砾石土在大型输水渠堤填筑中的碾压试验研究

李 涛

(新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830000)

砾石土具有抗剪强度高、压实性能好、渗透系数低等优良特性，被广泛应用于土石坝的防渗结构当中[1]。但是不同地区、地质条件下的天然砾石土材料其物理力学指标不同，很多时候不能同时满足抗渗及抗剪需求，因而需要通过工程措施来改善其工程力学特性。

杨祎等对海南大广坝砾石土的工程性质进行了试验研究，认为含泥卵砾石土是一种优良的坝基填筑材料，可以应用于南方地区筑坝设计和施工[2]。张计等对瀑布沟水电站砾石土心墙料开展了碾压试验，提出了对应的碾压方案及质量控制的快速检测方法[3]。韩兴等在长河坝的施工过程中，开展了粒径为0.075mm的砾石土料含量对最大干密度影响的研究，为不均匀性砾石土在水电工程的应用提供设计及质量控制参考[4]。谭小军等对砾石土料中粗粒组分含水率及其关系进行了试验研究，认为事先对粗骨料的含水率进行测量后，再对粒径小于5mm土的含水率及粗颗粒含量百分数进行测定，按加权法进行计算可缩短试验检测时间约75%[5]。汤少静则对沿河路堤河滩砂砾石填料的压实参数进行了现场碾压试验研究，对干密度和碾压速度的关系进行了分析探讨并给出了相应的施工碾压参数[6]。

本文针对新疆某大型输水工程渠堤填筑时的砾石土材料进行了碾压试验研究，对不同铺土厚度、碾压方式以及含水率下的力学行为进行了探讨分析，可为类似工程的施工建设提供借鉴。

1 工程概况

新疆某大型输水渠道北山坡区渠段长26.7km，依据相关规程，对渠道填筑某土料场进行了前期勘察和复查，进行了颗粒分析、液限、塑限、击实等试验。该土料颗粒分析试验结果为：土料为含细粒土砂(sf)及少量低液限粉土(mL)，液限：19.5%～27%；塑限：11.9%～15%；塑限指数：9.4～13.8。击实试验采用标准击实，由于料场含>5mm以上颗粒含量不均匀且变化太大，故采用人工配料做出颗粒含量与最大干密度的颗粒含量曲线，以满足对现场压实度的控制，最大干密度与颗粒含量的关系如图1所示。

图1 最大干密度与颗粒(>5mm)含量关系

2 试验概况

试验采用静压、强振相结合的不同碾压遍数与不同含水率、不同铺料厚度分别进行组合的方式进行碾压试验，碾压机械选用20T平板振动碾，型号为XS- 202JD，额定功率132KW，振动轮宽度2400mm，高振幅1.9mm，振动频率28HZ，激振力316KN，低振幅0.86mm，振动频率33HZ，激振力219KN，速度控制为1挡，即1～2km/h以内。试验场地依据本次试验土料的含水率分为三个试验区，每个试验区试验场地面积均为10m×10m，沿纵向分为三个单元，每个单元长10m，宽3m。根据室内试验成果按照最优含水率上下范围配三种含水率；4%、6%、9%，铺土厚度为30cm、40cm、50cm，分三层依次进行；碾压遍数分别为：静压2遍强振4遍、静压2遍强振6遍、静压2遍强振8遍。具体试验参数见表1。

表1 碾压试验参数

3 试验结果分析

3.1 干密度试验结果

各碾压参数下的干密度测试结果如图2所示。从图2可以看出：在含水率为4%时，平均干密度随着铺土厚度的增加而增加，在含水率为6%时，铺土厚度为30～40cm的平均干密度最大，当含水率为9%时，铺土厚度为50cm时的平均干密度最大；相同铺土厚度下，干密度有随强击遍数的增加而增加的趋势；在相同的强击遍数下，随着铺土厚度的增加，干密度也有逐渐增加的趋势。从干密度的变化特征可以看出，在不同的碾压参数下，6%含水率下的整体干密度最大，9%次之，4%含水率下最小。

图2 干密度与碾压参数关系

3.2 压实度试验结果

试验得到的干密度随碾压参数变化的关系如图3所示。从图3可以看出：含水率为4%时，压实度整体较低，在91%～94.5%，随铺土厚度的变化也较为复杂，静2强4和静2强8逐渐升高，静2强6呈先增后减的整体趋势；6%含水率下，压实度变化较为复杂，在静2强4下，呈先减后增的变化特征，且压实度较低，仅为92%～95%，在静2强6和静2强8碾压下，压实度较高，均达到了96%以上；含水率8%情况下，静2强4碾压时，压实度在94%～95%，呈先增后减的整体趋势，而在静2强6和静2强8碾压下，则呈线性增加，压实度达到了95%～96.5%。本土料填筑设计指标为压实度96%，因此，从以上分析可以看出，符合设计标准的为含水率6%，静2强6和静2强8以及含水率为9%，铺土厚度为40、50cm，静2强6和静2强8的碾压参数达到了设计标准。

图3 压实度与碾压参数关系

3.3 土体沉降量统计分析

试验测得的沉降量与碾压遍数的变化关系见表2。从表2可以看到，在含水率为4%，铺土厚度为30cm时，沉降量较小，且随着碾压遍数的增加而增加；铺土厚度为40cm、50cm时，沉降量为15～18cm之间，且碾压8遍和6遍时的沉降量相同，表明碾压6次时已经达到了最佳压实次数；在6%含水率下，30cm铺土厚度时，沉降量仅为12～13cm，而在40cm、50cm铺土厚度时，沉降量达到了14～17cm，且碾压8遍和6遍时的沉降量相同；含水率为9%时，30cm铺土厚度也较小，仅为11～13cm，铺土厚度为40cm时，沉降量达到了19～21cm，沉降量较大，碾压8遍和6遍时的沉降量相同，而在铺土厚度为50cm时，沉降量随碾压次数的增加而逐渐升高。

表2 沉降量与碾压参数关系

4 讨论

通过不同含水率，不同铺料厚度，不同碾压遍数下干密度、压实度以及沉降量的分析可以得出：选用型号为XS- 202JD的20T平板碾进行碾压是可行的。综合施工效率及压实后平均干密度、压实度和沉降量等因素认为：碾压铺土厚度以40cm为宜，土料的填筑压实施工含水率宜控制在6%左右，且采用静2强6最为经济合理。同时通过以上碾压参数压实过后的材料进行层间结合检查分析发现：压实后施工面结合效果较好、无明显痕迹。因此施工过程中可不进行拉毛，但应在填筑前对填筑面进行洒水湿润、以确保层间结合良好。

5 结语

通过现场碾压试验分析认为：该土料含水率在6%，铺料厚度在40cm，静压2遍+强振6遍碾压后压实效果较好，层间结合效果良好，沉降基本稳定，且最为经济合理。

[1] 刘勇林, 李洪涛, 黄鹤程, 等. 土石坝砾石土心墙料掺配及含水量调整技术[J]. 中国农村水利水电, 2014(11): 93- 97.

[2] 刘国平. 海南大广坝砾石土工程性质试验研究[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2000, 21(01): 41- 45.

[3] 张计, 涂扬举, 饶锡保, 等. 瀑布沟水电站砾石土心墙料碾压试验研究[J]. 水力发电, 2010, 36(06): 46- 48.

[4] 韩兴, 熊亮, 朱剑. 长河坝水电站大坝心墙砾石土料中粒径0.075mm含量对最大干密度影响的研究[J]. 四川水力发电, 2015(03): 20- 24.

[5] 谭小军, 江万红, 王红刚. 砾石土料中粗粒组分含水率及其关系研究与应用[J]. 四川水力发电, 2013(03): 8- 11.

[6] 汤少静. 沿河路堤河滩砂砾石填料压实参数研究[J]. 交通运输研究, 2011(16): 48- 49.