劉 進，袁勝超，孫建光

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

論蘇丹Abu Rajala土石壩壩料碾壓實驗

劉 進*，袁勝超，孫建光

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

蘇丹Abu Rajala土石壩為均質土石壩，為了保證大壩壩體填筑質量，保證施工工藝的可行、合理，在壩體填筑前對填筑料進行了碾壓試驗，通過碾壓試驗為壩體填筑提供了合理的施工參數、施工工藝。重點對碾壓試驗的方法和過程進行闡述。

壩體填筑料；黏土；碾壓

土石壩的填筑是經過對土、砂礫料、石料等筑壩材料進行開采、運輸上壩、碾壓等一系列的工序，最終形成堅實的壩體。對填筑成型的均質土石壩，要求防滲性好、穩(wěn)定性好、沉積性好、沉降量小、有足夠的密實度和強度。因而需要進行有效的壓實。也只有通過壓實，才能使筑壩材料的力學指標、滲透系數等達到設計要求，成為密實的壩體，從而發(fā)揮其防滲、阻水的作用。

在土石壩填筑施工前，主要針對壩體填料進行碾壓試驗，選擇適宜的碾壓機械、確定相應的碾壓參數，以達到設計指標，使壩體填筑質量標準達到設計要求。而各項施工要素乃至控制指標的確定都要靠碾壓試驗來確定。由此可見，碾壓試驗是土石壩施工質量的前提保障。

實踐證明由實驗得出的指導性結論既能保證施工質量，又能節(jié)省人力、物力，從而達到提高經濟效益的目的。

1 區(qū)域環(huán)境概況

工程地點位于蘇丹西南部北科爾多凡州，該區(qū)氣候干燥，屬大陸性沙漠氣候，旱季雨季交替明顯。地勢總體較為平坦。地表第四紀覆蓋層主要以風積砂和殘積土為主；局部出露低矮山丘，表層多為強—中風化玄武巖或花崗巖類。沿河道流域第四紀覆蓋層主要以風積砂、洪沖積黏性土為主，植被發(fā)育，主要是灌木叢林，其他區(qū)域植被不發(fā)育。

2 均質壩壩體碾壓施工要求指標

壩體碾壓施工和碾壓試驗應根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）的要求實施。鑒于蘇丹國內的具體情況，應該在中國相關規(guī)范的基礎上，結合該地區(qū)的施工經驗進行實施。

（1）土方填筑設計指標為：壓實度0.96～0.98。

（2）填筑料應滿足的要求見表1。

表1 填筑料參數要求表

（3）防滲體填筑料宜采用凸塊振動碾壓實，工作重量宜大于10t，振動頻率20～30Hz，行駛速度不應超過4km/h，并應定期檢查振動碾的工作性能。

3 碾壓試驗

3.1 填筑料準備

取填筑料土樣，按《土工試驗規(guī)程》SL237-1999的方法進行各種相關試驗和檢測。根據試驗數據和檢查結果判定是否適用于土石壩壩體填筑。依據擊實試驗確定填料的最優(yōu)含水量和最大干密度控制填筑料碾壓密實度。填筑土料的各項試驗結果見表2。

試驗結果顯示，試驗用土料（即工程用料）的各項參數中，除粘粒含量略低于建議值外，其余均滿足設計指標要求。

表2 填筑料的試驗結果表

3.2 試驗場地準備

試驗場地占地面積3480m2，寬40m，長87m，均勻分成3個試驗區(qū)塊。為確保試驗場地基礎平整、堅實，在規(guī)劃的場地范圍內對原基礎振壓6～8遍后，在其上鋪土（合格的填筑土料）20～30cm找平，采用振動碾靜壓2遍，振壓6～8遍，作為基層，然后再在其上進行碾壓試驗。

3.3 施工參數確定

根據蘇丹施工經驗，本次試驗初步碾壓參數使用見表3。

表3 初步碾壓參數表

根據現有的設備情況，凸塊振動碾主要性能指標見表4。

表4 凸塊碾主要性能指標表

3.4 試驗流程

碾壓試驗工藝流程，見圖1。

圖1 碾壓試驗工藝流程圖

3.5 試驗方法及步驟

（1）在基礎層上，用白灰線放出試驗場地；在試驗區(qū)布置（1.5×1.5）m方格網，確定取樣點，并測量取樣點處的高程。

（2）試驗用料取自粘土料場，土料天然含水率為0.1%～0.2%，明顯低于最優(yōu)含水率，不能直接用于填筑?？紤]本地區(qū)蒸發(fā)量比較大，選擇將土料在土料場加水至最優(yōu)含水率+3%，經自卸汽車拉運至試驗場地，采用倒退法卸料。

（4）嚴格控制鋪料厚度，首先進行測量掛線，建立方格網線標識鋪料高程。掛線后先由挖掘機進行初次整平，在此過程中要求挖掘機履帶及機斗不能碾壓松鋪層。待初平完成后，采用水準儀進行抽點位式檢測平整度，確保滿足鋪土厚度。對取樣點處的高程進行測量。

（5）振動碾在試驗區(qū)范圍2m外起動，先靜壓2遍，再以小于4km/h的速度在35cm、40cm、45cm三個試驗土層上分別振動碾壓6、7、8遍后，退出試驗場地。

（6）在不同碾壓遍數的土層上取樣，并在取樣點上進行高程測量。試驗人員用環(huán)刀法檢測每一組合壓實后的干密度、含水率，每一組合取樣4個。

3.6 試驗成果內容及分析

3.6.1 試驗成果

根據壓實度檢測成果數據繪制不同虛鋪厚度下碾壓遍數與干密度、壓實度的關系曲線（見圖2、圖3）；不同虛鋪厚度、不同碾壓遍數時的干密度與含水率關系曲線（見圖4、圖5、圖6）。

圖2 不同虛鋪厚度下碾壓遍數—干密度關系曲

圖3 不同虛鋪厚度下碾壓遍數—壓實度關系曲

圖4 虛鋪35cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

圖5 虛鋪40cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

3.6.2 成果分析

從圖2、圖3可以看出，壓實干密度、壓實度隨碾壓遍數的增加而增大，隨鋪土厚度的增加而減小，符合一般填筑材料的工程特性。

圖6 虛鋪45cm不同碾壓遍數時，含水率—干密度關系曲線

當虛鋪厚度為35cm時，振動碾壓6、7、8遍后，平均壓實度均大于0.96，平均干密度均大于1.882g/cm3，均符合設計要求。從曲線可以看出，碾壓6遍和碾壓7遍得到的壓實度提高幅度很大；碾壓7遍和碾壓8遍得到的壓實度提高幅度卻很小，并且增加一次碾壓遍數會增加施工成本，降低施工效率。因此，如果選取虛鋪厚度為35cm，則碾壓遍數易取7遍。

當虛鋪厚度為45cm時，振動碾壓6、7遍后，平均壓實度均小于0.96，不滿足設計要求。雖然碾壓8遍后的平均壓實度為0.964，但是4個取樣點的壓實度分別為0.964、0.974、0.959、0.959；可見當虛鋪45cm時，壓實度合格率低，無法確切保證土料的壓實度大于0.96。不宜選擇該虛鋪厚度。

當虛鋪厚度為40cm時，振動碾壓6遍后，平均壓實度小于0.96，不符合設計要求；振動碾壓7、8遍后，平均壓實度分別為0.972和0.974，均大于0.96?？梢钥闯觯雺?遍和碾壓8遍得到的壓實度提高幅度很小，并且增加一次碾壓遍數會增加施工成本，降低施工效率。因此，當選擇虛鋪厚度為40cm時，震動碾壓遍數宜選擇7遍。

通過以上分析可以得出，虛鋪厚度宜在35cm和40cm之間選取，而碾壓遍數均宜取7遍，即不論取35cm厚的虛鋪厚度還是取40cm厚的虛鋪厚度，得到的壓實度均符合設計要求。但是，當取40cm厚的虛鋪厚度，會減少碾壓層數，縮短碾壓時間，這樣會大大提高施工效率，節(jié)約施工成本。所以，通過本次碾壓試驗，宜選取的虛鋪厚度為40cm，靜壓遍數2遍，振動碾壓遍數7遍，共9遍。

4 本工程碾壓試驗結論

通過碾壓試驗和以上的分析可以得出以下結論：

（1）碾壓后的填筑料含水率應控制在偏離最優(yōu)含水率±3%內。在料場制備填料時，加水量應控制在最優(yōu)含水率的上限+2%～+3%之間。

（2）綜合分析試驗結果，選擇最優(yōu)施工碾壓技術參數見表5。

（3）碾壓方法：平行于壩軸線碾壓，前進一趟算一遍，再原位退回算2遍，錯車搭接以20cm為宜。每2遍的搭接處要錯位，嚴禁漏壓和過壓。

表5 施工碾壓技術參數

通過本次試驗，對材料進行了復核，對土石壩碾壓施工質量有了基本保證；同時通過試驗，對本工程即將開始的土石壩碾壓施工在施工準備、設備、人員配置，施工工藝等方面都進行了檢測、檢驗，有利于施工過程中提高施工效率、加快施工進度。

本工程運行到目前已有2年時間，壩體安全、穩(wěn)定、防滲、沉降等各方面運行良好。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）中國規(guī)范在蘇丹境內的適用性。本工程的設計主要依據中國規(guī)范設計，填筑材料和碾壓參數的要求均參考中國相關現行規(guī)范。在實際施工過程中，中國規(guī)范要求的參數要結合蘇丹的具體情況綜合考慮，不能照搬中國規(guī)范的數據或參數。比如：填筑料的粘粒含量可放寬到6%，而中國規(guī)范規(guī)定在10%～30%；碾壓機械震動頻率適當增加等。

（2）碾壓參數的選擇。在蘇丹北科爾多凡州地區(qū)，土石壩碾壓振動碾宜選取15～18t的工作質量。碾壓遍數在6～8遍、虛鋪厚度在35～45cm之間進行碾壓試驗選取參數即可滿足要求?？紤]到蘇丹氣候干燥、高溫、蒸發(fā)量大，填筑料制備加水量應根據最優(yōu)含水率+ 2%～+3%選取，而不能取最優(yōu)含水率下限控制值。

5.2 建議

（1）可以充分利用本項目研究的成果，在此基礎上進行碾壓試驗。這樣可縮短試驗時間，節(jié)約成本，提高效率。

（2）在充分利用本項目研究成果的基礎上，改變碾壓試驗的方式，進行生產性碾壓試驗，即直接在壩基上進行試驗，檢測合格后可直接作為壩體使用。這樣會大大節(jié)省試驗成本，降低工程成本，提高施工效率。

[1] DL/T 5129-2001碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].中國電力出版社.

[2] SL/T 274-2001碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].中國水力出版社.

[3] SL237—1999土工試驗規(guī)程[S].

[4]ASTM D698-00.

TV641

A

1004-5716（2015）04-0016-04

2014-12-29

2014-12-31

劉進（1979-），男（漢族），河北寧晉人，工程師，現從事水利工程、巖土工程施工管理工作。