某工程中碎石基础碾压试验

齐晓华

（山西汾河水库管理有限公司 山西太原 030032）

1 概述

某水库供水工程位于辽宁省盘锦市境内，该地处于中纬度的辽河中下游地区，属温带大陆性季风气候，其特点寒冷期长、平原风大、温度变化较大。全年平均日照5 月最长，12 月最短，气温7 月最高平均在23℃～25℃，极端最高气温为33℃～36℃。1 月最低在-8℃～-15℃之间，极端最低气温为-25℃～-34℃。地质结构主要特征为“上层黏土下层砂土结构”型，上覆土为黄褐色或灰褐色粉质黏土，可塑状态，下卧砂性土呈松散—稍密状态。施工区大部分为第四系冲积、冲洪积、冲海积地层，枯水期地下水埋深较浅，水位埋深约在0.9～4.0 m 之间。

工程主要内容为配水站开始至接管点之间的所有管线及附属构筑物，管线采用预应力钢筒混凝土管和钢管，其基础采用5～20 cm 碎石料进行分段填筑，在设计要求已明确压实厚度、压实度、填筑材料的前提下，通过碾压试验来确定填筑工艺中虚铺厚度、碾压遍数、相对密度等相关参数，在已选好的场地内分组分批次多次碾压试验，对结果进行详细统计、计算、比对、分析，选择其中一组最优方案应用于实际工程中，来提高填筑的合格率和施工效率。

2 试验准备

2.1 场地及材料

试验场地选择：在已征用施工范围内选择长100 m、宽10 m 的场地，采用装载机先进行场地平整，再使用已进场的碾压设备将基层碾压密实，场地要求平整便于操作、周围交通便利、地面无渗水、无输电线路低空架设等安全隐患。

试验材料选择：材料从就近手续齐全的正规厂家采购5～20 cm 级配良好的碎石，含泥量要求≤5%，铺筑后经碾压取样碎石的相对密度不小于0.7。经检测，材料的最大干密度为2.11 g/cm3、最小干密度为1.65 g/cm3。

2.2 试验仪器及工具

仪器主要为碾压试验中检测数据所需：主要有150 mm 套环、电子天平2 000 g、电子台秤30 kg 等。辅助工具包括：铁锹、小土铲、称量盒、台布、塑料桶等，数量根据现场规模和需求选择。

2.3 机械设备及工具

机械设备主要为材料运输、铺填、碾压、修整，包括装载机、碾压设备、小型运输车辆等。其它辅助工具包括：水准仪、钢尺、卷尺等量测工具，其中碾压设备应具有操作简单、便于上手、效率高效、安全稳定的特点。

3 碾压试验

3.1 试验流程

碾压试验主要步骤及流程：1）场地清理平整：试验前对选好场地首先进行清理，包括树皮、草根等杂物，再利用机械压实平整。2）材料检测：进场的材料选择5～20 cm 且级配良好的合格原材料。3）分段铺筑：粒径材料进场后按照试验方法采用机械分段铺筑，铺筑料为碾压前松铺厚度（即虚铺），在段与段之间增加过渡层，为碾压提供便利。4）分段碾压：松铺料采用拟定的设备进行分段碾压，过程中应选择匀速推进且须做到无漏压、少压。5）取样检测：碾压完成后，按不同的厚度及遍数分别取样检测。6）测算记录：对已取样品分类计算统计并做好记录。7）比对筛选：对计算好的数据进行比对，选择最优的试验方案做为参数来指导施工。

3.2 试验场地布置

设计要求的基础铺填厚度为30 cm，即碾压后的压实厚度为30 cm，为此碾压试验前松铺厚度从30 cm开始，首轮拟定30 cm、35 cm、40 cm 三组松铺厚度，碾压遍数分别选择6 遍、8 遍、10 遍三组进行分组试验。即每一种松铺厚度分别选择6 遍、8 遍、10 遍进行碾压，当首轮拟定的三组松铺厚度均无法满足要求时，按照每轮每组增加5 cm 的原则依次拟定第二轮，即45 cm、50 cm、55 cm 三组分别选择6 遍、8 遍、10 遍进行碾压，直至有符合要求的场次出现，场次及分组情况如表1 所示。

表1 场次及分组情况

3.3 试验方法

试验前在基层上用石灰洒出试验区域，按照《土工试验规程》（SL237-1999）中环刀法取样，检测干密度、相对密度等所有参数，采用淘汰法分组试验，即每次碾压只变其中一种参数，其它参数固定不变，通过试验后求出该参数下试验结果，记录完成后以同样的操作，变动另外一个参数，其它参数固定不变，用试验求出第二个参数下试验结果，以此类推，直至所有分组分段全部碾压并计算出试验结果。为了数据的准确性和可行性，不同场次中每个组号分别用3 次取样的平均值做为本组最终试验结果。碾压时用振动碾按拟定的碾压遍数进行进退错距振动碾压，碾压遍数以前进后退为二遍计，振动碾采用最大激振力（先静压两遍，不计入碾压遍数），对于过渡区和边界区同样按照设定的遍数和要求执行，不允许出现漏压少压的现象。

3.4 计算公式

1）压实沉降量计算：在铺料前、铺料后、碾压后分别以每个试验分组区域作为一个测量网格点以石灰标记，用水准仪测量出各网点的高程，计算出各点的压实沉降量，不同场次每个分组取3 个样品求取平均值作为最终计算结果。

压实沉降量计算公式：

H=Hab-H

式中：H——压实沉降量；

Ha——碾压前松铺高程；

Hb——碾压后压实高程。

2）相对密度计算：相对密度计算主要和材料的天然干密度、最大干密度、最小干密度有关，不同场次每个分组取3 个样品求取平均值作为最终计算结果。

相对密度计算公式：

Dr=ρdmax（ρd-ρdmin）/ρd（ρdmax-ρdmin）

式中：Dr——相对密度；

ρd——天然干密度；

ρdmax——最大干密度；

ρdmin——最小干密度。

3）其它数据：虚铺厚度、压实厚度采用水准仪测量并记录。

4 试验成果

按照设计要求、合同相关条款约定、现场拟定的试验方法和步骤，在严格管控下经碾压试验后，其测量及计算所得数据如表2 所示。

表2 碾压试验成果表

5 成果分析与应用

经试验可知，相同松铺厚度在不同的碾压遍数下所产生的相对密度是不同的，相同的碾压遍数在不同的松铺厚度下所产生的相对密度也不同，碾压遍数和相对密度变化情况曲线如图1 所示。

图1 碾压遍数和相对密度变化情况曲线图

本项目设计要求相对密度≧0.7，压实厚度不小于30 cm，由碾压试验及数据汇总表可知，当松铺厚度为30 cm 时，碾压相对密度为0.65～0.67，不能满足设计的要求。当松铺厚度为35 cm 时，碾压相对密度为0.69～0.71，其中有相对密度和压实厚度均同时符合设计要求的参数。当松铺厚度为40 cm 时，碾压相对密度为0.68～0.69，同样不能满足设计的要求。因此从最终试验结果可得知，当松铺厚度为35 cm 且碾压遍数为8 遍时符合设计要求，可作为铺填工艺参数应用于实际施工中。