粘土心墻填筑、碾壓工藝試驗與施工參數確定

深圳市大鵬半島水源工程管理處 廣東深圳 518000

摘要：粘土心墻是以粘土作為土石壩中的防滲體，而以透水性較強的砂礫等材料作為壩殼，因而粘土心墻的填筑、碾壓質量對土石壩的防滲性能影響極為密切。由于各地區土料性質千差萬別，必須通過施工試驗，才能核實設計技術指標和確定施工工藝和參數。現場生產性碾壓試驗是了解填筑條件、確定壓實方法的必經途徑。通過碾壓試驗可以選擇壓實機械類型和型號，確定碾壓參數及相應的工藝措施[1]。因此，本文就相關內容進行了分析和探討。

關鍵詞：粘土心墻；碾壓試驗；施工參數

1 碾壓試驗方案設計與試驗方法

1.1 壓實參數

碾壓試驗的主要目的在于確定壓實參數，包括機械的和施工的兩方面的參數。機械參數就是壓實設備型號，按照《碾壓式土石壩施工規范》（DL/T 5129-2001）附錄B規定，可以由建設單位指定，也可以由施工單位根據施工經驗及可能取得的設備來選擇。施工參數包括鋪料厚度、碾壓遍數、行車速度、黏性土含水率、無黏性土及堆石加水量等。

1.2 試驗組合

試驗組合也就是安排不同試驗參數的組合方式，一般以經驗確定法、循環法、淘汰法和綜合法進行組合。淘汰法也稱之為逐步收斂法，是比較常用的方法。其組合方法見表1[2]。

1.3 場地選擇

試驗場地一般選在料場附近，先整平場地，再碾壓密實，然后鋪上一層試驗土料，并壓實至設計標準作為基層。場地應根據需要進行分區和分段。同時還應留出一定面積的非試驗區，作為停車和錯車的區域。場地周圍還應設置排水溝，以消除地基對滲透試驗結果的影響。場地大小可按照DL/T 5129-2001附錄B有關規定確定。

1.4 土料準備

試驗前應備足土料，其自然含水率應接近該土料標準擊實最優含水率，如果自然含水率與最優含水率差別較大，則應至少備齊3種含水率的土料，即高于最優含水率1%～2%的土料、低于最優含水率2%～3%的土料和最優含水率的土料。開采的土料還應篩分去除大顆粒。水分較高可通過翻曬降低水分，水平較低可通過灑水并翻勻提高水分。通過不同含水率土料摻配可得適宜水分的土料。土料運至試驗場地前應至少堆放1d以穩定水分。

1.5 參數選擇

一般根據相關工程經驗或參考類似工程資料，選擇試驗參數。如某工程中、重粉質壤土、粉質黏土，設備參數為：自行振動碾，碾重17t，振動頻率21.7Hz，振幅1.65mm，激振力315.8kN；施工參數：壓實層厚25mm，碾壓遍數6遍，干密度1.68～1.69g/cm3，壓實度≥100%。與該工程條件相近時就可以拿來參考。

1.6 碾壓試驗

土料鋪料有進占法和后退法兩種方式。黏性土料一般采用進占法，卸完料后車輛從剛鋪好的松土上開出，可避免過分碾壓；而礫石土料應采用后退法卸料，可減輕輪胎磨損。鋪料厚度一般為25～50cm，且誤差不超過5cm。應采用推土機粗平、人工精平的方式精確控制厚度。然后采用進退錯距法進行碾壓。根據碾壓設備類型選擇合適的行車速度，如振動凸碾行車速度可控制在2～3km/h。在這個過程中應觀測碾壓前后的沉降量，測試松土層厚度、壓實層厚度、土樣含水率、干密度和碾后級配等參數。取樣點距試驗塊邊線距離不應小于4m，每塊取樣數量不少于10個，復核試驗每塊取樣數量不少于30個。滲透系數試驗依方法不同可在現場試驗或取樣后實驗室測定。整個碾壓過程中應做好現場描述。復核試驗后還要取樣試驗壓實度、壓縮性、滲透系數、抗剪等項目。

1.7 成果整理

按照DL/T 5129-2001附錄B要求，對試驗資料進行整理，并繪制相關參數的關系曲線，最后得出試驗結論和提出相關建議。

2 粘土心墻填筑、碾壓工藝試驗方法應用

2.1 粘土心墻設計目標

洞梓水庫工程粘土心墻設計標準為滲透系數k≤1×10-5cm/s，最大干密度ρd≥1.60g/cm3，壓實度≥100%。

2.2 土料物理力學性質

土料粘粒含量46.8%，塑性指數（Ip）18.36，最大干密度1.60g/cm3，最優含水率23.0%，滲透系數4×10-6cm/s。

2.2 土料碾壓試驗方案

碾壓設備采用1臺反鏟、1臺推土機和1臺20t自行式振動平碾。試驗場地位于土料場內平地上，場地分為3區，每區有效面積為3m×7.5m，試驗區之間留有1m寬過渡帶。試驗鋪料厚度取30cm、40cm、50cm，碾壓遍數取6遍、8遍和10遍。土料含水量取22.8%～23.5%。3個區鋪土厚度分別為30cm、40cm、50cm，每個區分為三段，分別為碾壓6遍、8遍和10遍的取樣點。每一小段設3個試驗點，通過烘干法測定土料含水率，以環刀法測定密度。并設6個固定點，通過插釬和觀測高程計算松鋪厚度和壓實厚度。

2.3 試驗流程

反鏟立面挖土→進占法卸料→推土機平料→測量松鋪厚度→靜壓2遍→振壓6遍、8遍和10遍→測量沉降量→檢測壓實度（環刀法）。

2.4 成果分析

試驗結果見表2及圖1～3。可見：（1）碾壓遍數與干密度的關系。如圖1，碾壓8遍干密度最大，同時鋪土厚度40cm干密度要比30cm和50cm更高。（2）鋪土厚度與壓實度的關系。如圖2，對于碾壓6遍和8遍，鋪土厚度40cm時壓實度最高，而對于碾壓10遍，鋪土厚度30cm時壓實度最高。（3）含水率與壓實度關系。如圖3，箭頭指示碾壓6遍→8遍→10遍。可見，對于鋪土厚度30cm隨含水率接近最優含水率和碾壓遍數增加，壓實度隨之提高；而鋪土厚度40cm、50cm含水率超過最優含水率，碾壓8遍壓實度最高。

通過以上分析，施工參數應選擇為：鋪土厚度40cm，靜壓碾2遍，振動碾壓8遍，含水率控制在23.0%～23.4%。

3 結語

碾壓試驗雖為施工提供了基礎施工參數，但施工時還應注意以下問題：一是施工填筑、碾壓應連續進行，為了確保快速碾壓和快速檢測，建議采用核子密度計；二是在炎熱天氣應保證倉面濕度，建議在已碾壓面繼續鋪料前適當噴濕；三是停歇較長時間繼續鋪料時，應翻松土層，重新碾壓和檢測。

參考文獻：

[1]任高強，劉曉博.瀘定水電站粘土心墻堆石壩壓實質量控制探討[J].四川水利，2013，（4）：56-58.

[2]《水利水電工程施工手冊》編委會.水利水電工程施工手冊 土石方工程[M].2版.北京：中國電力出版社，2002.