(單位面積沖量采用3kN·s/m2和7kN·s/m2)下的擊實試驗，來建立擊實功與最大干密度及最優(yōu)含水率關(guān)系之間的關(guān)系。

本次試驗采用的擊實儀參數(shù)詳見表6。

表6 擊實儀參數(shù)

對所取接觸黏土料進行了單位面積沖量為3kN·s/m2和7kN·s/m2的2種沖量，共計10種不同擊實功的擊實試驗，同時進行平行試驗，具體試驗參數(shù)見表7。

表7 擊實試驗參數(shù)

3.2 試驗成果分析

本次試驗內(nèi)徑為φ102mm和φ152mm的擊實儀分別進行了10組擊實試驗，對應(yīng)的單位面積沖量分別為3kN·s/m2和7kN·s/m2的2種儀器尺寸共計進行了20組擊實試驗。

3.2.1φ102mm擊實儀試驗成果分析

單位面積沖量為3kN·s/m2時，擊實試驗結(jié)果詳見圖3和圖4，成果分析如下：

(φ102mm×116mm平行1，單位面積沖量3kN·s/m2)

(φ102mm×116mm平行2，單位面積沖量3kN·s/m2)

(1)單位體積擊實功為595kJ/m3時，最大干密度分別為1.805g/cm3、1.804g/cm3，平均值為1.805g/cm3，最優(yōu)含水率分別為17.1%、17.2%，平均值為17.2%。

(2)單位體積擊實功為1040kJ/m3時，最大干密度分別為1.826g/cm3、1.834g/cm3，平均值為1.830g/cm3，最優(yōu)含水率分別為16.4%、16.3%，平均值為16.4%。

(3)單位體積擊實功為1470kJ/m3時，最大干密度分別為1.849g/cm3、1.851g/cm3，平均值為1.850g/cm3，最優(yōu)含水率分別為15.7%、15.5%，平均值為15.6%。

(4)單位體積擊實功為2080kJ/m3時，最大干密度分別為1.879g/cm3、1.883g/cm3，平均值為1.881g/cm3，最優(yōu)含水率均為14.6%。

(5)單位體積擊實功為2690kJ/m3時，最大干密度分別為1.903g/cm3、1.904g/cm3，平均值為1.904g/cm3，最優(yōu)含水率分別為13.5%、13.8%，平均值為13.7%。

從試驗結(jié)果分析：采用單位面積沖量為3kN·s/m2時(內(nèi)徑為φ102mm)，該接觸黏土料隨著擊實功的增大，最大干密度也同時增大，最優(yōu)含水率減小。

3.2.2φ152mm擊實儀試驗成果分析

單位面積沖量為7kN·s/m2時，擊實試驗結(jié)果詳見圖5和圖6，成果分析如下：

(φ152mm×116mm平行1，單位面積沖量7kN·s/m2)

(φ152mm×116mm平行2，單位面積沖量7kN·s/m2)

(1)單位體積擊實功為595kJ/m3時，最大干密度分別為1.795g/cm3、1.796g/cm3，平均值為1.796g/cm3，最優(yōu)含水率分別為16.8%、16.9%，平均值為16.9%。

(2)單位體積擊實功為1040kJ/m3時，最大干密度分別為1.825g/cm3、1.826g/cm3，平均值為1.826g/cm3，最優(yōu)含水率分別為16.1%、16.0%，平均值為16.1%。

(3)單位體積擊實功為1470kJ/m3時，最大干密度均為1.854g/cm3，最優(yōu)含水率分別為15.1%、15.2%，平均值為15.2%。

(4)單位體積擊實功為2080kJ/m3時，最大干密度均為1.882g/cm3，最優(yōu)含水率分別為14.3%、14.2%，平均值為14.3%。

(5)單位體積擊實功為2690kJ/m3時，最大干密度分別為1.904g/cm3、1.906g/cm3，平均值為1.905g/cm3，最優(yōu)含水率均為13.5%。

從試驗結(jié)果分析：采用位面積沖量為7kN·s/m2時(內(nèi)徑φ152mm)，該接觸黏土料隨著擊實功的增大，最大干密度也同時增大，最優(yōu)含水率減小。

總之，針對該次所取接觸黏土料進行的不同參數(shù)的擊實試驗研究規(guī)律為：隨著擊實功的增大，最大干密度也同時增大，最優(yōu)含水率相對減小，兩者基本接近線性關(guān)系。

4 試驗成果分析

對現(xiàn)場碾壓功接觸黏土最大干密度及最優(yōu)含水率與室內(nèi)不同擊實功得到的最大干密度與最優(yōu)含水率試驗成果進行統(tǒng)計，對不同方法試驗成果匯總進行對照比較分析，對相應(yīng)匹配關(guān)系進行評價，可以得出適合性的結(jié)論。具體成果見表8。

表8 接觸黏土料室內(nèi)擊實功與現(xiàn)場碾壓功匹配

經(jīng)對以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：接觸黏土在室內(nèi)擊實功能595kJ/m3、1040kJ/m3、1470kJ/m3條件下的最大干密度，分別與現(xiàn)場碾壓4遍、6遍、8遍下的最大干密度相對應(yīng)。

5 結(jié)論

通過對接觸黏土料室內(nèi)擊實功與現(xiàn)場碾壓功試驗深化研究，可以得出如下結(jié)論：

(1)隨著擊實功的增加，最大干密度增大，最優(yōu)含水率隨擊實功的增加而降低，擊實功與最大干密度基本成正比線性關(guān)系，擊實功與最優(yōu)含水率基本成反比線性關(guān)系。

(2)接觸黏土料擊實功對最大干密度的影響較大，整體規(guī)律隨擊實功的增大，最大干密度也增大，最優(yōu)含水率降低。單位面積沖量為3kN·s/m2和單位面積沖量為7kN·s/m2時的擊實結(jié)果，對最大干密度及最優(yōu)含水率的影響變化不明顯。

(3)接觸黏土料碾壓功(碾壓遍數(shù))對最大干密度的影響較大，同一含水率下隨碾壓功(碾壓遍數(shù))的增加，最大干密度也隨之增大；含水率對干密度的影響也較大，同一碾壓功下隨含水率的增加，干密度也隨之增大，當(dāng)達到最優(yōu)含水率時密度達到最大干密度，超過最優(yōu)含水率時，干密度降低。

(4)若以室內(nèi)擊實功595kJ/m3、1040kJ/m3、1470kJ/m3為所選擇的擊實功要求，各擊實功條件下的最大干密度分別與現(xiàn)場18t自行式振動平碾對黏土靜碾4遍、6遍及8遍條件下的最大干密度相匹配。

(5)在實際填筑時，應(yīng)考慮現(xiàn)場接觸黏土填筑時含水率為偏濕狀態(tài)，應(yīng)結(jié)合實際壓實度要求與填筑含水率范圍綜合考慮，提高室內(nèi)擊實功以確定最優(yōu)含水率，或直接降低含水率控制范圍。