長岡灌區渠道工程土料填筑碾壓試驗分析

殷束平

(江西省建洪工程監理咨詢有限公司，南昌 330001)

1 工程概況

長岡灌區位于江西省贛州市興國縣城東南部，東側為園嶺林場，西側為興昌公路至高興鎮的文溪橋下游與氵歲水匯合，南終止埠頭鄉旺口村的壬午山附近，灌區東西長6.3km，南北寬 23.25km，是一座以長岡大(2)型水庫為骨干水源點的中型蓄引灌溉工程。灌區設計灌溉面積3400hm2，灌區由總干渠、左干渠、右干渠三條干渠及96條支渠等組成。總干渠施工樁號為 K總0+000-K總0+006、K總0+080-K總3+165、K總3+175-K總4+005段，總干渠明渠防滲襯砌總長3.921km。

碾壓是灌區渠道填筑施工的關鍵性工序，合理的碾壓參數是壓實質量的保證，灌區總干渠填筑料取自所在標段土方開挖利用料以及取土場外運料，填料類別多，巖性特征復雜。在開始填筑施工前，必須根據《土石筑壩材料碾壓試驗規程》(NB/T 35016-2013)在現場進行填筑碾壓試驗，以確定各類土料填筑碾壓施工參數，保證渠道土料填筑施工質量。

2 碾壓試驗方案

2.1 試驗內容

1)對粗砂碎石墊層料、過渡料等料層按照40cm厚度，加水量為10%，分別進行6、8、10及12遍的碾壓試驗后測試干密度、孔隙率、砂石級配及壓實沉降，并根據試驗結果選擇最佳的碾壓遍數。若所得干密度無法滿足設計要求，則應再按照30cm厚度實施碾壓試驗，碾壓相同遍數后檢測砂石級配、干密度及壓實沉降等參數取值，并選擇最佳碾壓遍數。直至該墊層干密度達到設計要求。

2)對于主土石區料應按照設計厚度80cm，加水量為10%和20%，分別進行8、10及12遍碾壓試驗后檢測砂石級配、壓實沉降及干密度等參數取值，并選擇最佳的碾壓遍數。若所測得的干密度與孔隙率無法達到設計要求，則應在其他試驗條件不變的情況下按照100cm和120cm填料厚度再次對鋪料實施碾壓試驗，并再次檢測各項參數結果，選擇最佳的碾壓遍數。

3)對于次土石區料，按照80cm鋪料厚度及自然含水量分別進行8、10、12遍的碾壓，此后檢測土料壓實沉降、壓實度、滲透系數及干密度等參數值，選擇最佳的碾壓遍數。若所測得的干密度與孔隙率無法達到設計要求，則應在其他試驗條件不變的情況下按照100cm和120cm填料厚度再次對鋪料實施碾壓試驗，并再次檢測各項參數結果，選擇最佳的碾壓遍數。

2.2 碾壓設備

考慮到該灌區填筑材料類型，為達到低孔隙率及高密度的碾壓效果，并減小渠道結構變形，應當在SD175D型22t自行式振動碾以和YZT-18型22t拖式振動碾兩種碾壓機具中進行選擇。兩種碾壓機具性能參數均滿足碾壓施工要求，而拖式振動碾因碾輥重量大、激振力大的原因，其實際碾壓效果略好于自行式振動碾，故該灌區渠道土料碾壓采用碾壓效果更好的YZT-18型22t拖式振動碾[1]。

使用振動碾碾壓壩料后會產生不同程度的破碎，壩料破碎程度是否影響壩料級配也必須進行專門分析。結果表明，壩料經過振動碾碾壓后粒徑5mm以下的細粒含量增加，但并不影響級配曲線，主要原因在于在碾壓機具確定的基礎上，碾壓遍數、碾壓厚度及加水量等碾壓參數的選取較為合理。

2.3 松浦厚度的測量

通過推土機將各類填料推平后測量鋪料厚度，并將厚度誤差控制在0-5mm范圍內，對于超出該誤差范圍的填筑區域，必須二次推平。處理后該灌區渠道主土石區料和次土石區料鋪填厚度達到設計值80cm，若碾壓質量檢測結果不達標，則應將其填鋪厚度調整為100cm和120cm并再次進行碾壓試驗；粗砂碎石墊層料、過渡料等料層鋪料厚度均應達到40cm，若碾壓質量不符，則應調整為30cm。

3 碾壓參數的比選

3.1 墊層料碾壓參數

結合碾壓方案設計及類似工程碾壓試驗結果，墊層料壓實厚度在40cm且碾壓遍數分別為6、8、10及12遍，加水量分別為0%、5%及10%時的試驗成果見表1。

表1 墊層料碾壓試驗結果

根據碾壓試驗結果，當墊層料填鋪厚度為40cm且加水量不變的情況下，隨著碾壓密度及加水量的增大，墊層料干密度隨之提高。根據干密度試驗值，加水量為8%且碾壓遍數為8遍時，填料干密度均值便能達到設計要求，但是個別試驗值離差較大，為此，在施工過程中將干密度值控制在2.23g/cm3的設計值便存在一定難度。結合試坑試驗結果，粗細料密實度良好，且不存在架空，表明碾壓試驗取得了較好的效果[2]。為此可以判斷出墊層料內細粒含量整體偏低是造成干密度小的主要原因，故將墊層料干密度控制在2.20g/cm3及以上，碾壓遍數確定為8遍，加水量取5%，鋪料厚度40cm，碾壓速度2.5-3.0km/h，振動碾振頻26.5-28.1Hz，振幅1.3mm，孔隙率≤17%，并通過后退法上料[3]。冬季加水量為0%，碾壓遍數8-10遍，干密度在2.15-2.18g/cm3之間，孔隙率在17.8%-19.05%之間，其余碾壓參數取值不變。

3.2 過渡料碾壓參數選擇

該灌區渠道壩體過渡料鋪料厚度應與墊層料相同，碾壓遍數在8、10及12遍之間選擇，加水量分別為0%、5%及10%時的試驗成果見表2。

表2 過渡料碾壓試驗結果

根據以上試驗結果，當鋪料厚度為40cm且加水量不變的情況下隨著碾壓遍數的增大，過渡料的干密度也隨之提高，且在任何加水量水平下碾壓遍數為8遍和10遍均能達到設計要求；其余條件不變時，隨加水量的增大，干密度隨之提高，但是當加水量達到10%后干密度的增大趨勢已不再明顯，說明加水過多并不會導致干密度持續增大。為此，該灌區渠道壩體過渡料鋪料厚度應按40cm確定，碾壓遍數選8遍，加水量5%，振動碾碾壓速度2.5-3.0km/h，振頻26.5-28.0Hz，振幅1.3mm，干密度≥2.17g/cm3，孔隙率不超出18.1%，同樣采用后退法上料。

3.3 主土石區料碾壓參數

灌區渠道土方填筑主土石區填料主要按照80cm、100cm和120cm三種碾壓厚度及分別對應6、8、10遍的碾壓遍數進行試驗，加水量分別為0%、15%及20%。根據試驗結果，碾壓遍數相同的情況下碾壓厚度80cm的壓實效果最佳；而碾壓層厚度相同時壓實遍數10遍對應的碾壓效果最好。碾壓試驗結果基本符合隨碾壓層厚度及隨碾壓遍數的增大，干密度降低的變動規律。碾壓層厚度80cm、碾壓遍數8遍、干密度均值2.20g/cm3、孔隙率18.4%的壓實效果符合設計要求。根據現場試坑剖面觀察結果，加水后表面存在積水，停止加水后積水緩慢入滲且入滲深度僅為30-40cm，基本不存在分離架空現象；碾壓后表面所形成的細粒層透水性差，針對該區域巖性特征，干密度及孔隙率并不水加水量的改變而發生較大變化，故施工時應不加水或按5%加少量水。

3.4 次土石區料碾壓參數

灌區渠道次土石區料主要為弱風化云母片巖和強風化花崗巖，料源及巖性特征較為復雜且級配分布不規律，碾壓試驗過程中，鋪料厚度及碾壓遍數按照主土石區料確定，即鋪料厚度采用80cm、100cm和120cm三種，分別對應6、8、10遍的碾壓遍數。試驗成果顯示，隨著碾壓遍數的增大，次土石區料干密度增加量在0.055-0.142g/cm3之間；碾壓遍數相同時，干密度隨著鋪料厚度的增大的減少量在0.045-0.057g/cm3之間；但是當鋪料厚度取80cm時，即使碾壓遍數取最大的10遍，干密度也只能達到2.21g/cm3，與設計值2.28g/cm3還存在一定差距。根據現場試坑剖面觀察結果，約60%的試坑因粗細料分布不均而存在架空現象，這也說明鋪料巖性復雜、級配不連續、粗細集料分離等是造成次土石區料干密度偏低的主要原因。在鋪料厚度及碾壓遍數均不變的情況下，若加水量在10%以下，則隨加水量的增大干密度值呈升高趨勢，而若加水量在10%以上，隨加水量的增大干密度值下降。為此應將次土石區料加水量控制在10%以下，鋪料厚度取80cm，碾壓遍數為8遍。

4 結 論

通過對長岡灌區渠道工程土料填料碾壓試過程及結果的分析發現，該灌區渠道填筑砂礫石料在開挖過程中級配變化不大，但是由于料源地質條件、開挖及堆存方法等方面的差異，導致砂礫石土石料巖性特征和級配與原設計指標發生偏離。經過對墊層料、過渡料、主土石區料、次土石區料碾壓試驗，為渠道土料填筑施工提供了合理的控制指標，且試驗結果證明所確定的控制指標取值合理，符合渠道填筑施工特性，碾壓試驗結果合理可靠。