南水北调工程南阳试验段土工格栅填土试验方案

2010-06-14王为然河南省水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2010年6期

□汪明 □王为然（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□李红炉（河南省水利第二工程局）

一、工程概况

南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段（南阳段）工程，位于南水北调中线工程总干渠陶岔～沙河南段南阳市境内，起点位于南阳市卧龙岗靳岗乡孙庄东，桩号100+500，终点位于南阳市卧龙区靳岗乡武庄西南，桩号102+550，渠段全长2.05km。渠段设计流量340m3/s，加大流量410m3/s。

二、土工格栅填土碾压试验内容

选用70HDPE型土工格栅（数量约1350m2），每50cm铺一层；试验土料使用中膨胀土和弱膨胀土，用量约162m3。本试验包括碎土施工工艺（碎土机碎土、人工碎土，每组碎土10m3）试验，铺土厚度（30、50cm）选择试验，碾压遍数（4、6、8遍）选择试验，土料含水率（最优含水率+1%、最优含水率+2%）选择和最优碾压参数组合的复核试验。

为防止试验铺料时对土工格栅的破坏，在进行土工格栅填土的各项试验中均采用进占法铺料，或者采用人工法铺料。

三、碾压试验

（一）碎土施工工艺试验

1.试验目的：南阳土料粘粒含量较大，为保证试验成果的准确性和碾压的质量，要求对试验采用碎土机碎过的土料（破碎后的土料粒径≤10cm，＞5mm粒径的颗粒含量≤50%）。

2.碎土机碎土：分别备足10m3的中、弱膨胀土，采用碎土机进行粉碎，然后进行筛分试验，测定土体各种粒径组分。

3.人工碎土：分别备足10m3的中、弱膨胀土，由人工利用耙子、木槌和铁锨进行粉碎，然后进行筛分试验，测定土体各种粒径组分。

4.检测：碎土完成后，采用筛分法检测＞10、5、0.5cm粒径的颗粒含量。

5.选择：通过以上两项试验及其检测结果，根据以下几个方面，选择机械碎土。试验所使用机械设备的型号及施工工效；试验的施工工艺、工程单价；碎土质量检测资料。

（二）铺土厚度选择

1.工艺选择：采用上述试验所确定的“最佳碎土工艺”制备试验所需土料（中、弱膨胀土）。使用20T振动平碾按照规定的碾压遍数（6遍）对不同铺填厚度（30cm、50cm）的最优含水率的试验土料（土工格栅+中/弱膨胀土）进行碾压试验。

2.试验场次：Ⅲ-1-①、Ⅲ-1-②、Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④

图1 铺土厚度选择试验场次横向布置图

3.试验步骤

（1）铺料：在Ⅲ-1-①和Ⅲ-1-②试验块区，分别在土工格栅上铺填厚度为30cm和50cm的中膨胀土；在Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④试验块区，分别在土工格栅上铺填厚度为50cm和30cm的弱膨胀土。

（2）碾压：使用20T振动平碾在Ⅲ-1-①、Ⅲ-1-②、Ⅲ-1-③和Ⅲ-1-④试验块区上按选定遍数（6遍）进行碾压。

（3）检测：方格网观测试验层碾压后的沉降；分别在四个试验块区取土样12组，并检测填土干密度。

4.试验报告

试验检测结束后，对试验数据进行初步整理和分析，确定最佳铺土厚度。

（三）碾压遍数选择

1.工艺选择：采用选定的“最佳碎土工艺”制备试验所需土料，按照上述试验所确定的“最佳厚度”将最优含水率的土料（土工格栅+弱膨胀土）铺填在相应的试验场区上，并使用20T振动平碾进行不同遍数（4遍、6遍、8遍）的碾压，根据试验数据确定最佳碾压遍数。

2.试验场次：Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③

图2 碾压遍数选择试验场次横向布置图

3.试验步骤

（1）铺料：在Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③试验块区，按最佳厚度分别在土工格栅上铺填中膨胀土。

（2）碾压：使用20T振动平碾分别在Ⅲ-2-①、Ⅲ-2-②和Ⅲ-2-③试验块区上碾压4、6、8遍。

（3）检测：布置方格网观测试验层碾压后的沉降；分别在三个试验块区各取土样12组，并检测填土干密度。

4.试验报告

试验检测结束后，对试验数据进行初步整理和分析确定最佳碾压遍数。

（四）“土工格栅+弱膨胀土”碾压遍数选择

土工格栅+弱膨胀土碾压遍数选择试验场次布置在Ⅲ-3-①、Ⅲ-3-②和Ⅲ-2-④试验块区上（如下图），其它内容同土工格栅+中膨胀土碾压遍数选择试验。

图3 碾压遍数选择试验场次横向布置图

（五）土料含水率选择

1.按照确定的“最佳厚度”，在土工格栅上铺设经选定碎土工艺制备的不同含水率的中/弱膨胀土料，采用20T振动平碾对铺设土料按确定的“最佳遍数”分别进行碾压。根据试验数据确定两种土料的最佳含水率。

2.试验场次：Ⅲ-4-①、Ⅲ-4-②、Ⅲ-3-③和Ⅲ-3-④

图4 土料含水率选择试验场次横向布置图

（2）碾压：使用20T振动平碾分别在各试验块区上按确定的“最佳遍数”进行碾压。

（3）检测：布置方格网观测试验层碾压后的沉降；分别在四个试验块区各取土样12组，并检测填土干密度及含水率。

（4）试验报告：试验检测结束后，对试验数据进行初步整理和分析，确定含水量参数。

3.试验步骤

（1）铺料：采用“最佳碎土工艺”制备土料，按“最佳厚度”在Ⅲ-4-①和Ⅲ-4-②试验块上分别铺填含水量为最优含水率+1%和最优含水率+2%的土工格栅+中膨胀土；在Ⅲ-3-③和Ⅲ-3-④试验块上分别铺填含水量为最优含水率+1%和最优含水率+2%的土工格栅+弱膨胀土。

四、碾压试验复核

（一）复核试验参数

经过上述三项试验（铺土厚度、碾压遍数及含水率选择），确定了土工格栅填土的三项碾压参数“最佳厚度、最佳遍数、最佳含水率”。此次复核试验是按照选定的“最佳碎土工艺”制备土料，使用20T振动平碾对“最佳厚度、最佳含水率”的土工格栅填土按“最佳遍数”进行一次碾压试验，根据试验数据复核两种土料（土工格栅+中膨胀土、土工格栅+弱膨胀土）的最优碾压参数组合。