輕型擊實試驗指導(dǎo)水利工程細(xì)粒土碾壓的適用性

袁文華

（湖南華意項目管理有限公司，湖南衡陽 421001）

0 引言

在水利工程施工工作開展的過程中，需要充分考慮到土壤條件可能產(chǎn)生的影響。針對粘性圖進(jìn)行碾壓時會較多的運(yùn)用到大型的碾壓器設(shè)備，這類碾壓器設(shè)備產(chǎn)生的碾壓重量較大，我們需要科學(xué)合理的開展輕型擊實試驗，為水利工程細(xì)粒土碾壓適用性的提升提供有效的參考依據(jù)。

1 案例工程情況介紹

在本次研究中，我們選取的案例工程來自于某地區(qū)一座規(guī)模較大的防洪控制工程，該水庫的總體容量超過了12 億m3，在正常情況下，水庫的蓄水位高度達(dá)到了88m，死水位的高度控制在84m，洪水位則設(shè)置在95m，處在汛期的水位應(yīng)當(dāng)控制在86m。該水利工程中所構(gòu)建的大巴屬于混合壩，在設(shè)置一段普通土壩的基礎(chǔ)之上，還增設(shè)了一段穩(wěn)定性較強(qiáng)的混凝土壩，大壩的總體長度為3.98km，土壩的長度約為3.42km，混合土壩的長度約為0.56km。土壩采取的是粘土心墻砂殼形式，寬度約為4.2m，邊坡比為2:1，大壩的上游采取的是混凝土連鎖塊護(hù)砌的形式，大壩的下游采取的則是混凝土預(yù)制塊護(hù)砌。為了充分保障整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，對大壩粘土心墻的壓實度提出了較高的要求，其質(zhì)量應(yīng)當(dāng)控制在99%之上。

2 粘土心墻碾壓施工過程中存在的壓實度問題

在案例工程中，針對土壩段粘土心墻的填筑施工，我們運(yùn)用到的主要原料為粉質(zhì)粘土?？睖y工作開展的過程中提取土樣，用于開展輕型擊試驗，將最大的干密度控制在1.65g/cm3以上，含水率則需要控制在16%～20%這一范圍內(nèi)。在試驗前的復(fù)核階段，我們獲取到了與該工程相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，最大的干密度約為1.70g/cm3，最大的含水率為18.3%，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

之所以要開展碾壓實驗，一個最主要的目的就是為了獲取有關(guān)于土層厚度、壓實方法以及碾壓頻率等相關(guān)的參數(shù)信息，同時對于壓實機(jī)所具備的性能進(jìn)行檢測。在施工范圍內(nèi)，選擇了多個試驗區(qū)域，這幾個試驗區(qū)域的含水率各不相同，分別為16.4%、18.3%以及21.5%，試驗區(qū)域的鋪土厚度分別為30cm、35cm 以及40cm，碾壓的次數(shù)分別為4 次、6 次以及8 次，為了充分保障獲取到的數(shù)據(jù)信息的真實性和可靠性，我們將不同的土層厚度、壓實方法以及碾壓頻率進(jìn)行了隨機(jī)搭配，共計產(chǎn)生了27 個試驗小組，在每個試驗小組中提取五份樣品，共計獲取到135 分樣品。以不同鋪土厚度為主要的參考依據(jù)，調(diào)節(jié)試驗區(qū)的含水率，反復(fù)進(jìn)行碾壓，得出有效的試驗數(shù)據(jù)。①當(dāng)鋪土厚度為30cm 時，碾壓4 次，無論含水率高低，試驗區(qū)的干密度不會發(fā)生變化；輾壓6次。無論含水率的高低，試驗區(qū)的干密度不會發(fā)生變化；碾壓8次，無論含水率的高低，試驗區(qū)的干密度不會發(fā)生變化。但總體來說，碾壓4 次時的合格率較低，而碾壓6 次和碾壓8 次時合格率能夠達(dá)到百分之百；②當(dāng)鋪土的厚度為35cm 時，當(dāng)含水率為16.4%時，碾壓4 次的干密度為1.65，碾壓6 次的干密度為1.70，碾壓8 次的干密度為1.71；當(dāng)含水率為18.3%時，碾壓4 次的干密度為1.68，碾壓6 次的干密度為1.71，碾壓8 次的干密度為1.72；當(dāng)含水率為21.5%時，碾壓四次的干密度為1.63，碾壓6 次的干密度為1.70，碾壓8 次的干密度為1.70；③當(dāng)鋪土的厚度為40cm 時，當(dāng)含水率為16.4%時，碾壓4 次的干密度為1.63，碾壓6 次的干密度為1.69，碾壓8 次的干密度為1.70；當(dāng)含水率為18.3%時，碾壓4 次的干密度為1.66，碾壓6 次的干密度為1.69，碾壓8 次的干密度為1.71；當(dāng)含水率為21.5%時，碾壓四次的干密度為1.64，碾壓6 次的干密度為1.68，碾壓8 次的干密度為1.70。

在施工過程中，我們所獲取的壓實度超百組數(shù)共計135 組，占檢測總數(shù)的7.6%。在此基礎(chǔ)之上，提出以下幾點(diǎn)問題，在開展粘土心墻細(xì)粒土碾壓施工工作的過程中，導(dǎo)致超百問題出現(xiàn)的原因是什么？輕型擊實試驗是否應(yīng)當(dāng)被適用于水利工程細(xì)粒土現(xiàn)場碾壓工作開展的過程中？

3 細(xì)粒土擊實試驗

采用擊實試驗的方式研究細(xì)粒土的壓實性能，我們將研究的目標(biāo)確定為明確細(xì)粒土的含水率、了解細(xì)粒土的擊實功、掌握干密度，同時明確這三者之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。

3.1 含水率計算

通過實驗我們可以發(fā)現(xiàn)，細(xì)粒土的含水率情況會在很大程度上受到吸力土自身的性質(zhì)的影響。當(dāng)處在最優(yōu)含水率時，土壤中的水分相對較為適宜，細(xì)粒土之間產(chǎn)生的阻力較弱，進(jìn)行擊實處理也更加便捷，土壤中的顆粒能夠緊密連結(jié)，最終達(dá)到最大的干密度。如果細(xì)粒土中的含水量遠(yuǎn)超于最優(yōu)的含水率，細(xì)粒土內(nèi)部會形成水膜，新歷土之間產(chǎn)生的阻力會逐步減小，土顆粒之間潛藏的水分難以被及時排除，土壤中的孔隙較大，在進(jìn)行碾壓時需要嚴(yán)格控制孔隙之間的壓力，才能產(chǎn)生更為突出的擊實性能。土層中的含水率較高必將影響最終的壓實干密度，細(xì)粒土較為分散，可塑性能較為突出，更容易出現(xiàn)變形。反之，如果含水率明顯低于最優(yōu)含水率，那么在細(xì)粒土層中間所形成的水膜則較薄，細(xì)粒土之間產(chǎn)生的阻力較大，此時土壤的凝聚性能較差，細(xì)粒土的可塑性較小，強(qiáng)度較為突出，在潮濕的環(huán)境下極易出現(xiàn)沉降問題，容易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)裂縫或坍塌。

總體來說，在現(xiàn)代水利工程施工開展的過程中，通過壓實細(xì)粒土有助于強(qiáng)化土壤結(jié)構(gòu)，而擊實試驗的開展則有助于核算出更加可靠的含水率。

3.2 合理功選擇

在默認(rèn)為細(xì)粒土的含水率不變的情況下，采取較小的擊實功逐步進(jìn)行擊實，擊實功增大也會導(dǎo)致土的干密度的增大，但這一上升趨勢達(dá)到特定階段時，即便我們?nèi)耘f保持著持續(xù)增大擊實功的方式，土的干密度條件也不會發(fā)生大規(guī)模的變化，此時，我們便可以將這一特定階段視為臨界點(diǎn)。用處在臨界點(diǎn)時的擊實功的大小進(jìn)行擊實處理能夠取得較為突出的效果。如果選擇運(yùn)用超過臨界點(diǎn)的擊實功施加荷載力，則無法達(dá)到這一效果。適宜的擊實功能夠發(fā)揮指導(dǎo)現(xiàn)代水利工程細(xì)粒土碾壓工作開展的作用。

3.3 碾壓試驗

在進(jìn)行碾壓試驗時，我們往往會運(yùn)用到振動凸塊碾，在設(shè)置好相應(yīng)的壓實參數(shù)之后，在合理功的作用下，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲簩崊?shù)，能夠達(dá)到完成碾壓試驗的目的，取得較為突出的壓實成果。在現(xiàn)場碾壓試驗工作開展的過程中，我們需要充分考慮到不同類型的壓實器具的適應(yīng)性，調(diào)整攤鋪厚度和碾壓的頻率，實現(xiàn)對于細(xì)粒土合理功的調(diào)整。除此之外，我們還需要重點(diǎn)關(guān)注一下幾方面的問題。首先是壓實器具的選擇，許多研究人員在選擇碾壓器具的過程中往往存在一定的誤區(qū)，那就是重型的碾壓器具能夠達(dá)到重型擊實的效果，但事實上，過重的碾壓器具反而會破壞土體，影響后續(xù)的試驗。另外，在控制碾壓頻率的過程中，碾壓的次數(shù)不可過少，以便避免漏碾現(xiàn)象的出現(xiàn)。其次，在正品的調(diào)整方面，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合共振物理原理，有針對性的改變激振的頻率，以便取得更加優(yōu)質(zhì)的壓實效果。最后，在政府的控制方面，如果試驗區(qū)域的黏土層相對較薄，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)膲旱驼穹３酥?，針對粘性土的碾壓速率?yīng)當(dāng)控制在一定范圍內(nèi)，避免削弱能夠產(chǎn)生的碾壓效果。

3.4 導(dǎo)致壓實度超百問題出現(xiàn)的原因

在我國的許多地區(qū)，當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件較多的受到時間的推移以及周邊環(huán)境的變化所帶來的影響，無論是土層還是巖石圈層的性質(zhì)都較為復(fù)雜，自然界中的土層的組成結(jié)構(gòu)存在著明顯的差異，但基本的構(gòu)造形式卻大致相同。土層具備突出的指標(biāo)離散特性，我們不能以特定區(qū)域的土層情況來替代其他區(qū)域的土層情況，應(yīng)當(dāng)有針對性的了解不同類型的土樣的物理性能，結(jié)合水利工程開展的具體條件以及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，獲取更加可靠的信息。根據(jù)研究過程中所獲取到的土樣數(shù)據(jù)，如果確保粘土心墻土方填筑碾壓能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么壓實度的比值必然會達(dá)到99%以上，因此這種超百現(xiàn)象是有著一定的合理性的。

4 總結(jié)

綜上所述，細(xì)粒土現(xiàn)場碾壓試驗工作的開展有助于我們計算出最優(yōu)的含水率，從而為后續(xù)施工工作的開展提供有效的參考依據(jù)。如果采取超過合理功的擊實功進(jìn)行擊實處理，則產(chǎn)生的擊實效果會受到一定的影響。細(xì)粒土現(xiàn)場碾壓試驗工作的開展能夠幫助我們獲得精準(zhǔn)可靠的參數(shù)，通過采取施工碾壓的方法，達(dá)到良好的壓實效果。重型碾壓器具的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)更多的考慮年壓的頻率和壓實層的厚度，從而有效提高生產(chǎn)工作的開展效率，盡可能的不對于區(qū)域內(nèi)原有的土體結(jié)構(gòu)造成破壞。除此之外，盡管我們要求將壓實度控制在不小于99%的情況下，但偶爾出現(xiàn)的超百現(xiàn)象也是有其合理性原因的，這與其指標(biāo)的離散性有著直接的關(guān)系。在未來的發(fā)展過程中，我們可以靈活運(yùn)用輕型擊實試驗的形式，指導(dǎo)現(xiàn)代水利工程細(xì)粒土碾壓工作的開展，從而為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻(xiàn)一份力量。