澮河水庫土壩碾壓試驗

梁建剛

（臨汾市水利機(jī)械工程局 臨汾 041000）

1 試驗?zāi)康暮突驹?/h2>

1.1 試驗?zāi)康?/h3>

澮河水庫是臨汾市最大的一座中型水庫，為碾壓均質(zhì)土壩，有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等多種用途，是整個澮河流域的控制性樞紐工程。為了使大壩的設(shè)計和施工技術(shù)要求更符合本工程的實際情況，碾壓試驗又顯得極為重要。根據(jù)招標(biāo)文件要求，在大壩填筑開工前按設(shè)計要求和監(jiān)理部的批示，選擇具有代表性的土料進(jìn)行碾壓試驗，以確定土料的最優(yōu)含水量、合理鋪土厚度、經(jīng)濟(jì)碾壓遍數(shù)、行進(jìn)速度等工藝參數(shù)。

1.2 基本原理

用逐漸收斂法進(jìn)行試驗，根據(jù)規(guī)范、室內(nèi)擊實試驗和施工經(jīng)驗，碾壓機(jī)械采用18 t振動碾。擬定碾壓參數(shù)，然后通過科學(xué)合理的排列組合，以設(shè)計干容重為標(biāo)準(zhǔn)，固定其他碾壓參數(shù)，變動某一參數(shù)通過試驗，求得該參數(shù)的最優(yōu)級值，如變動含水量，固定鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、行進(jìn)速度等，求得最優(yōu)級含水量，依次類推求得第二個參數(shù)最優(yōu)值，最后全部最優(yōu)參數(shù)再復(fù)核試驗一次，求得施工需要的最佳參數(shù)。

2 試驗準(zhǔn)備工作

根據(jù)山西省水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心的土料擊實試驗報告，選擇據(jù)有代表性的土場進(jìn)行碾壓試驗。碾壓試驗前對土場進(jìn)行含水量調(diào)查，掌握土場各部位土料的含水量，使其碾壓試驗得出的參數(shù)能代表料場的各部位。根據(jù)本工程的實際情況，料場土質(zhì)為粉質(zhì)壤土。試驗前對土場的含水量進(jìn)行詳細(xì)勘查，對不能滿足試驗要求的土料及早做好浸水工作，使試驗土料的含水量控制在12%～14%、14%～16%、16%～18%。

3 試驗步驟

具體試驗步驟為：

平整場地→碾壓→卸料→鋪土→碾壓

4 試驗設(shè)計方案

4.1 試驗參數(shù)選取

a、土質(zhì)：粉質(zhì)壤土；b、碾壓機(jī)械：18 t振動碾、行進(jìn)速度為2 km/h；c、含 水 量：12%～14%、14%～16%、16%～18%；d、鋪土厚度：25 cm、30 cm；e、碾壓遍數(shù)：5～7遍；每一試驗單元大小：10 m×20 m；全部試驗組數(shù)：7組。

4.2 試驗布置

根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合實際情況，本試驗選的諸參數(shù)中，直接影響土壩質(zhì)量的主要參數(shù)是土料的含水量、鋪土厚度、碾壓遍數(shù)。以這些參數(shù)為主，經(jīng)組合分為7個試驗小區(qū)，其組合分區(qū)見表1。從碾壓5遍開始至7遍，每壓一遍，取樣測定一次干容重，每區(qū)鋪土壓實兩層。

表1 試驗組合分區(qū)表

5 成果分析

將現(xiàn)場碾壓試驗取得的成果資料與室內(nèi)擊實試驗資料進(jìn)行綜合分析，計算得出試驗條件下的最大干容重、合理的鋪土厚度、最優(yōu)含水量、最經(jīng)濟(jì)的碾壓遍數(shù)和行進(jìn)速度。

5.1 取樣化驗

每區(qū)壓實后用環(huán)刀每10 m2取樣一個，并均勻分布于試驗的土層下部（1/3處），送化驗室進(jìn)行室內(nèi)分析化驗，結(jié)果見表2。

5.2 現(xiàn)場觀測

由2區(qū)B和5區(qū)B可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土料含水量大于15.7%時，碾壓5遍已開始翻漿，因此不必再做方案中含水量16%～18%的試驗，將第3試驗區(qū)調(diào)整成鋪土厚度為35 cm、含水量為14%～16%、碾壓遍數(shù)5～7遍的試驗區(qū)；將第6試驗區(qū)調(diào)整成鋪土厚度為30 cm，含水量為天然含水量、碾壓遍數(shù)5～7遍的試驗區(qū)。

由1區(qū)C、4區(qū)C和6區(qū)C可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土料含水量較低時，增加碾壓遍數(shù)也能達(dá)到設(shè)計干容重，但碾壓7遍時表層已被破壞。

表2 試驗小區(qū)試驗結(jié)果表

5.3 鋪土厚度的確定

由2區(qū)C與3區(qū)D比較，碾壓遍數(shù)相同、含水量相對接近、鋪土厚度不同，前者為30 cm，后者為35 cm，結(jié)果是最大干容重大不相同，前者為1.7 g/cm3，后者為1.64 g/cm3，分析其原因是因為前者鋪土適中，后者較厚造成的；另外，取樣時明顯看到鋪土35 cm的表層形成硬的外殼，再壓表層翻漿，土結(jié)構(gòu)破壞，即使下層壓實了，但表層已破壞，所以，粉質(zhì)壤土鋪土厚度不宜大于30 cm。

由2區(qū)A與5區(qū)A比較，碾壓遍數(shù)相同、含水量相對接近、鋪土厚度不同，前者為30 cm，后者為25 cm，但結(jié)果最大干容重相同，因此從經(jīng)濟(jì)方面考慮鋪土厚度確定為30 cm。

5.4 含水量的確定

由2區(qū)B、D，3區(qū)C、F，5區(qū)B可以看出，當(dāng)含水量大于15.7%以上時極易翻漿；由6區(qū)可以看出，當(dāng)含水量小于13%時，要達(dá)到設(shè)計干容重，增加碾壓遍數(shù)7遍以上，也很難達(dá)到設(shè)計干容重的要求，所以，含水量應(yīng)控制在13%～15.7%范圍內(nèi)。

5.5 碾壓遍數(shù)的確定

在實際施工中含水量確定之后，可根據(jù)鋪土厚度調(diào)整碾壓遍數(shù)來達(dá)到設(shè)計干容重的要求，一般情況控制在5～7遍，施工中根據(jù)實際情況可適當(dāng)調(diào)整。由2區(qū)A和5區(qū)A可以看出，當(dāng)含水量在14%～15.7%之間時，最經(jīng)濟(jì)的碾壓遍數(shù)為5遍。

5.6 關(guān)系曲線

由試驗得出的數(shù)據(jù)，分別繪制出碾壓5遍時，粉質(zhì)壤土鋪土厚度為30 cm時含水量與干容重關(guān)系曲線（關(guān)系曲線見圖1）。從關(guān)系曲線中得出：粉質(zhì)壤土鋪土厚度30 cm時，最優(yōu)含水量為14.4%，最大干容重為1.70 g/cm3。

圖1 干容重與含水量關(guān)系曲線

6 試驗結(jié)果

粉質(zhì)壤土最優(yōu)施工參數(shù)：最優(yōu)含水量為14.5%；最大干容重為1.70 g/cm3；鋪土厚度30 cm；最經(jīng)濟(jì)的碾壓遍數(shù)5遍。通過復(fù)核試驗可以看出，最優(yōu)施工參數(shù)得出的結(jié)果與試驗室土料擊實報告最大干容重1.70 g/cm3、最優(yōu)含水量14.4%基本一致。因此，該施工參數(shù)可以作為本工程土壩施工控制參數(shù)。

7 試驗結(jié)論

（1）在本施工條件下，粉質(zhì)壤土鋪土厚度不宜大于30 cm，在控制好含水量的條件下，鋪土厚度可稍大些，但也不能大于35 cm。

（2）含水量不能大于15.7%，不能低于13%。

（3）最經(jīng)濟(jì)的碾壓遍數(shù)為5遍。

（4）在控制好含水量的前提下，用調(diào)整鋪土厚度和碾壓遍數(shù)來達(dá)到設(shè)計要求的干容重和壓實度，根據(jù)最優(yōu)含水量條件下的最大干容重1.70 g/cm3與設(shè)計要求的壓實度不低于0.95的要求，求得最小干容重為1.615 g/cm3。

8 結(jié)語

由試驗觀察發(fā)現(xiàn)，粉質(zhì)壤土中沒有鈣質(zhì)結(jié)核，可以采用設(shè)計干容重1.60 g/cm3來控制；當(dāng)土料中存在鈣質(zhì)結(jié)核時再采用壓實度大于0.95來控制。

從以上試驗結(jié)果可以看出，調(diào)控好土料含水量是土壩填筑質(zhì)量控制的關(guān)鍵。在施工過程嚴(yán)格依據(jù)試驗參數(shù)，控制好了土料的含水量，大大提高了工作效率，降低了復(fù)壓的概率，確保了工程質(zhì)量，最終被評為省級優(yōu)良工程。