南水北调北汝河倒虹吸工程出口段土方填筑试验

刘军涛

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州贵阳 550081

摘要：南水北调北汝河倒虹吸工程出口明渠段土方填筑高度较大，填筑控制指标要求较高，为满足施工现场质量控制需要，项目部在出口段进行了土方填筑生产性试验，确定有关质量控制的技术要求和检测方法，为设计单元最终核定施工控制填筑质量标准提供依据。取得填筑材料的施工碾压参数的最优组合。

关键词：出口明渠；土方填筑；生产性试验；最优组合

1.概述

北汝河倒虹吸工程出口明渠长100m，设计桩号为SH（3）41+251.3～SH（3）41+351.3，过水断面为梯形，设计底宽24.5m，渠道内坡坡度为1：2.0，渠道外坡在EL123.90设马道，马道上下部坡比分别为1：2和1：2.5，出口渠道起点渠底高程为121.258m，终点渠底高程为121.254m，渠道纵坡为i=1/26000，渠道堤顶高程为129.9m。

出口明渠渠底采用筑堤料换填，换填深度约1m左右，开挖边坡坡比为1：0.75～1：2，换填基础面宽度约为27.5m，长度约为91.6m。

出口渠道填筑主要为渠堤填筑及渠底筑堤料换填，土方填筑最大高度约为11.4m。填筑技术指标为干密度不小于1.7g/cm3，压实系数不小于0.98。

2.碾压试验安排

2.1试验用料

碾压试验填筑用料从业主指定宋堡取土场取土，土块限制直径小于15cm。以下为宋堡取土场土样检测情况。

（1）土料击实试验

依据《土工试验规程》（SL/T237-1999）进行室内标准击实试验，以确定土料最大干密度ρdmax和最优含水率Wop。根据黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心出具的试验数据，最大干密度为1.76g/cm3，最优含水率为16.6%，以上指标均满足规范要求，检测土料为合格土料。

（2）土料天然含水率检测

依据《土工试验规程》（SL/T237-1999）检测天然含水率，以确定土料天然含水率与最优含水率的差值，若土料天然含水率与最优含水率的偏差超过-2%～+3%，则对土料采取洒水或凉晒处理，直至土料含水率与最优含水率Wop的偏差不超出-2%～+3%。

2.2试验场地布置

现场填筑碾压试验区选择在桩号SH（3）41+276.3～ SH（3）41+321.3渠道底部换填区域进行，土料从宋堡取土场运至试验区。试验前，需将试验段范围的施工面用推土机刮平，清理干净后，申请监理工程师验收施工面，合格后方可进行碾压试验。

碾压试验根据不同试验参数分为四个试验区，每个试验区面积为13.75m*20m，每个试验区布置4个组合试验（每个为6.88m*10m），由于碾压时产生倒向，因此在试验区两个端头预留5m，两个试验区连接段中间预留5m的过渡带，每个试验区布置12个取样点，试验取样点间排距为1.6m*1.25m，渠道左侧用高于最优含水率2%，渠道右侧用低于最优含水率2%的土料进行铺填，因此所需要清理的试验区面积为27.5m*55m，碾压试验场地布置图如下图一：

图一 填筑试验平面布置图

2.3碾压参数和碾压组合

本次碾压机械拟定选用YZ20B-VI凸块振动碾。根据《堤防工程施工规范》SL260-98规范标准要求，结合南水北调以往土方填筑施工经验，初步拟定松铺厚度、含水率及碾压遍数等参数，如下表《碾压试验压实参数及组合表》。

表1 碾压试验压实参数及组合表

综合以往的施工经验，初步拟定松铺厚度、含水率、碾压遍数等参数后，先固定其它参数，变动一个参数，通过试验取得该参数的最优值，然后固定此最优参数和其它参数，再变动另外一个参数，经试验求得第二个最优参数，依次类推，取得在同类碾压机械下的含水率、松铺厚度、碾压遍数的最优值，然后用全部的最优参数，再进行一次复核试验，若结果满足设计和施工要求，即可确定其为施工碾压参数，详见上表《碾压试验压实参数及组合表》。

3.碾压试验实施程序

土方填筑碾压现场生产性试验实施程序如下：

填筑前准备检查、验收、测量 原材料运输填筑料摊铺、测量、碾压测量现场试验资料整理

（1）土料运输和摊铺

土料采用PC220挖机装料，15t自卸汽车从宋堡取土场运输至试验区域，有現场指挥人员按照测量人员预先放样的区域分区卸料（35cm铺料厚度划分网格大小为7m×5m。45cm厚铺料厚度划分网格大小为5.5m×5m），按“进占法”进行卸料。土料摊铺采用推土机进行，现场指挥人员采用带刻度的钢钎现场控制摊铺厚度，人工配合修整，采用全站仪测量每个试验区域，测量人员及时对摊铺区域按照2m*2m的方格网进行测控记录，确保铺土厚度达到标准要求。

（2）碾压

本次试验采用YZ20B-VI凸块振动碾进行碾压，碾压方向沿渠道轴线方向进行碾压，用进退错距法依次碾压，每前进一趟算一遍，退回算两遍，条带之间搭接宽度不小于50cm，。试验段摊铺整平后，先静压2遍，再用振碾弱振1遍，强振5、6、7、8遍，在碾压过程中，要求振动碾在碾压试验范围线2m以外起振，机械行驶速度控制在1.5～2.0km/h，碾压过程中由专人负责，记录振动碾的碾压遍数及行驶速度，对土样振压6、7、8、9遍后分别进行取样，由试验人员采用环刀法测定土的密度，并做好记录，每个试验块在同一铺土厚度，碾压遍数不同的区域分别取12组样。

4.碾压试验成果分析

4.1碾压试验关系曲线分析

碾压试验实施过程中，我部根据试验大纲初步拟定松铺厚度、含水率、碾压遍数等参数后，先固定其它参数，变动一个参数，通过试验取得该参数的最优值，然后固定此最优参数和其它参数，再变动另外一个参数，经试验求得第二个最优参数，…依次类推，取得在同类碾压机械下的含水率、松铺厚度、碾压遍数的最优值。

现场技术人员，严格按照试验大纲中要求的各项试验数据进行记录，各项试验数据清洗、准确，满足现场数据记录要求。试验完成后我部测量队、试验室和技术部技术人员及时进行了试验资料的整理与分析，并绘制出了下列各条关系曲线：

（1）以铺料厚度为参数，绘制干密度与碾压遍数的关系曲线。

从上图可以看出，铺料厚度相同时，干密度随碾压遍数的增加而增大，在碾压遍数相同时，干密度随铺土厚度的增加而减小。

（2）以铺层厚度为参数，绘制压实沉降值与碾压遍数的关系曲线。

从上图可以看出，铺料厚度相同时，压实沉降值随碾压遍数的增加而增大，在碾压遍数相同时，压实沉降值随铺土厚度的增加而增大。

（3）经过计算，绘制压实度与碾压遍数的关系曲线。

从上图可以看出，平均压实度随碾压遍数的增加而增大，随铺土厚度的增加而减小，符合一般填筑材料的工程特性。

4.2碾压试验成果汇总分析

试验一区机械松铺厚度为35cm、45cm时，碾压遍数、平均干密度、压实度关系如下表：

试验二区，机械松铺厚度为35cm、45cm时，碾压遍数、平均干密度、壓实度关系如下表：

本次试验所用土料的含水率在13.5%～18.6%之间，，碾压过程中土料可塑性好，未出现弹簧土。

4.3碾压试验结论

机械松铺土料厚度为35cm，凸块振动碾静压2遍后振压8遍，土料压实度可满足压实度不小于0.98的要求，在施工中要严格控制铺土厚度，填筑含水率应控制在最优含水率附近，其上、下限偏离最优含水率应不超过-2%～+3%。

综合分析试验结果，选择最优施工碾压技术参数见下表：

施工碾压技术参数

碾压时振动碾的行进速度不超过2km/h，填筑施工过程中为保护层面土应采用进占法上土。碾压方法，平行于渠轴线前进—后退法碾压，前进一趟算一遍，再原位退回算两遍，错车搭接以50㎝为宜。每两遍的搭接处要错位，严禁漏压和过压。

5.施工注意事项

（1）行车速度一定要按确定的碾压参数严格控制，振动碾有一个压力和压力波的传递过程，如果行车速度过快，使压力和压力波传递很浅，这样就不能达到预期的目的，降低了碾压效果。

（2）随时检查碾压机具的性能（如频率、振幅），同时要不断提高平整、碾压机械司机的操作水平，避免碾压混乱造成漏压、过压现象。

（3）填筑时，边坡部位超填要满足规范要求，以保证削坡后边坡压实度能满足设计标准。

（4）在回填下一层土料之前，如果局部因含水量过大出现弹簧土或剪切破坏深度在5cm以上时，应对破坏区域进行处理，并经检测合格后，再进行回填。

6.结束语

南水北调渠道段衬砌砼厚度仅为10cm左右，因此避免砼表面出现拉裂的现象关键控制工序既为做好土方填筑控制工作。通过在出口段进行生产性试验，查明了宋堡取土场各区域土质变化情况，复核了土料压实后是否能够达到设计压实干密度值，选定了施工参数和设备型号，为下一步渠道填筑施工提供了施工依据。