長岡灌區(qū)渠道工程土料填筑碾壓試驗分析

殷束平

(江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司，南昌 330001)

1 工程概況

長岡灌區(qū)位于江西省贛州市興國縣城東南部，東側(cè)為園嶺林場，西側(cè)為興昌公路至高興鎮(zhèn)的文溪橋下游與氵歲水匯合，南終止埠頭鄉(xiāng)旺口村的壬午山附近，灌區(qū)東西長6.3km，南北寬 23.25km，是一座以長岡大(2)型水庫為骨干水源點的中型蓄引灌溉工程。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積3400hm2，灌區(qū)由總干渠、左干渠、右干渠三條干渠及96條支渠等組成?？偢汕┕短枮?K總0+000-K總0+006、K總0+080-K總3+165、K總3+175-K總4+005段，總干渠明渠防滲襯砌總長3.921km。

碾壓是灌區(qū)渠道填筑施工的關(guān)鍵性工序，合理的碾壓參數(shù)是壓實質(zhì)量的保證，灌區(qū)總干渠填筑料取自所在標(biāo)段土方開挖利用料以及取土場外運料，填料類別多，巖性特征復(fù)雜。在開始填筑施工前，必須根據(jù)《土石筑壩材料碾壓試驗規(guī)程》(NB/T 35016-2013)在現(xiàn)場進行填筑碾壓試驗，以確定各類土料填筑碾壓施工參數(shù)，保證渠道土料填筑施工質(zhì)量。

2 碾壓試驗方案

2.1 試驗內(nèi)容

1)對粗砂碎石墊層料、過渡料等料層按照40cm厚度，加水量為10%，分別進行6、8、10及12遍的碾壓試驗后測試干密度、孔隙率、砂石級配及壓實沉降，并根據(jù)試驗結(jié)果選擇最佳的碾壓遍數(shù)。若所得干密度無法滿足設(shè)計要求，則應(yīng)再按照30cm厚度實施碾壓試驗，碾壓相同遍數(shù)后檢測砂石級配、干密度及壓實沉降等參數(shù)取值，并選擇最佳碾壓遍數(shù)。直至該墊層干密度達到設(shè)計要求。

2)對于主土石區(qū)料應(yīng)按照設(shè)計厚度80cm，加水量為10%和20%，分別進行8、10及12遍碾壓試驗后檢測砂石級配、壓實沉降及干密度等參數(shù)取值，并選擇最佳的碾壓遍數(shù)。若所測得的干密度與孔隙率無法達到設(shè)計要求，則應(yīng)在其他試驗條件不變的情況下按照100cm和120cm填料厚度再次對鋪料實施碾壓試驗，并再次檢測各項參數(shù)結(jié)果，選擇最佳的碾壓遍數(shù)。

3)對于次土石區(qū)料，按照80cm鋪料厚度及自然含水量分別進行8、10、12遍的碾壓，此后檢測土料壓實沉降、壓實度、滲透系數(shù)及干密度等參數(shù)值，選擇最佳的碾壓遍數(shù)。若所測得的干密度與孔隙率無法達到設(shè)計要求，則應(yīng)在其他試驗條件不變的情況下按照100cm和120cm填料厚度再次對鋪料實施碾壓試驗，并再次檢測各項參數(shù)結(jié)果，選擇最佳的碾壓遍數(shù)。

2.2 碾壓設(shè)備

考慮到該灌區(qū)填筑材料類型，為達到低孔隙率及高密度的碾壓效果，并減小渠道結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)當(dāng)在SD175D型22t自行式振動碾以和YZT-18型22t拖式振動碾兩種碾壓機具中進行選擇。兩種碾壓機具性能參數(shù)均滿足碾壓施工要求，而拖式振動碾因碾輥重量大、激振力大的原因，其實際碾壓效果略好于自行式振動碾，故該灌區(qū)渠道土料碾壓采用碾壓效果更好的YZT-18型22t拖式振動碾[1]。

使用振動碾碾壓壩料后會產(chǎn)生不同程度的破碎，壩料破碎程度是否影響壩料級配也必須進行專門分析。結(jié)果表明，壩料經(jīng)過振動碾碾壓后粒徑5mm以下的細粒含量增加，但并不影響級配曲線，主要原因在于在碾壓機具確定的基礎(chǔ)上，碾壓遍數(shù)、碾壓厚度及加水量等碾壓參數(shù)的選取較為合理。

2.3 松浦厚度的測量

通過推土機將各類填料推平后測量鋪料厚度，并將厚度誤差控制在0-5mm范圍內(nèi)，對于超出該誤差范圍的填筑區(qū)域，必須二次推平。處理后該灌區(qū)渠道主土石區(qū)料和次土石區(qū)料鋪填厚度達到設(shè)計值80cm，若碾壓質(zhì)量檢測結(jié)果不達標(biāo)，則應(yīng)將其填鋪厚度調(diào)整為100cm和120cm并再次進行碾壓試驗；粗砂碎石墊層料、過渡料等料層鋪料厚度均應(yīng)達到40cm，若碾壓質(zhì)量不符，則應(yīng)調(diào)整為30cm。

3 碾壓參數(shù)的比選

3.1 墊層料碾壓參數(shù)

結(jié)合碾壓方案設(shè)計及類似工程碾壓試驗結(jié)果，墊層料壓實厚度在40cm且碾壓遍數(shù)分別為6、8、10及12遍，加水量分別為0%、5%及10%時的試驗成果見表1。

表1 墊層料碾壓試驗結(jié)果

根據(jù)碾壓試驗結(jié)果，當(dāng)墊層料填鋪厚度為40cm且加水量不變的情況下，隨著碾壓密度及加水量的增大，墊層料干密度隨之提高。根據(jù)干密度試驗值，加水量為8%且碾壓遍數(shù)為8遍時，填料干密度均值便能達到設(shè)計要求，但是個別試驗值離差較大，為此，在施工過程中將干密度值控制在2.23g/cm3的設(shè)計值便存在一定難度。結(jié)合試坑試驗結(jié)果，粗細料密實度良好，且不存在架空，表明碾壓試驗取得了較好的效果[2]。為此可以判斷出墊層料內(nèi)細粒含量整體偏低是造成干密度小的主要原因，故將墊層料干密度控制在2.20g/cm3及以上，碾壓遍數(shù)確定為8遍，加水量取5%，鋪料厚度40cm，碾壓速度2.5-3.0km/h，振動碾振頻26.5-28.1Hz，振幅1.3mm，孔隙率≤17%，并通過后退法上料[3]。冬季加水量為0%，碾壓遍數(shù)8-10遍，干密度在2.15-2.18g/cm3之間，孔隙率在17.8%-19.05%之間，其余碾壓參數(shù)取值不變。

3.2 過渡料碾壓參數(shù)選擇

該灌區(qū)渠道壩體過渡料鋪料厚度應(yīng)與墊層料相同，碾壓遍數(shù)在8、10及12遍之間選擇，加水量分別為0%、5%及10%時的試驗成果見表2。

表2 過渡料碾壓試驗結(jié)果

根據(jù)以上試驗結(jié)果，當(dāng)鋪料厚度為40cm且加水量不變的情況下隨著碾壓遍數(shù)的增大，過渡料的干密度也隨之提高，且在任何加水量水平下碾壓遍數(shù)為8遍和10遍均能達到設(shè)計要求；其余條件不變時，隨加水量的增大，干密度隨之提高，但是當(dāng)加水量達到10%后干密度的增大趨勢已不再明顯，說明加水過多并不會導(dǎo)致干密度持續(xù)增大。為此，該灌區(qū)渠道壩體過渡料鋪料厚度應(yīng)按40cm確定，碾壓遍數(shù)選8遍，加水量5%，振動碾碾壓速度2.5-3.0km/h，振頻26.5-28.0Hz，振幅1.3mm，干密度≥2.17g/cm3，孔隙率不超出18.1%，同樣采用后退法上料。

3.3 主土石區(qū)料碾壓參數(shù)

灌區(qū)渠道土方填筑主土石區(qū)填料主要按照80cm、100cm和120cm三種碾壓厚度及分別對應(yīng)6、8、10遍的碾壓遍數(shù)進行試驗，加水量分別為0%、15%及20%。根據(jù)試驗結(jié)果，碾壓遍數(shù)相同的情況下碾壓厚度80cm的壓實效果最佳；而碾壓層厚度相同時壓實遍數(shù)10遍對應(yīng)的碾壓效果最好。碾壓試驗結(jié)果基本符合隨碾壓層厚度及隨碾壓遍數(shù)的增大，干密度降低的變動規(guī)律。碾壓層厚度80cm、碾壓遍數(shù)8遍、干密度均值2.20g/cm3、孔隙率18.4%的壓實效果符合設(shè)計要求。根據(jù)現(xiàn)場試坑剖面觀察結(jié)果，加水后表面存在積水，停止加水后積水緩慢入滲且入滲深度僅為30-40cm，基本不存在分離架空現(xiàn)象；碾壓后表面所形成的細粒層透水性差，針對該區(qū)域巖性特征，干密度及孔隙率并不水加水量的改變而發(fā)生較大變化，故施工時應(yīng)不加水或按5%加少量水。

3.4 次土石區(qū)料碾壓參數(shù)

灌區(qū)渠道次土石區(qū)料主要為弱風(fēng)化云母片巖和強風(fēng)化花崗巖，料源及巖性特征較為復(fù)雜且級配分布不規(guī)律，碾壓試驗過程中，鋪料厚度及碾壓遍數(shù)按照主土石區(qū)料確定，即鋪料厚度采用80cm、100cm和120cm三種，分別對應(yīng)6、8、10遍的碾壓遍數(shù)。試驗成果顯示，隨著碾壓遍數(shù)的增大，次土石區(qū)料干密度增加量在0.055-0.142g/cm3之間；碾壓遍數(shù)相同時，干密度隨著鋪料厚度的增大的減少量在0.045-0.057g/cm3之間；但是當(dāng)鋪料厚度取80cm時，即使碾壓遍數(shù)取最大的10遍，干密度也只能達到2.21g/cm3，與設(shè)計值2.28g/cm3還存在一定差距。根據(jù)現(xiàn)場試坑剖面觀察結(jié)果，約60%的試坑因粗細料分布不均而存在架空現(xiàn)象，這也說明鋪料巖性復(fù)雜、級配不連續(xù)、粗細集料分離等是造成次土石區(qū)料干密度偏低的主要原因。在鋪料厚度及碾壓遍數(shù)均不變的情況下，若加水量在10%以下，則隨加水量的增大干密度值呈升高趨勢，而若加水量在10%以上，隨加水量的增大干密度值下降。為此應(yīng)將次土石區(qū)料加水量控制在10%以下，鋪料厚度取80cm，碾壓遍數(shù)為8遍。

4 結(jié) 論

通過對長岡灌區(qū)渠道工程土料填料碾壓試過程及結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，該灌區(qū)渠道填筑砂礫石料在開挖過程中級配變化不大，但是由于料源地質(zhì)條件、開挖及堆存方法等方面的差異，導(dǎo)致砂礫石土石料巖性特征和級配與原設(shè)計指標(biāo)發(fā)生偏離。經(jīng)過對墊層料、過渡料、主土石區(qū)料、次土石區(qū)料碾壓試驗，為渠道土料填筑施工提供了合理的控制指標(biāo)，且試驗結(jié)果證明所確定的控制指標(biāo)取值合理，符合渠道填筑施工特性，碾壓試驗結(jié)果合理可靠。