土料壓實參數(shù)選擇與填筑方法

摘要: 粘土心墻壩能充分利用當?shù)夭牧?，為高地震區(qū)首選，在新疆已經(jīng)成為一種最基本的壩型之一。結(jié)合新疆銅場粘土心墻壩，介紹了該工程的現(xiàn)場碾壓試驗、土料開采和填筑方法，探討了該工程現(xiàn)場碾壓試驗過程中一些關鍵性的問題，最后進行小結(jié)和建議，對大壩填筑壓實參數(shù)的選擇提出了相應的觀點。

關鍵詞: 土料；壓實參數(shù)；填筑方法

中圖分類號：K826.16文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

隨著大型高效碾壓機械的廣泛應用，施工費用顯著降低，施工工期進一步縮短，土石壩在目前壩工建設領域中得到最為廣泛的應用。粘土心墻壩由于其抗震能力強，若遇地震心墻產(chǎn)生裂縫具有自行愈合功能，提高了大壩工程的安全性，為高地震區(qū)首選的土石壩型。

土料填筑壓實參數(shù)主要包括含水率、碾壓遍數(shù)、鋪土厚度、碾壓機具的重量、振動碾的振動頻率及行走速率等。本文結(jié)合銅場粘土心墻壩對土料壓實參數(shù)選擇與填筑方法進行了一個初步的探討。

2 工程概況

銅場粘土心墻壩位于新疆庫車河中游河段的尾部，壩頂高程1334m，最大壩高54m，壩頂寬度10m，壩頂長度240m，壩頂設1 m高混凝土防浪墻，上游壩坡為1:2.75，下游壩坡為1:2。壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為上游砂礫料區(qū)、反濾料區(qū)、粘土料區(qū)、反濾料區(qū)、過渡料區(qū)及下游砂礫料區(qū)。心墻防滲體軸線和壩軸線相距3m，心墻頂高程1332.5m，頂寬4m，心墻底高程1280m，底寬35.5m，心墻兩側(cè)邊坡為1:0.3，防滲體采用壩址上游TC2土料場的粘土料。上、下游反濾層水平寬度3m，下游過渡層水平寬度3m。

心墻基礎開挖至強風化巖層底線，河床部位建基面高程1279.5m。在心墻建基面上澆筑0.5m厚的C20混凝土蓋板，將防滲體與基巖分隔開，以防止接觸沖刷。

3 氣候特征

多年平均氣溫11.4℃，極端最高41.5℃，極端最低-27.4℃，多年平均風速2.4m/s，多發(fā)生在5～7月。多年平均降水123.0mm，多年平均蒸發(fā)量1598.2mm，多年平均相對濕度43%，最大凍土深度為60-89cm，凍土期為11-3月份。

4 設計技術要求

土料設計壓實系數(shù)P=100%，平均設計干容重18.05kN/m3。要求土料粘粒含量≥15%、水溶鹽含量<3%、有機質(zhì)含量<2%、最優(yōu)含水率13%～16%、碾壓后滲透系數(shù)k<1×10-5cm/s。

5 土料開采與加工

TC2土料場是個混合料場，上部為粘土，下部為砂礫料。根據(jù)試驗成果為低液限粘土，平均顆分曲線顆粒組成為，小于0.005mm粘粒含量為21.5%，0.005~0.075mm粉粒含量為74.5%，屬中重粉質(zhì)粘土。

開采前用推土機清除料場覆蓋層，料場底部預留30cm～50cm厚土層，隔離下部砂礫料層。采用2m3 挖掘機裝15t自卸汽車運至土料制備場。土料采用堆土牛注水法備料。料場土料天然含水率為6%～8%，室內(nèi)擊實最優(yōu)含水率為13%～16%，考慮4%的施工損耗，制備土料選擇以17%～20%的含水率配水，補水量為11%～14%。

由于TC2土料場土質(zhì)的不均勻性，經(jīng)料場復查，將土料場劃分為13個區(qū)，各分區(qū)分別取樣進行室內(nèi)擊實試驗，得出各個分區(qū)的最大干密度和最優(yōu)含水率，作為復核土料壓實控制指標。

6 現(xiàn)場碾壓試驗

試驗組合采用循環(huán)法，鑒于室內(nèi)擊實試驗的平均最優(yōu)含水率為15%及機械的壓實功能，含水率選擇最優(yōu)含水率的干側(cè)。第一階段碾壓試驗組合為4×4×4=64個，分別為配制含水量w1=12%、w2=13%、w3=14%、w4=15%四種含水率，鋪土厚度h1=25cm、h2=30cm、h3=35cm、h4=40cm四種厚度，碾壓遍數(shù)n1=6、n2=8、n3=10、n4=12四種遍數(shù)（該碾壓遍數(shù)均為振動碾壓，未含振動碾壓前的兩遍靜壓碾壓，以下同）。待各試驗組合碾壓完成后，挖去距土層表面15～20cm的松土層后，用環(huán)刀法測定濕密度、電熱烘箱測定含水率，并計算出相應的壓實干密度，用以反映壓實效果。

試驗完成后對各組試驗結(jié)果進行作圖表分析，以土料最大干密度值作為控制值指標，統(tǒng)計出最優(yōu)含水量、最佳鋪土厚度和最經(jīng)濟的碾壓遍數(shù)的組合，選取出三個最佳組合。

第二階段對三個最佳組合進行碾壓試驗，即第一組合含水率13%、鋪土厚度35 cm、碾壓遍數(shù)10遍；第二組合含水率14%、鋪土厚度35 cm、碾壓遍數(shù)10遍；第三組合含水率13%、鋪土厚度30 cm、碾壓遍數(shù)8遍。試驗完成后對各組試驗結(jié)果進行作圖表分析，得出在鋪土厚度35 cm、碾壓遍數(shù)為10遍時，最優(yōu)含水率在13%～15%的范圍內(nèi)，干密度檢測值可以達到室內(nèi)試驗干密度值，土料填筑質(zhì)量既保證又經(jīng)濟。

7 土料填筑方法與質(zhì)量控制

第一層粘土料填筑前，先清理干凈混凝土蓋板表面的乳皮、粉塵、碎石等雜物，并用風槍吹掃干凈，在混凝土面上涂刷1:2.5結(jié)合泥漿，邊涂刷泥漿、邊鋪土。

粘土料采用3m3裝載機在土料制備場裝料，20t自卸汽車運輸至大壩填筑作業(yè)面，進占法卸料，推土機對粘土料進行攤鋪平料，人工用測釬控制層厚，水準儀測平。粘土料的壓實采用20t自行式凸塊振動碾，碾壓方向與壩軸線平行，行駛速度控制在2～5km/h，振動頻率20Hz～30Hz，先靜壓碾壓2遍后，再以相同的行駛速度振動碾壓10遍，進退錯距法碾壓，平行碾壓方向搭接寬度為20cm。為了保護粘土心墻不致長時間暴露在大氣中遭受影響，壩體填筑采用先砂后土的施工方法，即先填上下游反濾料后填粘土料，反濾料與粘土料之間每層用20t光面振動碾騎縫碾壓10遍，保證心墻填筑斷面尺寸符合設計要求，土砂結(jié)合部位密實。

為防止心墻兩端壩肩與混凝土蓋板接觸部位發(fā)生滲流，填土前首先在混凝土面上涂刷1:2.5結(jié)合泥漿，采用蛙式打夯機人工進行夯實處理。由于新疆當?shù)仫L力和日照十分強，空氣十分干燥，土層表面水分蒸發(fā)很快，對已碾壓好的土層，在鋪下一層土之前先進行灑水潤濕處理，并采用小面積鋪筑，隨鋪隨碾，以保證合適的含水量。

冬季施工時，立面開采土料，優(yōu)先在向陽、背風的區(qū)域取土，開采前清除料場表面凍土，上壩運輸時對土料進行覆蓋，使土溫散失小，采取快速連續(xù)作業(yè)，縮小填筑區(qū)，保證壓實時土料溫度在-1℃以上。填土中嚴禁夾有冰雪、凍塊，不得加水。由于當?shù)貢円箿夭畲?，晚上氣溫達負5度左右，鋪料、壓實等壩面作業(yè)盡量安排在白天氣溫較高時施工，入夜前對壓實好的土層覆蓋毛毯和塑料布保溫，兩壩肩混凝土蓋板鋪設電熱毯保溫。

冬休期間，松鋪1.2m厚的土料，表面用平碾靜碾兩遍，保護已碾壓合格的壩面，以確保壩體安全過冬。第二年氣溫回暖后，先清除表面松土保護層，驗收合格后，再進行壩體填筑。

8 小結(jié)與建議

按照設計理論要求，粘土心墻既能防滲又要適應壩體變形。要滿足防滲，土料壓實密度就要求高，但相應變形性能就要差些；要適應壩體變形，土料壓實時含水率要高，壓實密度就須相應降低，否則會出現(xiàn)剪切破壞，不利防滲。因此須通過現(xiàn)場碾壓試驗和室內(nèi)試驗選定土料壓實參數(shù)。

TC2土料場粘土的砂粒含量和少量礫石對土料的壓實度有一定的影響，碾壓過程中，在凸塊振動碾振動力的作用下，砂粒含量和少量礫石容易成為水平向的排列，往往出現(xiàn)自然狀的水平向?qū)用?。如果先靜壓碾壓再振動碾壓，不僅土層上下部壓實效果好，而且自然狀的層面會少于只振動碾壓的方法。經(jīng)過室內(nèi)滲透試驗，該自然狀的層面滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s，滿足設計要求。分析其原因，該種土料碾壓時雖形成自然層面，但遇水后，會自然愈合，對壩體質(zhì)量不會產(chǎn)生不良影響。

伍柏華（1979－），男，廣東江門人，工程師。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。