细颗粒含量和加水量对灰岩料压实质量的影响

黄 恩 ，张 靖 ，王庆玲 ，刘 倩 ，唐仲菊

（1.重庆市正源水务工程质量检测技术有限责任公司，重庆 400020；2.重庆万州水电建筑工程有限公司，重庆 404000）

混凝土面板堆石坝作为技术成熟、适用性广的坝型，在我国得到广泛应用，其在经历“引进消化、自主创新、突破发展”等几个阶段后[1-2]，筑坝技术水平已跃居世界前列，并向300m级高坝挑战。鉴于混凝土面板的变形特征与堆石坝体稳定性密切相关，研究坝体压实质量的影响因素至关重要[3-4]。本文通过试验研究细颗粒含量（小于5mm颗粒含量）和加水量对灰岩料压实质量的影响，了解两种因素变化时坝体压实质量的变化情况，以指导现场施工质量管控，确保整体施工质量和坝体稳定安全。

1 试验

1.1 试验材料

填筑料为石灰岩，单轴饱和抗压强度50～60MPa，软化系数0.80～0.86，天然容重2690kg/m3。试验准备3种细颗粒含量的样品，其筛分结果和级配曲线分别如表1和图1。

表1 试验样品筛分试验结果

续表1

1.2 试验方法

人工掺配得到3种不同细颗粒含量的样品，采用斗容1.6m3挖掘机翻拌均匀并摊平，试验料层松铺厚度控制在85～90cm；采用φ40PE管材接入洁净山泉水，在管材端部安装经检验合格的水表测计加水量，试验设定5%，10%，15%3种加水量 （以填筑料体积作为计算基数），人工洒水；采用26t自行式振动碾进行碾压试验，沿试验场地长度方向开行，开行速度控制在1.8～2km/h；采取进退错距法碾压作业，错距宽度25cm。试验操作严格按国家规范进行[5-7]。碾压设备性能参数如表2。

表2 振动碾性能参数

试验组合：

（1）加水量的影响：2#试样，5%，10%，15%3种加水量，6，8，10 3种碾压遍数，组合试验。

（2）细颗粒含量的影响：确定的最优加水量，3个试样，6，8，10 3种碾压遍数，组合试验。

（3）加水量与细颗粒含量的相互效应：确定的合理碾压遍数，3个试样，5%，10%，15%3种加水量，组合试验。

2 结果与分析

2.1 加水量影响

固定2#试样，在不同加水量和碾压遍数条件下干密度变化曲线如图2。

图2 干密度变化

2.1.1 同一碾压遍数

当加水量由5%增加到10%，干密度明显增加，碾压遍数为6，8，10遍，干密度分别增加1.91%，2.34%，1.82%。

当加水量由10%增加到15%时，3种碾压遍数的干密度增长率分别为0%，0%，-0.89%，即干密度因加水过多反而出现降低现象。这种现象可能是因加水过多，随碾压遍数增加，在强振作用下，多余水分流失带走少量细颗粒料造成的。

2.1.2 同一加水量

随碾压遍数增加，干密度有不同程度增长。加水量为5%，10%，15%时：

（1）碾压遍数由6遍增加到8遍，干密度增长率分别为2.39%，2.82%，2.35%，加水量为10%时干密度增长幅度最大。

（2）碾压遍数由8遍增加到10遍，干密度增长率分别为2.80%，2.28%，1.83%，加水量10%时的干密度增长幅度略小于加水量5%时的干密度增加值，但仍明显大于加水量15%时的干密度增加值，这可能是因为加水量5%时，灰岩颗粒没有得到充分润湿，通过增加碾压遍数，在强振作用下，达到更加密实的效果，但能耗相对较大，不经济。

因此，加水量10%为最优加水量，加水量过少，灰岩料得不到充分润湿，需要靠增加碾压遍数来提高密实度，不经济；加水量过多，多余水量流失带走细颗粒料，一定程度上导致干密度有所下降。

2.2 细颗粒料的影响

最优加水量时，在不同细颗粒含量和碾压遍数条件下干密度变化曲线如图3。

图3 干密度变化曲线

2.2.1 同一碾压遍数

随细颗粒含量增加，干密度明显增加，但增长幅度随细颗粒含量增加而减小。碾压遍数为6，8，10遍时，2#试样较1#试样干密度增长率分别为：3.90%，4.78%，5.16%，3#试样较2#试样干密度增长率分别为0.94%，1.83%，1.34%。由此，可推测细颗粒含量存在一个最佳值。

2.2.2 同一试样

随碾压遍数增加，干密度增长趋势明显不同。

（1）碾压遍数由6遍增加到8遍时，1#，2#，3#试样干密度增长率分别为1.95%，2.82%，3.72%。

（2）碾压遍数由8遍增加到10遍时，3种试样干密度增长率分别为1.91%，2.28%，1.79%。

明显可见：①细颗粒含量少的1#试样，随碾压遍数增加，干密度增长趋势相对较弱，既耗能不经济，又不利压实质量；②细颗粒含量最多的3#试样，随碾压遍数增加，干密度前期增长非常明显，后期增长幅度反而低于细颗粒含量少的1#试样，说明3#试样经前期碾压已足够密实，孔隙率足够小，后期压缩不明显，干密度增长缓慢；③细颗粒含量适中的2#试样，随碾压遍数增加，干密度增长平缓，最接近线性函数。

由此说明，细颗粒含量对灰岩料压实质量影响十分显著，可能存在最佳值。当细颗粒含量低于此值，即使增加碾压遍数，干密度增长幅度并不明显，存在能耗与效果不匹配现象，既不经济也不利质量管控；当细颗粒含量高于此值，较少碾压遍数就能达到较高密实度，节省压实成本，但由于细颗粒含量较多，若不充分压实而只追求干密度达到设计要求，后期可能出现较大沉降，若充分压实，细颗粒含量填充孔隙，导致压实层孔隙率急剧降低，不利坝体渗水。因此，合适的细颗粒含量，即有效控制压实质量，又合理降低压实成本。

2.3 加水量与细颗粒含量的相互效应

固定碾压遍数时，不同细颗粒含量和加水量条件下干密度变化曲线如图4。

图4 干密度变化曲线

由图4可知，在相同碾压遍数条件下，随加水量增加，3种试样的干密度变化趋势明显不同。加水量由5%增加到10%时，1#，2#，3#试样的干密度增长率分别为0.48%，2.34%，1.83%；由10%增加到15%时，1#，2#，3#试样的干密度增长率分别为0.0%，0.0%，-0.45%。

明显可见：①细颗粒含量较低的1#试样，无论加水量多少，其干密度变化都不明显；②细颗粒含量最佳的2#试样，随加水量增加，前期压实效果改善非常明显，后期趋于稳定，即存在最佳加水量；③细颗粒含量最多的3#试样，随加水量增加，前期压实效果改善较明显，但加水量过多时，干密度反而降低，即存在多余水量流失带走细颗粒料的现象。

对于软化系数较大的灰岩料而言，当细颗粒含量较少时，加水量多少对其压实效果的影响并不明显，当细颗粒含量增多时，随加水量增加，压实效果明显改善，但细颗粒含量多到一定值时，可能造成细颗粒含量流失而影响干密度或填筑料液化成 “弹簧土”现象，反而影响压实效果。因此，说明在适当条件下，细颗粒含量和加水量都存在最佳值，且相互影响和作用效果明显。

2.4 沉降量结果分析

为相同碾压遍数，不同细颗粒含量和加水量条件下沉降量变化曲线如图5。

图5 不同试样的沉降量关系曲线

由图5可知：

（1）同一加水量时，随细颗粒含量增加，沉降量明显增大。加水量5%，10%，15%时，2#试样较1#试样沉降量分别增大18.75%，21.74%，27.54%；3#试样较2#试样沉降量分别增大25.0%，28.57%，35.23%。

（2）不同细颗粒含量时，随加水量增加，沉降量变化趋势明显不同。加水量由5%增加到10%时，1#，2#，3#试样沉降量分别增大7.81%，10.53%，13.68%；加水量由10%增加到15%时，1#，2#，3#试样沉降量分别增大0.0%，4.76%，10.19%。

由此说明，细颗粒含量少时，加水量对其压实沉降量影响并不明显，随细颗粒含量增多，沉降量明显加大，且细颗粒含量越多，含水量越高，沉降量越大。

3 结语

（1）细颗粒含量合适时，存最优加水量，加水过少，灰岩料不能充分润湿，压实效果较差；加水过多，在强振作用下，多余水量流失带走细颗粒料，反而影响压实效果。

（2）细颗粒含量对灰岩料压实效果影响明显，存在最佳值。含量过少，压实效果较差，既不经济也不利质量控制；含量过多，压实效果较好，但沉降量较大，孔隙率较低，不利坝体稳定和渗水。

（3）当填筑料细颗粒含量较少时，加水量对其压实效果的影响并不明显。