高塑性土碾壓工藝試驗(yàn)分析研究

□高 萌（河南省水利第二工程局）

1.工程概況

賈寨溝排水倒虹吸工程位于河南省鄭州市管城區(qū)十八里河鄉(xiāng)賈寨村北約250m處，是南水北調(diào)中線工程總干渠與賈寨溝的交叉建筑物。

賈寨溝排水倒虹吸工程主要由進(jìn)口段、管身段、出口段等部分組成，總長(zhǎng)215.50m。其中進(jìn)口段長(zhǎng)41.00m，管身段長(zhǎng)117 m，出口段長(zhǎng)57.50m。按設(shè)計(jì)要求，高塑性土：回填部位為管頂以上及截滲齒墻箱涵周邊。高塑性土：要求填土液限WL>35%，塑性指數(shù)IP=15～20，壓實(shí)度≥1.0。

2.高塑性土回填試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

施工圖紙、土工擊實(shí)試驗(yàn)報(bào)告、《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999、《堤防工程施工規(guī)范》SL260-98、施工組織設(shè)計(jì)、招投標(biāo)文件。

2.2 回填土料檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)報(bào)告顯示，所選土料的液限39.2%，塑限19.7%，塑性指數(shù)19.5，擊實(shí)最大干密度1.67g/cm3，最優(yōu)含水率18.2%。滿足設(shè)計(jì)對(duì)回填土料的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求：WL>35%，IP=15～20。

按照設(shè)計(jì)壓實(shí)度≥1.0的要求，回填施工中高塑性土回填干密度控制值為≥1.67g/cm3，土料控制含水率控制范圍為16.2%～21.2%。

2.3 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇及整理

試驗(yàn)場(chǎng)地選在賈寨溝排水倒虹吸右側(cè)臺(tái)地上。試驗(yàn)前，首先用推土機(jī)推平整理出一塊35m×25m的矩形場(chǎng)區(qū)，再用振動(dòng)凸塊碾將平整后的場(chǎng)地基層碾壓密實(shí)，最后把試驗(yàn)場(chǎng)地劃分為3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)20m，寬10m。

2.4 試驗(yàn)組合設(shè)定

回填工藝試驗(yàn)為機(jī)械碾壓工藝試驗(yàn)，按“鋪土厚度、壓實(shí)遍數(shù)、含水率”的不同分別設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，再依次按同一鋪土厚度、同一碾壓遍數(shù)進(jìn)行組合開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

機(jī)械壓實(shí)試驗(yàn)參數(shù)：鋪土厚度（30cm、35cm）、碾壓遍數(shù)（6遍、8遍、10遍）、含水率（16.2%～17.8%、17.9%～19.5%、19.6%～21.2%）。

2.5 試驗(yàn)機(jī)具選定

試驗(yàn)機(jī)具選定為自行式凸塊振動(dòng)碾（20T）。

2.6 高塑性土碾壓試驗(yàn)

在試驗(yàn)區(qū)先鋪一層30cm厚高塑性土，分別碾壓6、8、10遍，每一碾壓組合各取樣6組，用環(huán)刀法測(cè)定干密度。再鋪高塑性土35cm分別碾壓6、8、10遍的組合，每碾壓組合均取樣12個(gè)，測(cè)定干密度。共取樣216個(gè)。

經(jīng)采集數(shù)據(jù)，整理、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算所測(cè)試樣的含水率及干密度如表1和圖1：

表1 鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、干密度、含水率變化表

圖1 干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線表圖

從表1與圖1中可看出，鋪土厚度為30cm、35cm，碾壓遍數(shù)為8遍的壓實(shí)效果較好，均能滿足壓實(shí)度>1.0的要求。

2.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，從中匯總出表2。

從表2中可看出：鋪土30cm厚和35㎝厚碾壓8遍的試驗(yàn)組所測(cè)得干密度達(dá)到1.67g/cm3及以上的頻率100%，能滿足回填要求。

2.8 確定最優(yōu)組合

分析、比較以上2組效果較好的試驗(yàn)所測(cè)干密度數(shù)據(jù)分布頻率可得出結(jié)論。

表2 碾壓試驗(yàn)各個(gè)試驗(yàn)組合干密度分布頻率表

鋪土30cm厚碾壓8遍組合和鋪土35cm厚碾壓8遍組合，均能滿足回填干密度要求，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，應(yīng)選擇鋪土35 cm、碾壓8遍組合作為高塑性土回填組合。

3.現(xiàn)場(chǎng)描述

現(xiàn)場(chǎng)觀察碾壓試驗(yàn)情況，無(wú)彈簧、無(wú)涌土、無(wú)光面、無(wú)表面龜裂現(xiàn)象、無(wú)剪切破壞現(xiàn)象；采用水準(zhǔn)儀嚴(yán)格控制鋪土厚度。

經(jīng)檢查上、下層土層結(jié)合良好，無(wú)明顯分層現(xiàn)象。

4.復(fù)核試驗(yàn)

通過(guò)以上碾壓試驗(yàn)，初步確定適宜的施工參數(shù)為：

鋪土厚度35cm,碾壓遍數(shù)8遍，含水率控制范圍16.2%～21.2%。然后按此參數(shù)進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)。

碾壓復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)共取樣12個(gè)，含水率范圍16.7%～21.0%，干密度范圍1.67g/cm3～1.69g/cm3，合格率100%。

5.碾壓試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)以上碾壓試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

一、在使用凸塊振動(dòng)碾的施工條件下，鋪土厚度為35㎝，碾壓遍數(shù)為8遍，最優(yōu)含水率18.2%，施工時(shí)土料含水率宜控制在16.2%～21.2%范圍內(nèi)，行進(jìn)速度控制在慢速1檔（2km/h）,能滿足設(shè)計(jì)、施工要求。

二、通過(guò)挖坑觀察,壓實(shí)層底部結(jié)合層處無(wú)虛土，碾壓后的土體均勻密實(shí)，無(wú)原狀土塊。可見由于該土料天然干密度小，結(jié)構(gòu)疏松易碎，在施工中經(jīng)過(guò)挖裝、攤鋪、推平，土塊最大粒徑已<15 cm，況且使用的壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)功大，所以回填施工中，在控制含水率范圍內(nèi)的土料無(wú)需限制粒徑，壓實(shí)質(zhì)量也能滿足設(shè)計(jì)要求。

三、碾壓時(shí)無(wú)碾壓粘碾現(xiàn)象，在含水率控制范圍內(nèi)碾壓8遍，無(wú)彈簧土、涌土和表面龜裂，壓實(shí)時(shí)無(wú)剪力破壞現(xiàn)象，下層結(jié)合良好。

6.結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)土方填筑工程中，碾壓工藝試驗(yàn)對(duì)填筑質(zhì)量起著決定性作用。一個(gè)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、合理的土方碾壓工藝試驗(yàn)，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠有效指導(dǎo)施工，既保證了填筑工程的質(zhì)量，又能有效降低施工成本。

[1]水利部淮河水利委員會(huì).堤防工程施工規(guī)范（S）.中國(guó)水利水電出版社.1998（11）.

[1]南京水利科學(xué)研究院.土工試驗(yàn)規(guī)程（S）.中國(guó)水利水電出版社.1999（4）.