輕型擊實試驗指導水利工程細粒土碾壓的適用性

袁文華

（湖南華意項目管理有限公司，湖南衡陽 421001）

0 引言

在水利工程施工工作開展的過程中，需要充分考慮到土壤條件可能產生的影響。針對粘性圖進行碾壓時會較多的運用到大型的碾壓器設備，這類碾壓器設備產生的碾壓重量較大，我們需要科學合理的開展輕型擊實試驗，為水利工程細粒土碾壓適用性的提升提供有效的參考依據。

1 案例工程情況介紹

在本次研究中，我們選取的案例工程來自于某地區一座規模較大的防洪控制工程，該水庫的總體容量超過了12 億m3，在正常情況下，水庫的蓄水位高度達到了88m，死水位的高度控制在84m，洪水位則設置在95m，處在汛期的水位應當控制在86m。該水利工程中所構建的大巴屬于混合壩，在設置一段普通土壩的基礎之上，還增設了一段穩定性較強的混凝土壩，大壩的總體長度為3.98km，土壩的長度約為3.42km，混合土壩的長度約為0.56km。土壩采取的是粘土心墻砂殼形式，寬度約為4.2m，邊坡比為2:1，大壩的上游采取的是混凝土連鎖塊護砌的形式，大壩的下游采取的則是混凝土預制塊護砌。為了充分保障整體結構的安全性和穩定性，對大壩粘土心墻的壓實度提出了較高的要求，其質量應當控制在99%之上。

2 粘土心墻碾壓施工過程中存在的壓實度問題

在案例工程中，針對土壩段粘土心墻的填筑施工，我們運用到的主要原料為粉質粘土。勘測工作開展的過程中提取土樣，用于開展輕型擊試驗，將最大的干密度控制在1.65g/cm3以上，含水率則需要控制在16%～20%這一范圍內。在試驗前的復核階段，我們獲取到了與該工程相關的數據信息，最大的干密度約為1.70g/cm3，最大的含水率為18.3%，均在標準范圍內。

之所以要開展碾壓實驗，一個最主要的目的就是為了獲取有關于土層厚度、壓實方法以及碾壓頻率等相關的參數信息，同時對于壓實機所具備的性能進行檢測。在施工范圍內，選擇了多個試驗區域，這幾個試驗區域的含水率各不相同，分別為16.4%、18.3%以及21.5%，試驗區域的鋪土厚度分別為30cm、35cm 以及40cm，碾壓的次數分別為4 次、6 次以及8 次，為了充分保障獲取到的數據信息的真實性和可靠性，我們將不同的土層厚度、壓實方法以及碾壓頻率進行了隨機搭配，共計產生了27 個試驗小組，在每個試驗小組中提取五份樣品，共計獲取到135 分樣品。以不同鋪土厚度為主要的參考依據，調節試驗區的含水率，反復進行碾壓，得出有效的試驗數據。①當鋪土厚度為30cm 時，碾壓4 次，無論含水率高低，試驗區的干密度不會發生變化；輾壓6次。無論含水率的高低，試驗區的干密度不會發生變化；碾壓8次，無論含水率的高低，試驗區的干密度不會發生變化。但總體來說，碾壓4 次時的合格率較低，而碾壓6 次和碾壓8 次時合格率能夠達到百分之百；②當鋪土的厚度為35cm 時，當含水率為16.4%時，碾壓4 次的干密度為1.65，碾壓6 次的干密度為1.70，碾壓8 次的干密度為1.71；當含水率為18.3%時，碾壓4 次的干密度為1.68，碾壓6 次的干密度為1.71，碾壓8 次的干密度為1.72；當含水率為21.5%時，碾壓四次的干密度為1.63，碾壓6 次的干密度為1.70，碾壓8 次的干密度為1.70；③當鋪土的厚度為40cm 時，當含水率為16.4%時，碾壓4 次的干密度為1.63，碾壓6 次的干密度為1.69，碾壓8 次的干密度為1.70；當含水率為18.3%時，碾壓4 次的干密度為1.66，碾壓6 次的干密度為1.69，碾壓8 次的干密度為1.71；當含水率為21.5%時，碾壓四次的干密度為1.64，碾壓6 次的干密度為1.68，碾壓8 次的干密度為1.70。

在施工過程中，我們所獲取的壓實度超百組數共計135 組，占檢測總數的7.6%。在此基礎之上，提出以下幾點問題，在開展粘土心墻細粒土碾壓施工工作的過程中，導致超百問題出現的原因是什么？輕型擊實試驗是否應當被適用于水利工程細粒土現場碾壓工作開展的過程中？

3 細粒土擊實試驗

采用擊實試驗的方式研究細粒土的壓實性能，我們將研究的目標確定為明確細粒土的含水率、了解細粒土的擊實功、掌握干密度，同時明確這三者之間存在的內在聯系。

3.1 含水率計算

通過實驗我們可以發現，細粒土的含水率情況會在很大程度上受到吸力土自身的性質的影響。當處在最優含水率時，土壤中的水分相對較為適宜，細粒土之間產生的阻力較弱，進行擊實處理也更加便捷，土壤中的顆粒能夠緊密連結，最終達到最大的干密度。如果細粒土中的含水量遠超于最優的含水率，細粒土內部會形成水膜，新歷土之間產生的阻力會逐步減小，土顆粒之間潛藏的水分難以被及時排除，土壤中的孔隙較大，在進行碾壓時需要嚴格控制孔隙之間的壓力，才能產生更為突出的擊實性能。土層中的含水率較高必將影響最終的壓實干密度，細粒土較為分散，可塑性能較為突出，更容易出現變形。反之，如果含水率明顯低于最優含水率，那么在細粒土層中間所形成的水膜則較薄，細粒土之間產生的阻力較大，此時土壤的凝聚性能較差，細粒土的可塑性較小，強度較為突出，在潮濕的環境下極易出現沉降問題，容易導致大壩出現裂縫或坍塌。

總體來說，在現代水利工程施工開展的過程中，通過壓實細粒土有助于強化土壤結構，而擊實試驗的開展則有助于核算出更加可靠的含水率。

3.2 合理功選擇

在默認為細粒土的含水率不變的情況下，采取較小的擊實功逐步進行擊實，擊實功增大也會導致土的干密度的增大，但這一上升趨勢達到特定階段時，即便我們仍舊保持著持續增大擊實功的方式，土的干密度條件也不會發生大規模的變化，此時，我們便可以將這一特定階段視為臨界點。用處在臨界點時的擊實功的大小進行擊實處理能夠取得較為突出的效果。如果選擇運用超過臨界點的擊實功施加荷載力，則無法達到這一效果。適宜的擊實功能夠發揮指導現代水利工程細粒土碾壓工作開展的作用。

3.3 碾壓試驗

在進行碾壓試驗時，我們往往會運用到振動凸塊碾，在設置好相應的壓實參數之后，在合理功的作用下，產生適當的壓實參數，能夠達到完成碾壓試驗的目的，取得較為突出的壓實成果。在現場碾壓試驗工作開展的過程中，我們需要充分考慮到不同類型的壓實器具的適應性，調整攤鋪厚度和碾壓的頻率，實現對于細粒土合理功的調整。除此之外，我們還需要重點關注一下幾方面的問題。首先是壓實器具的選擇，許多研究人員在選擇碾壓器具的過程中往往存在一定的誤區，那就是重型的碾壓器具能夠達到重型擊實的效果，但事實上，過重的碾壓器具反而會破壞土體，影響后續的試驗。另外，在控制碾壓頻率的過程中，碾壓的次數不可過少，以便避免漏碾現象的出現。其次，在正品的調整方面，應當充分結合共振物理原理，有針對性的改變激振的頻率，以便取得更加優質的壓實效果。最后，在政府的控制方面，如果試驗區域的黏土層相對較薄，則應當適當的壓低振幅。除此之外，針對粘性土的碾壓速率應當控制在一定范圍內，避免削弱能夠產生的碾壓效果。

3.4 導致壓實度超百問題出現的原因

在我國的許多地區，當地的自然條件較多的受到時間的推移以及周邊環境的變化所帶來的影響，無論是土層還是巖石圈層的性質都較為復雜，自然界中的土層的組成結構存在著明顯的差異，但基本的構造形式卻大致相同。土層具備突出的指標離散特性，我們不能以特定區域的土層情況來替代其他區域的土層情況，應當有針對性的了解不同類型的土樣的物理性能，結合水利工程開展的具體條件以及當地的地質條件，獲取更加可靠的信息。根據研究過程中所獲取到的土樣數據，如果確保粘土心墻土方填筑碾壓能夠達到標準，那么壓實度的比值必然會達到99%以上，因此這種超百現象是有著一定的合理性的。

4 總結

綜上所述，細粒土現場碾壓試驗工作的開展有助于我們計算出最優的含水率，從而為后續施工工作的開展提供有效的參考依據。如果采取超過合理功的擊實功進行擊實處理，則產生的擊實效果會受到一定的影響。細粒土現場碾壓試驗工作的開展能夠幫助我們獲得精準可靠的參數，通過采取施工碾壓的方法，達到良好的壓實效果。重型碾壓器具的應用應當更多的考慮年壓的頻率和壓實層的厚度，從而有效提高生產工作的開展效率，盡可能的不對于區域內原有的土體結構造成破壞。除此之外，盡管我們要求將壓實度控制在不小于99%的情況下，但偶爾出現的超百現象也是有其合理性原因的，這與其指標的離散性有著直接的關系。在未來的發展過程中，我們可以靈活運用輕型擊實試驗的形式，指導現代水利工程細粒土碾壓工作的開展，從而為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻一份力量。