浍河水库土坝碾压试验

梁建刚

（临汾市水利机械工程局 临汾 041000）

1 试验目的和基本原理

1.1 试验目的

浍河水库是临汾市最大的一座中型水库，为碾压均质土坝，有防洪、灌溉、养殖、旅游等多种用途，是整个浍河流域的控制性枢纽工程。为了使大坝的设计和施工技术要求更符合本工程的实际情况，碾压试验又显得极为重要。根据招标文件要求，在大坝填筑开工前按设计要求和监理部的批示，选择具有代表性的土料进行碾压试验，以确定土料的最优含水量、合理铺土厚度、经济碾压遍数、行进速度等工艺参数。

1.2 基本原理

用逐渐收敛法进行试验，根据规范、室内击实试验和施工经验，碾压机械采用18 t振动碾。拟定碾压参数，然后通过科学合理的排列组合，以设计干容重为标准，固定其他碾压参数，变动某一参数通过试验，求得该参数的最优级值，如变动含水量，固定铺土厚度、碾压遍数、行进速度等，求得最优级含水量，依次类推求得第二个参数最优值，最后全部最优参数再复核试验一次，求得施工需要的最佳参数。

2 试验准备工作

根据山西省水利建设工程质量检测中心的土料击实试验报告，选择据有代表性的土场进行碾压试验。碾压试验前对土场进行含水量调查，掌握土场各部位土料的含水量，使其碾压试验得出的参数能代表料场的各部位。根据本工程的实际情况，料场土质为粉质壤土。试验前对土场的含水量进行详细勘查，对不能满足试验要求的土料及早做好浸水工作，使试验土料的含水量控制在12%～14%、14%～16%、16%～18%。

3 试验步骤

具体试验步骤为：

平整场地→碾压→卸料→铺土→碾压

4 试验设计方案

4.1 试验参数选取

a、土质：粉质壤土；b、碾压机械：18 t振动碾、行进速度为2 km/h；c、含 水 量：12%～14%、14%～16%、16%～18%；d、铺土厚度：25 cm、30 cm；e、碾压遍数：5～7遍；每一试验单元大小：10 m×20 m；全部试验组数：7组。

4.2 试验布置

根据设计要求，结合实际情况，本试验选的诸参数中，直接影响土坝质量的主要参数是土料的含水量、铺土厚度、碾压遍数。以这些参数为主，经组合分为7个试验小区，其组合分区见表1。从碾压5遍开始至7遍，每压一遍，取样测定一次干容重，每区铺土压实两层。

表1 试验组合分区表

5 成果分析

将现场碾压试验取得的成果资料与室内击实试验资料进行综合分析，计算得出试验条件下的最大干容重、合理的铺土厚度、最优含水量、最经济的碾压遍数和行进速度。

5.1 取样化验

每区压实后用环刀每10 m2取样一个，并均匀分布于试验的土层下部（1/3处），送化验室进行室内分析化验，结果见表2。

5.2 现场观测

由2区B和5区B可以发现，当土料含水量大于15.7%时，碾压5遍已开始翻浆，因此不必再做方案中含水量16%～18%的试验，将第3试验区调整成铺土厚度为35 cm、含水量为14%～16%、碾压遍数5～7遍的试验区；将第6试验区调整成铺土厚度为30 cm，含水量为天然含水量、碾压遍数5～7遍的试验区。

由1区C、4区C和6区C可以发现，当土料含水量较低时，增加碾压遍数也能达到设计干容重，但碾压7遍时表层已被破坏。

表2 试验小区试验结果表

5.3 铺土厚度的确定

由2区C与3区D比较，碾压遍数相同、含水量相对接近、铺土厚度不同，前者为30 cm，后者为35 cm，结果是最大干容重大不相同，前者为1.7 g/cm3，后者为1.64 g/cm3，分析其原因是因为前者铺土适中，后者较厚造成的；另外，取样时明显看到铺土35 cm的表层形成硬的外壳，再压表层翻浆，土结构破坏，即使下层压实了，但表层已破坏，所以，粉质壤土铺土厚度不宜大于30 cm。

由2区A与5区A比较，碾压遍数相同、含水量相对接近、铺土厚度不同，前者为30 cm，后者为25 cm，但结果最大干容重相同，因此从经济方面考虑铺土厚度确定为30 cm。

5.4 含水量的确定

由2区B、D，3区C、F，5区B可以看出，当含水量大于15.7%以上时极易翻浆；由6区可以看出，当含水量小于13%时，要达到设计干容重，增加碾压遍数7遍以上，也很难达到设计干容重的要求，所以，含水量应控制在13%～15.7%范围内。

5.5 碾压遍数的确定

在实际施工中含水量确定之后，可根据铺土厚度调整碾压遍数来达到设计干容重的要求，一般情况控制在5～7遍，施工中根据实际情况可适当调整。由2区A和5区A可以看出，当含水量在14%～15.7%之间时，最经济的碾压遍数为5遍。

5.6 关系曲线

由试验得出的数据，分别绘制出碾压5遍时，粉质壤土铺土厚度为30 cm时含水量与干容重关系曲线（关系曲线见图1）。从关系曲线中得出：粉质壤土铺土厚度30 cm时，最优含水量为14.4%，最大干容重为1.70 g/cm3。

图1 干容重与含水量关系曲线

6 试验结果

粉质壤土最优施工参数：最优含水量为14.5%；最大干容重为1.70 g/cm3；铺土厚度30 cm；最经济的碾压遍数5遍。通过复核试验可以看出，最优施工参数得出的结果与试验室土料击实报告最大干容重1.70 g/cm3、最优含水量14.4%基本一致。因此，该施工参数可以作为本工程土坝施工控制参数。

7 试验结论

（1）在本施工条件下，粉质壤土铺土厚度不宜大于30 cm，在控制好含水量的条件下，铺土厚度可稍大些，但也不能大于35 cm。

（2）含水量不能大于15.7%，不能低于13%。

（3）最经济的碾压遍数为5遍。

（4）在控制好含水量的前提下，用调整铺土厚度和碾压遍数来达到设计要求的干容重和压实度，根据最优含水量条件下的最大干容重1.70 g/cm3与设计要求的压实度不低于0.95的要求，求得最小干容重为1.615 g/cm3。

8 结语

由试验观察发现，粉质壤土中没有钙质结核，可以采用设计干容重1.60 g/cm3来控制；当土料中存在钙质结核时再采用压实度大于0.95来控制。

从以上试验结果可以看出，调控好土料含水量是土坝填筑质量控制的关键。在施工过程严格依据试验参数，控制好了土料的含水量，大大提高了工作效率，降低了复压的概率，确保了工程质量，最终被评为省级优良工程。