粗颗粒土填筑标准的确定方法及应用

(新疆北方建设集团有限公司， 新疆 奎屯 833200)

粗颗粒土填筑标准的确定方法及应用

蔺静

(新疆北方建设集团有限公司， 新疆 奎屯 833200)

近些年来，堤防工程多采用砂砾料作为填筑材料进行筑堤。堤防的压实对填筑土料的均匀性和密实度有着很高的要求，如何使填筑料满足堤防的抗滑性、抗渗性、抗剪强度以及抗压缩性，都需要进行科学的试验来进行确定，这对堤防堤身填筑工程的安全至关重要。本文以某工程为例，对堤防填筑施工前的碾压试验的内容、要求、方法以及对结论的分析进行了详细的论述，供同类工程参考。

堤防； 砂砾料； 填筑； 碾压； 试验

1 引 言

水利工程中，堤防工程是重要的抵御洪水的重要措施之一。堤防工程施工的好坏直接决定了工程的安全问题。因此，在堤防工程中堤身填筑前，都需要进行碾压试验，用以确定合理的砂砾料的摊铺厚度、碾压变数、方向等参数。本文以某工程为例，对堤防填筑(砂砾料填筑材料)的碾压试验过程进行详细的论述，分析了检测的过程以及控制的方法。

2 砂砾石土料碾压特性的最主要影响因素

砂砾石土料碾压特性的最主要影响因素为颗粒级配与土料颗粒自身性质两个内在因素。作为反映颗粒组成与土体性质的重要指标，粗粒料含量(粒径d>5mm)在砂砾石料的压实过程中存在最佳值，即随着粗粒料含量的不断提升，干密度也随之增加，当粗粒料含量达到某一值时，干密度提升至最大值。在达到最大值后，干密度与粗粒料含量间变为反比关系。出现这种变化的原因是，粗粒料随着自身含量的不断增加会形成骨架，若此时细粒料填充其中，干密度会不断增加。在粗粒料含量达到最佳值时，粗粒料骨架全面形成，骨架间隙由细粒料填满，干密度此时也达到最大值。此后，粗粒料含量进一步提升，骨架孔隙不能被细粒料全部填满，填料开始呈现出架空状态，干密度也因此降低。

3 粗颗粒土填筑标准及方法

超大径粗粒料的最大干密度的确定是填筑标准需要解决的关键问题，由于粗粒料填筑密度的变化规律以及主要影响因素已经非常清晰，所以理论研究界提出了许多关于填筑标准中确定超大径粗粒料最大干密度的确认方法。

a.曹杜堂的超大径粗粒料最大干密度确认的近似方法：

其中，ρdmax、ρdmin分别代表模拟级配料干密度的最大、最小值，即通过振动法对ρdmax进行测定，ρdmin通过人工松填法测得。

b.杜延龄的全料干密度算法：

ρd=Dρdmax(P5)

式中D——压实度，需根据实际工程中的设计规范进行针对性选择；

ρdmax(P5)——全料干密度的最大值，随粗粒含量P5的变化而发生改变。

该方法的不足之处在于，未对最大干密度受最大粒径的影响加以考虑。

c.田树玉的极限干密度算法：

ρdl=Gs×ρw×P5%+ρds(100-P5)%

式中ρds——细料干密度最大值；

P5——砾石(>5mm)含量；

Gs——砾石比重；

ρw——水密度。

d.陈冬久、廖朝雄的干密度计算方法(该算法基于某拦河坝宽级配心墙土料填筑压实控制工作)：

若土样颗粒直径小于5mm，则干密度的计算按照《土工试验规程》中不同粗料含量的对应公式进行，由碾压干密度ρd、心墙土料含量P5，按上式可计算出颗粒直径小于5mm土样的干密度。

ρw——水密度，g/cm3，取1.0；

Gsz——干燥情况下，颗粒直径小于5mm土样的相对密度，取2.49。

在设计规范中提出，各区坝料填筑标准的初步选择可依据以往经验进行，同时规范还规定了坝料级配范围碾压参数、孔隙率等，并建议在给定范围内对相对密度、孔隙率等进行合理选用，要求采用设计孔隙率计算所得的干密度值不得超过规定填筑体的平均密度，即通过统计的质量管理替代原有的“不合格样本的干密度不得低于设计干密度98%”的标准。由于粗粒料干密度的设计值是通过以往工程经验类比所得，因此在施工前应进行碾压试验对该参数进行验证与最终确认。

4 案例工程的检测内容及方法

碾压试验按方案进行场地布置，并进行基础碾压、分区、铺料、碾压、试验。试验采用灌砂法，试坑直径不小于坝料最大粒径的2～3倍，试坑深度为碾压层厚。测试项目包括压实后含水率、干密度、P5含量等。含水量测定采用烘干法；干密度测定采用灌砂法，对每个单元取3组试验。干密度测定完后对全料进行筛分求得P5含量值(见表1和碾压遍数与干密度关系曲线)。

根据试验数据，以铺料厚度为参数，绘制干密度碾压遍数关系曲线(见图1)，以及不同碾压遍数与沉降率的关系曲线(见图2)。砂砾料相对密度试验，采用相对密度仪测定最小干密度、最大干密度，详见图3。

图1 干密度与碾压遍数关系

图2 不同碾压遍数与沉降率关系曲线

图3 砾砂林Dr-P5-ρd曲线

5 试验成果分析

当碾压6遍后，碾压层表面平整，密实；当碾压8遍后，碾压层表面1～2cm略有松散现象；当碾压10遍后，碾压层表面大约有4～5cm左右松散，表面有些石子被压碎。

5.1 碾压遍数与相对密度的关系

不同铺土厚度条件下，碾压遍数与相对密度的关系见表1。

表1 碾压遍数与相对密度关系

3号料场砂砾料在铺料厚度一定的条件下采用23t振动压路机。从上表可以看出，铺料厚度为60cm时，碾压6遍的相对密度是0.70，未达到设计相对密度的0.80。碾压8遍、10遍的相对密度分别是0.90、1.00超出设计相对密度0.80。在铺料厚度为70cm时，碾压6遍的相对密度是0.71，未达到设计相对密度的0.80；碾压8遍与碾压10遍的相对密度分别为0.84、0.95，超出相对密度的0.80。铺料厚度为80cm时，碾压6遍的相对密度为0.76，碾压8遍的相对密度为0.80，碾压10遍的相对密度为0.87。

5.2 碾压遍数与沉降率的关系

从表2和图2可看出，砂砾料的沉降量随碾压遍数的增加而增大并趋于稳定。但从8遍到10遍时增加幅度较小，表明已趋于稳定。

表2 沉降率汇总

表3 标准曲线修正试验

由表3可以看出，砂砾料小于5mm细料含量平均值为32%，相应大于5mm砾石含量为68%，所对应的最大干密度为2.222g/cm3，与室内试验相比，砾石P5含量68%，所对应的最大干密度为2.222g/cm3，基本相符。因此可采用砂砾料Dr-P5-ρd曲线图。

6 结 语

综上所述，根据碾压试验成果，现场宜采用进占法卸料，装载机应及时平料，铺料厚度70cm，采用23t自行式振动碾碾压，行驶速度为2.0km/h，碾压遍数为8遍。通过碾压试验，发现该工程堤防填筑施工方法科学，碾压质量达标，对满足工程安全需要起到了至关重要的作用。

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Determination Method and Application of Coarse Grained Soil Reclamation Standards

LIN Jing

(XinjiangNorthernConstructionGroupCo.,Ltd.,Kuitun833200,China)

Gravel is mostly adopted in embankment projects for construction in recent years. Embankment compaction has high requirements on filling material uniformity and density. Methods of making the filling material meet embankment slip resistance, impermeability resistance, shear strength and compression resistance should be determined by scientific test, which is critical for embankment body filling project. Some project is adopted as an example in the paper. Rolling test contents, requirements, methods and conclusions before embankment filling construction are discussed in detail, thereby providing reference for similar projects.

embankment; gravel material; filling; rolling; test

TV222

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1005-4774(2014)07-0023-05