长冈灌区渠道工程土料填筑碾压试验分析

殷束平

(江西省建洪工程监理咨询有限公司，南昌 330001)

1 工程概况

长冈灌区位于江西省赣州市兴国县城东南部，东侧为园岭林场，西侧为兴昌公路至高兴镇的文溪桥下游与氵岁水汇合，南终止埠头乡旺口村的壬午山附近，灌区东西长6.3km，南北宽 23.25km，是一座以长冈大(2)型水库为骨干水源点的中型蓄引灌溉工程。灌区设计灌溉面积3400hm2，灌区由总干渠、左干渠、右干渠三条干渠及96条支渠等组成。总干渠施工桩号为 K总0+000-K总0+006、K总0+080-K总3+165、K总3+175-K总4+005段，总干渠明渠防渗衬砌总长3.921km。

碾压是灌区渠道填筑施工的关键性工序，合理的碾压参数是压实质量的保证，灌区总干渠填筑料取自所在标段土方开挖利用料以及取土场外运料，填料类别多，岩性特征复杂。在开始填筑施工前，必须根据《土石筑坝材料碾压试验规程》(NB/T 35016-2013)在现场进行填筑碾压试验，以确定各类土料填筑碾压施工参数，保证渠道土料填筑施工质量。

2 碾压试验方案

2.1 试验内容

1)对粗砂碎石垫层料、过渡料等料层按照40cm厚度，加水量为10%，分别进行6、8、10及12遍的碾压试验后测试干密度、孔隙率、砂石级配及压实沉降，并根据试验结果选择最佳的碾压遍数。若所得干密度无法满足设计要求，则应再按照30cm厚度实施碾压试验，碾压相同遍数后检测砂石级配、干密度及压实沉降等参数取值，并选择最佳碾压遍数。直至该垫层干密度达到设计要求。

2)对于主土石区料应按照设计厚度80cm，加水量为10%和20%，分别进行8、10及12遍碾压试验后检测砂石级配、压实沉降及干密度等参数取值，并选择最佳的碾压遍数。若所测得的干密度与孔隙率无法达到设计要求，则应在其他试验条件不变的情况下按照100cm和120cm填料厚度再次对铺料实施碾压试验，并再次检测各项参数结果，选择最佳的碾压遍数。

3)对于次土石区料，按照80cm铺料厚度及自然含水量分别进行8、10、12遍的碾压，此后检测土料压实沉降、压实度、渗透系数及干密度等参数值，选择最佳的碾压遍数。若所测得的干密度与孔隙率无法达到设计要求，则应在其他试验条件不变的情况下按照100cm和120cm填料厚度再次对铺料实施碾压试验，并再次检测各项参数结果，选择最佳的碾压遍数。

2.2 碾压设备

考虑到该灌区填筑材料类型，为达到低孔隙率及高密度的碾压效果，并减小渠道结构变形，应当在SD175D型22t自行式振动碾以和YZT-18型22t拖式振动碾两种碾压机具中进行选择。两种碾压机具性能参数均满足碾压施工要求，而拖式振动碾因碾辊重量大、激振力大的原因，其实际碾压效果略好于自行式振动碾，故该灌区渠道土料碾压采用碾压效果更好的YZT-18型22t拖式振动碾[1]。

使用振动碾碾压坝料后会产生不同程度的破碎，坝料破碎程度是否影响坝料级配也必须进行专门分析。结果表明，坝料经过振动碾碾压后粒径5mm以下的细粒含量增加，但并不影响级配曲线，主要原因在于在碾压机具确定的基础上，碾压遍数、碾压厚度及加水量等碾压参数的选取较为合理。

2.3 松浦厚度的测量

通过推土机将各类填料推平后测量铺料厚度，并将厚度误差控制在0-5mm范围内，对于超出该误差范围的填筑区域，必须二次推平。处理后该灌区渠道主土石区料和次土石区料铺填厚度达到设计值80cm，若碾压质量检测结果不达标，则应将其填铺厚度调整为100cm和120cm并再次进行碾压试验；粗砂碎石垫层料、过渡料等料层铺料厚度均应达到40cm，若碾压质量不符，则应调整为30cm。

3 碾压参数的比选

3.1 垫层料碾压参数

结合碾压方案设计及类似工程碾压试验结果，垫层料压实厚度在40cm且碾压遍数分别为6、8、10及12遍，加水量分别为0%、5%及10%时的试验成果见表1。

表1 垫层料碾压试验结果

根据碾压试验结果，当垫层料填铺厚度为40cm且加水量不变的情况下，随着碾压密度及加水量的增大，垫层料干密度随之提高。根据干密度试验值，加水量为8%且碾压遍数为8遍时，填料干密度均值便能达到设计要求，但是个别试验值离差较大，为此，在施工过程中将干密度值控制在2.23g/cm3的设计值便存在一定难度。结合试坑试验结果，粗细料密实度良好，且不存在架空，表明碾压试验取得了较好的效果[2]。为此可以判断出垫层料内细粒含量整体偏低是造成干密度小的主要原因，故将垫层料干密度控制在2.20g/cm3及以上，碾压遍数确定为8遍，加水量取5%，铺料厚度40cm，碾压速度2.5-3.0km/h，振动碾振频26.5-28.1Hz，振幅1.3mm，孔隙率≤17%，并通过后退法上料[3]。冬季加水量为0%，碾压遍数8-10遍，干密度在2.15-2.18g/cm3之间，孔隙率在17.8%-19.05%之间，其余碾压参数取值不变。

3.2 过渡料碾压参数选择

该灌区渠道坝体过渡料铺料厚度应与垫层料相同，碾压遍数在8、10及12遍之间选择，加水量分别为0%、5%及10%时的试验成果见表2。

表2 过渡料碾压试验结果

根据以上试验结果，当铺料厚度为40cm且加水量不变的情况下随着碾压遍数的增大，过渡料的干密度也随之提高，且在任何加水量水平下碾压遍数为8遍和10遍均能达到设计要求；其余条件不变时，随加水量的增大，干密度随之提高，但是当加水量达到10%后干密度的增大趋势已不再明显，说明加水过多并不会导致干密度持续增大。为此，该灌区渠道坝体过渡料铺料厚度应按40cm确定，碾压遍数选8遍，加水量5%，振动碾碾压速度2.5-3.0km/h，振频26.5-28.0Hz，振幅1.3mm，干密度≥2.17g/cm3，孔隙率不超出18.1%，同样采用后退法上料。

3.3 主土石区料碾压参数

灌区渠道土方填筑主土石区填料主要按照80cm、100cm和120cm三种碾压厚度及分别对应6、8、10遍的碾压遍数进行试验，加水量分别为0%、15%及20%。根据试验结果，碾压遍数相同的情况下碾压厚度80cm的压实效果最佳；而碾压层厚度相同时压实遍数10遍对应的碾压效果最好。碾压试验结果基本符合随碾压层厚度及随碾压遍数的增大，干密度降低的变动规律。碾压层厚度80cm、碾压遍数8遍、干密度均值2.20g/cm3、孔隙率18.4%的压实效果符合设计要求。根据现场试坑剖面观察结果，加水后表面存在积水，停止加水后积水缓慢入渗且入渗深度仅为30-40cm，基本不存在分离架空现象；碾压后表面所形成的细粒层透水性差，针对该区域岩性特征，干密度及孔隙率并不水加水量的改变而发生较大变化，故施工时应不加水或按5%加少量水。

3.4 次土石区料碾压参数

灌区渠道次土石区料主要为弱风化云母片岩和强风化花岗岩，料源及岩性特征较为复杂且级配分布不规律，碾压试验过程中，铺料厚度及碾压遍数按照主土石区料确定，即铺料厚度采用80cm、100cm和120cm三种，分别对应6、8、10遍的碾压遍数。试验成果显示，随着碾压遍数的增大，次土石区料干密度增加量在0.055-0.142g/cm3之间；碾压遍数相同时，干密度随着铺料厚度的增大的减少量在0.045-0.057g/cm3之间；但是当铺料厚度取80cm时，即使碾压遍数取最大的10遍，干密度也只能达到2.21g/cm3，与设计值2.28g/cm3还存在一定差距。根据现场试坑剖面观察结果，约60%的试坑因粗细料分布不均而存在架空现象，这也说明铺料岩性复杂、级配不连续、粗细集料分离等是造成次土石区料干密度偏低的主要原因。在铺料厚度及碾压遍数均不变的情况下，若加水量在10%以下，则随加水量的增大干密度值呈升高趋势，而若加水量在10%以上，随加水量的增大干密度值下降。为此应将次土石区料加水量控制在10%以下，铺料厚度取80cm，碾压遍数为8遍。

4 结 论

通过对长冈灌区渠道工程土料填料碾压试过程及结果的分析发现，该灌区渠道填筑砂砾石料在开挖过程中级配变化不大，但是由于料源地质条件、开挖及堆存方法等方面的差异，导致砂砾石土石料岩性特征和级配与原设计指标发生偏离。经过对垫层料、过渡料、主土石区料、次土石区料碾压试验，为渠道土料填筑施工提供了合理的控制指标，且试验结果证明所确定的控制指标取值合理，符合渠道填筑施工特性，碾压试验结果合理可靠。