某工程中碎石基礎碾壓試驗

齊曉華

（山西汾河水庫管理有限公司 山西太原 030032）

1 概述

某水庫供水工程位于遼寧省盤錦市境內，該地處于中緯度的遼河中下游地區(qū)，屬溫帶大陸性季風氣候，其特點寒冷期長、平原風大、溫度變化較大。全年平均日照5 月最長，12 月最短，氣溫7 月最高平均在23℃～25℃，極端最高氣溫為33℃～36℃。1 月最低在-8℃～-15℃之間，極端最低氣溫為-25℃～-34℃。地質結構主要特征為“上層黏土下層砂土結構”型，上覆土為黃褐色或灰褐色粉質黏土，可塑狀態(tài)，下臥砂性土呈松散—稍密狀態(tài)。施工區(qū)大部分為第四系沖積、沖洪積、沖海積地層，枯水期地下水埋深較淺，水位埋深約在0.9～4.0 m 之間。

工程主要內容為配水站開始至接管點之間的所有管線及附屬構筑物，管線采用預應力鋼筒混凝土管和鋼管，其基礎采用5～20 cm 碎石料進行分段填筑，在設計要求已明確壓實厚度、壓實度、填筑材料的前提下，通過碾壓試驗來確定填筑工藝中虛鋪厚度、碾壓遍數、相對密度等相關參數，在已選好的場地內分組分批次多次碾壓試驗，對結果進行詳細統(tǒng)計、計算、比對、分析，選擇其中一組最優(yōu)方案應用于實際工程中，來提高填筑的合格率和施工效率。

2 試驗準備

2.1 場地及材料

試驗場地選擇：在已征用施工范圍內選擇長100 m、寬10 m 的場地，采用裝載機先進行場地平整，再使用已進場的碾壓設備將基層碾壓密實，場地要求平整便于操作、周圍交通便利、地面無滲水、無輸電線路低空架設等安全隱患。

試驗材料選擇：材料從就近手續(xù)齊全的正規(guī)廠家采購5～20 cm 級配良好的碎石，含泥量要求≤5%，鋪筑后經碾壓取樣碎石的相對密度不小于0.7。經檢測，材料的最大干密度為2.11 g/cm3、最小干密度為1.65 g/cm3。

2.2 試驗儀器及工具

儀器主要為碾壓試驗中檢測數據所需：主要有150 mm 套環(huán)、電子天平2 000 g、電子臺秤30 kg 等。輔助工具包括：鐵鍬、小土鏟、稱量盒、臺布、塑料桶等，數量根據現場規(guī)模和需求選擇。

2.3 機械設備及工具

機械設備主要為材料運輸、鋪填、碾壓、修整，包括裝載機、碾壓設備、小型運輸車輛等。其它輔助工具包括：水準儀、鋼尺、卷尺等量測工具，其中碾壓設備應具有操作簡單、便于上手、效率高效、安全穩(wěn)定的特點。

3 碾壓試驗

3.1 試驗流程

碾壓試驗主要步驟及流程：1）場地清理平整：試驗前對選好場地首先進行清理，包括樹皮、草根等雜物，再利用機械壓實平整。2）材料檢測：進場的材料選擇5～20 cm 且級配良好的合格原材料。3）分段鋪筑：粒徑材料進場后按照試驗方法采用機械分段鋪筑，鋪筑料為碾壓前松鋪厚度（即虛鋪），在段與段之間增加過渡層，為碾壓提供便利。4）分段碾壓：松鋪料采用擬定的設備進行分段碾壓，過程中應選擇勻速推進且須做到無漏壓、少壓。5）取樣檢測：碾壓完成后，按不同的厚度及遍數分別取樣檢測。6）測算記錄：對已取樣品分類計算統(tǒng)計并做好記錄。7）比對篩選：對計算好的數據進行比對，選擇最優(yōu)的試驗方案做為參數來指導施工。

3.2 試驗場地布置

設計要求的基礎鋪填厚度為30 cm，即碾壓后的壓實厚度為30 cm，為此碾壓試驗前松鋪厚度從30 cm開始，首輪擬定30 cm、35 cm、40 cm 三組松鋪厚度，碾壓遍數分別選擇6 遍、8 遍、10 遍三組進行分組試驗。即每一種松鋪厚度分別選擇6 遍、8 遍、10 遍進行碾壓，當首輪擬定的三組松鋪厚度均無法滿足要求時，按照每輪每組增加5 cm 的原則依次擬定第二輪，即45 cm、50 cm、55 cm 三組分別選擇6 遍、8 遍、10 遍進行碾壓，直至有符合要求的場次出現，場次及分組情況如表1 所示。

表1 場次及分組情況

3.3 試驗方法

試驗前在基層上用石灰灑出試驗區(qū)域，按照《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）中環(huán)刀法取樣，檢測干密度、相對密度等所有參數，采用淘汰法分組試驗，即每次碾壓只變其中一種參數，其它參數固定不變，通過試驗后求出該參數下試驗結果，記錄完成后以同樣的操作，變動另外一個參數，其它參數固定不變，用試驗求出第二個參數下試驗結果，以此類推，直至所有分組分段全部碾壓并計算出試驗結果。為了數據的準確性和可行性，不同場次中每個組號分別用3 次取樣的平均值做為本組最終試驗結果。碾壓時用振動碾按擬定的碾壓遍數進行進退錯距振動碾壓，碾壓遍數以前進后退為二遍計，振動碾采用最大激振力（先靜壓兩遍，不計入碾壓遍數），對于過渡區(qū)和邊界區(qū)同樣按照設定的遍數和要求執(zhí)行，不允許出現漏壓少壓的現象。

3.4 計算公式

1）壓實沉降量計算：在鋪料前、鋪料后、碾壓后分別以每個試驗分組區(qū)域作為一個測量網格點以石灰標記，用水準儀測量出各網點的高程，計算出各點的壓實沉降量，不同場次每個分組取3 個樣品求取平均值作為最終計算結果。

壓實沉降量計算公式：

H=Hab-H

式中：H——壓實沉降量；

Ha——碾壓前松鋪高程；

Hb——碾壓后壓實高程。

2）相對密度計算：相對密度計算主要和材料的天然干密度、最大干密度、最小干密度有關，不同場次每個分組取3 個樣品求取平均值作為最終計算結果。

相對密度計算公式：

Dr=ρdmax（ρd-ρdmin）/ρd（ρdmax-ρdmin）

式中：Dr——相對密度；

ρd——天然干密度；

ρdmax——最大干密度；

ρdmin——最小干密度。

3）其它數據：虛鋪厚度、壓實厚度采用水準儀測量并記錄。

4 試驗成果

按照設計要求、合同相關條款約定、現場擬定的試驗方法和步驟，在嚴格管控下經碾壓試驗后，其測量及計算所得數據如表2 所示。

表2 碾壓試驗成果表

5 成果分析與應用

經試驗可知，相同松鋪厚度在不同的碾壓遍數下所產生的相對密度是不同的，相同的碾壓遍數在不同的松鋪厚度下所產生的相對密度也不同，碾壓遍數和相對密度變化情況曲線如圖1 所示。

圖1 碾壓遍數和相對密度變化情況曲線圖

本項目設計要求相對密度≧0.7，壓實厚度不小于30 cm，由碾壓試驗及數據匯總表可知，當松鋪厚度為30 cm 時，碾壓相對密度為0.65～0.67，不能滿足設計的要求。當松鋪厚度為35 cm 時，碾壓相對密度為0.69～0.71，其中有相對密度和壓實厚度均同時符合設計要求的參數。當松鋪厚度為40 cm 時，碾壓相對密度為0.68～0.69，同樣不能滿足設計的要求。因此從最終試驗結果可得知，當松鋪厚度為35 cm 且碾壓遍數為8 遍時符合設計要求，可作為鋪填工藝參數應用于實際施工中。