三都镇防洪工程治理段填筑碾压试验探讨

万亮亮

(江西星光建设工程有限公司，南昌 330000)

1 问题的提出

江西省重点中小河流治理项目铜鼓县三都镇防洪工程治理段位于铜鼓县城以东定江河江头-三都老桥段。工程区内交通便利，东距南昌约230km，西至长沙约170km，南与宜春市、北与修水县均有公路相通，其中铜(鼓)修(水)干线公路通过工程区。本工程起于定江河江头、途径枫槎大桥、小源电站、三都桥、止于三都老桥。工程治理河段总长4.0km，左、右岸防洪工程总长2.801km，其中左岸长1.034km，右岸长1.767km。其中，堤防长1.34km，护岸长0.91km，防洪墙长0.55km。沿线共布置11处排水涵管，河道沿线清淤总长302m。工程河段10a一遇设计洪水位为220.30-216.62m，江西省铜鼓县三都镇防洪工程主要水工建筑物等级为5级、次要水工建筑物等级也为5级。三都镇防洪工程治理段筑坝土料大多为粉质黏土，为保证粉质黏土筑坝土料的含水率和干密度满足设计及施工要求，必须进行填筑碾压试验。

2 试验准备

本防洪工程治理段大坝正式填筑施工前，在现场选择一块场地进行填筑碾压试验，以确定各种土料施工压实系数、铺料厚度、料块的粒径和级配、含水量、压实遍数和行车速度等填筑碾压施工参数。根据技术规范要求，回填料在填筑前要进行现场碾压试验，试验前由施工单位编写碾压试验大纲报监理工程师批准后实施，以便选定各种填筑材料的最优施工参数。

2.1 筑坝土料性能

按照设计要求对料场进行了复查，确定出3个勘探取样的料场，取样及复查钻孔点的布置均按照Ⅱ类级别进行，根据料场面积确定孔数，孔间距100m，孔深3.5-4.0m，对探坑取样进行室内试验，三都镇防洪工程筑坝土料性能，见表1。

表1 三都镇防洪工程筑坝土料性能

根据碾压试验前对土料场所进行的筑坝土料性能的室内试验和调查结果，1#、2#和3#料场土料粉质黏土最佳含水率为19.4%、21.3%和20.1%，最大干密度为1.64g/cm3、1.61g/cm3和1.63g/cm3，均可作为筑坝材料，而文章选择含水率接近最佳含水率的1#料场粉质黏土料进行碾压试验。

2.2 碾压机械

三都镇防洪工程治理段筑坝土料填筑碾压试验采用MC-3深层核子水分-密度仪进行填筑碾压后土体密度及含水率的检测，该仪器在试验现场使用前必须进行检定和标定。此外，还应采用质量10t、振频在20-30Hz之间的自振碾，工作速度控制在3.0-4.0km/h，1台H-160型推土机，1台16t凸块振动碾，1台斗容1m3的挖掘机，5辆自卸车，还包括现场使用的多功能全站仪、多功能计算器、环刀、台秤、天平、烘箱等试验仪器。

2.3 试验场地

本工程土料填筑碾压试验在现场附近的平地上进行，试验区域尺寸12m×50m，试验前先用推土机将场地彻底清理干净，再用MC-3深层核子水分-密度仪检测出试验场地土体含水率和天然干密度，凸块振动碾开2挡油门并在推土机按照1挡的行走速度拖动下将试验场地碾压5-6遍，将表层土压实至设计密实度[1]。

3 试验过程

根据试验设计大纲并结合相关规范要求，应在所选定的碾压试验场地分别按照40cm、50cm、60cm的铺土厚度成台阶状铺土，并将碾压遍数确定为4遍、6遍和8遍。本次试验采用淘汰法的组合方式，即按照10-14%的范围控制土料含水率固定铺土厚度并调整碾压遍数；按照3段进行检测，各试验段长20m，宽15m。待碾压结束，在各试验段检查碾压质量，着重检查是否存在弹簧土、黏轮、虚土层、剪切破坏等现象[2]以及相邻层面结合情况。

3.1 碾压4遍

采用进占法碾压施工，并采用水准仪进行铺料厚度和碾压平整度控制，碾压4遍后实际铺土厚度变成42.5cm、50.6cm和62.0cm。凸块振动碾在推土机的拖动下按设计行走速度行进碾压，在碾压过程中，土粒并不随振动碾而翻动。工后经检查无弹簧土和光面土，在采用MC-3深层核子水分-密度仪进行填筑碾压后土体密度及含水率检测时，对于铺土厚度40cm的土层，仅需要用铁锹翻松并清除表层土层，并铲出一块深度25cm、面积略>试验仪器底面的方形区域即可；对于铺土厚度50cm和60cm的土层，还需继续继续向下铲挖，使测量深度达到30cm。

在各试验段按相同间距选择分布均匀的5个测点绘制其土体干密度和含水率的关系曲线[3]，碾压4遍时土体干密度和含水率的关系，见图1。由曲线可以看出，铺土厚度40cm和50cm的情况下土体干密度符合设计要求，但铺土厚度60cm的试验段土体干密度未达到设计要求。根据对3个试验段探坑断面的检查结果，3种铺土厚度土体压实后均无剪切破坏，铺土厚度40cm的土体结合面无虚土层，相邻层面无不良结合段；铺土厚度50cm的土体结合面存在2-3cm厚度不等的虚土层；铺土厚度60cm的土体结合面存在3-4cm厚度的局部性虚土层。

图1 碾压4遍时土体干密度和含水率的关系

3.2 碾压6遍

在对铺料厚度和碾压平整度进行控制及探坑检查后，回填并夯实，并立即按设计要求进行碾压。在各试验段按相同间距选择分布均匀的5个测点绘制碾压6遍的土体干密度和含水率的关系曲线，碾压6遍时土体干密度和含水率的关系，见图2。根据图示可以看出，铺土厚度40cm和50cm的情况下土体干密度符合设计要求，但铺土厚度60cm的试验段土体干密度仍未达设计要求。根据对探坑断面的检查发现，3种铺土厚度土体压实后均无剪切破坏，铺土厚度40cm和50cm的土体结合面无虚土层，相邻层面无不良结合段；铺土厚度60cm的土体结合面存在2-3cm厚度不等的虚土层。

图2 碾压6遍时土体干密度和含水率的关系

3.3 碾压8遍

在控制铺料厚度和碾压平整度及探坑检查后，回填夯实，立即按设计要求碾压。在各试验段按相同间距选择分布均匀的5个测点绘制碾压8遍的土体干密度和含水率的关系曲线，碾压8遍时土体干密度和含水率的关系，见图3。由图3可知，铺土厚度40cm、50cm和60cm的情况下土最大干密度均不符合设计要求，探坑结果显示，铺土厚度40cm、50cm试验段土体压实后存在剪切破坏，且土体分层较为明显；铺土厚度60cm的土体结合面存在1-2cm厚度不等的虚土层，且同样存在剪切破坏和土体分层。

图3 碾压8遍时土体干密度和含水率的关系

4 试验结果

根据上述碾压试验结果，在铺土厚度相同情况下，随着碾压遍数从4遍增加到6遍，土体干密度值增大，而在碾压遍数继续增大的过程中，因压实土体出现剪切破坏，使土体整体结构受到影响，导致土层分层和干密度值的下降。所以，从施工经济性和施工进度等角度综合考虑，应将三都镇防洪工程治理段筑坝土料填筑碾压试验铺土厚度确定为50cm，碾压遍数确定为6遍，在该工况下，所得到的最大干密度1.821g/cm3，土料含水率11.3%，最为符合相关规范及本工程碾压施工要求。

5 结 论

通过文章对三都镇防洪工程治理段筑坝土料填筑碾压试验的分析表明，本工程区所大量存在的粉质黏土土料压实度与其含水率存在密切关系，为合理确定土料填筑碾压压实系数、铺料厚度、料块的粒径和级配、含水量的适宜范围、压实遍数和行车速度等施工参数，为填筑施工提供依据，必须进行填筑碾压试验，并对粉质黏土实际压实能力进行测试，以保证粉质黏土填筑设计指标符合工程设计要求，确保防洪工程筑坝施工质量。