楊玉生，李 江，趙繼成，柳 瑩，王 龍，李康達(dá)

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；3中國(guó)電建十五工程局有限公司，陜西 西安 710000）

1 研究背景

在砂礫石壩填筑質(zhì)量控制上，涉及兩個(gè)層面的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。其一，如何確定合適的填筑標(biāo)準(zhǔn)，即采用什么方法確定砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)。其二，在確定的填筑標(biāo)準(zhǔn)條件下，如何才能夠經(jīng)濟(jì)高效的達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即確定合適的碾壓施工參數(shù)和碾壓施工工藝。砂礫石壩填筑標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)密度作為控制指標(biāo)，傳統(tǒng)上常以室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)確定，而隨著大型施工振動(dòng)碾壓設(shè)備的應(yīng)用，室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)確定的相對(duì)密度指標(biāo)不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，目前已在逐步推廣采用現(xiàn)場(chǎng)大型相對(duì)密度桶法確定砂礫石壩的填筑標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。但無(wú)論是室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)還是現(xiàn)場(chǎng)大型相對(duì)密度試驗(yàn)，均采用人工配制風(fēng)干砂礫料確定最大、最小干密度。在實(shí)際施工碾壓時(shí)，天然狀態(tài)的上壩砂礫料通常是在河道或者是就近河床的階地上開(kāi)采的，往往具有一定的含水，或者處于接近飽和的狀態(tài)。有的工程對(duì)天然含水狀態(tài)砂礫料進(jìn)行直接碾壓（如新疆大石門(mén)水庫(kù)瀝青混凝土心墻砂礫石壩），有的工程進(jìn)行充分加水（如河南前坪水庫(kù)黏土心墻砂礫石壩），有的工程開(kāi)始加水后又不加水（如印度Beas砂礫石壩）。因此填筑標(biāo)準(zhǔn)確定時(shí)砂礫料的含水狀態(tài)與實(shí)際施工碾壓時(shí)上壩砂礫料的含水狀態(tài)不一致，與施工質(zhì)量檢測(cè)時(shí)砂礫料的含水狀態(tài)也不一致。因此，有必要評(píng)估這種含水狀態(tài)的不匹配對(duì)砂礫料質(zhì)量控制和施工質(zhì)量檢測(cè)帶來(lái)的影響，包括研究含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)確定的影響，含水率對(duì)碾壓施工效果的影響。雖然已有部分研究者[4-7]基于室內(nèi)擊實(shí)法或振動(dòng)臺(tái)法最大干密度試驗(yàn)研究過(guò)含水率的影響，但室內(nèi)試驗(yàn)級(jí)配最大粒徑較小，與現(xiàn)場(chǎng)原級(jí)配砂礫料存在較大差異。也有研究者[8-10]基于實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，研究含水率對(duì)砂礫料壓實(shí)特性的影響，但不同工程的試驗(yàn)結(jié)論也不一致，有的認(rèn)為加水對(duì)壓實(shí)特性沒(méi)有影響，有的認(rèn)為筑壩施工時(shí)應(yīng)充分加水。如用20 t牽引式振動(dòng)碾對(duì)烏魯瓦提砂礫石料的碾壓試驗(yàn)認(rèn)為，該天然含水狀態(tài)砂礫石料加水與不加水振動(dòng)碾壓對(duì)其壓實(shí)效果影響不明顯[9]，而前坪水庫(kù)壩殼砂礫料碾壓試驗(yàn)認(rèn)為，充分加水能顯著改善砂礫料的碾壓性能[10-11]。

相關(guān)土工試驗(yàn)規(guī)范中，均在風(fēng)干狀態(tài)確定土石壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際施工時(shí)砂礫料大多是在一定含水狀態(tài)下進(jìn)行碾壓的，但對(duì)于碾壓時(shí)加水與否和加水效果缺乏清晰的認(rèn)識(shí)。本文選用兩種級(jí)配的砂礫料，通過(guò)不同含水率下的現(xiàn)場(chǎng)密度桶法相對(duì)密度試驗(yàn)和大型碾壓試驗(yàn)，研究和評(píng)估含水率對(duì)土石壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)控制和壓實(shí)特性的影響，并通過(guò)大壩實(shí)際碾壓效果檢測(cè)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。包括：（1）在不同含水狀態(tài)下進(jìn)行填筑標(biāo)準(zhǔn)確定試驗(yàn)，研究不同含水率下最大、最小干密度的變化，評(píng)估在風(fēng)干狀態(tài)確定土石壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)用于施工質(zhì)量檢測(cè)依據(jù)的合理性。（2）進(jìn)行不同含水率時(shí)砂礫料的現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，對(duì)碾壓效果進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)估含水率對(duì)砂礫料碾壓效果的影響。（3）結(jié)合試驗(yàn)規(guī)范、施工規(guī)范和已有研究成果，討論含水率對(duì)土石壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)控制和施工質(zhì)量控制影響。

2 試驗(yàn)方案

2.1 含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)影響的試驗(yàn)?zāi)乘畮?kù)（1）主壩為黏土心墻砂礫（卵）石壩，壩殼料設(shè)計(jì)為天然級(jí)配砂礫（卵）石料，其包線范圍見(jiàn)圖1所示，其平均線級(jí)配最大粒徑為300 mm，小于5 mm細(xì)料含量為16.7%，其不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為8.5和0.75，為級(jí)配不良砂礫料。某水庫(kù)（2）為瀝青心墻砂礫石壩，壩殼料為原級(jí)配砂礫石料，其包線范圍見(jiàn)圖2所示。該包線范圍內(nèi)，平均級(jí)配最大粒徑為400 mm，小于5 mm細(xì)料含量為26.0%，其不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為174.0和2.6，為級(jí)配良好砂礫料。某水庫(kù)（1）級(jí)配包線范圍平均線級(jí)配和某水庫(kù)（2）級(jí)配包線范圍內(nèi)上平均線級(jí)配見(jiàn)表1所示。含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響試驗(yàn)即以這兩個(gè)級(jí)配線為基礎(chǔ)，分別添加不同的水量，配制不同含水率砂礫料（見(jiàn)表2），考察不同含水情況下最大、最小干密度的變化。

圖1 某水庫(kù)（1）上壩砂礫料級(jí)配包線

圖2 某水庫(kù)（2）上壩砂礫料級(jí)配包線

表1 相對(duì)密度試驗(yàn)級(jí)配

表2 相對(duì)密度試驗(yàn)含水率

2.2 不同含水率影響的現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓試驗(yàn)進(jìn)行了兩種砂礫料的碾壓試驗(yàn)，見(jiàn)表3所示。碾壓試驗(yàn)（1）為河流階地上的天然含水狀態(tài)砂礫料，其含礫量基本上在85.0%附近，含水狀態(tài)不均勻，在1.0%～5.0%之間，碾壓試驗(yàn)鋪厚80 cm，包含不加水（天然含水率）和體積加水率10.0%兩種工況，每個(gè)工況包含4個(gè)試驗(yàn)區(qū)，分別碾壓6、8、10、12遍。碾壓試驗(yàn)（2）砂礫料的含礫量在80%附近，進(jìn)行了不加水（天然含水）和體積加水率為5.0%、10.0%和15.0%共4個(gè)工況的碾壓試驗(yàn)，碾壓遍數(shù)為8遍。

表3 不同加水率影響的現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響不同含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和圖3所示。由表4可知，對(duì)于某水庫(kù)（1）級(jí)配平均線，隨著砂礫料由干燥狀態(tài)到濕潤(rùn)狀態(tài)，隨含水率的增大，最大干密度先減小后增大，含水率為2.0%～3.0%左右時(shí)試驗(yàn)最大干密度最小，當(dāng)含水率增大到6.0%以上時(shí)，試驗(yàn)最大干密度值與干燥狀態(tài)試驗(yàn)值基本一致。對(duì)于某水庫(kù)（2）級(jí)配平均線，最大干密度變化的規(guī)律基本一致，即隨含水率由干燥狀態(tài)逐漸增大，試驗(yàn)最大干密度先減小后增大，在3.0%～4.0%左右時(shí)試驗(yàn)最大干密度最小，當(dāng)含水率增大到6.0%～9.0%時(shí)，試驗(yàn)干密度值與干燥狀態(tài)試驗(yàn)值基本一致，當(dāng)含水率繼續(xù)增大時(shí)，試驗(yàn)干密度又略有減小，但仍然明顯大于含水率3.0%～4.0%的試驗(yàn)干密度值。對(duì)于最小干密度，隨含水率由干燥狀態(tài)逐漸增大，試驗(yàn)最小干密度呈現(xiàn)波動(dòng)起伏的狀態(tài)，原因在于加水后潮濕狀態(tài)的砂礫料顆粒之間產(chǎn)生了由毛細(xì)張力引起的假黏聚力，增加了顆粒之間的阻力，在最小干密度試驗(yàn)時(shí)，容易產(chǎn)生粗、細(xì)顆粒聚集而影響試驗(yàn)結(jié)果。

表4 不同含水率對(duì)填筑標(biāo)準(zhǔn)影響的相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 干密度與隨含水率的變化關(guān)系

3.2 含水狀態(tài)對(duì)壓實(shí)特性的影響含水狀態(tài)對(duì)施工碾壓效果影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和圖4所示。由表5和圖4可知，對(duì)于碾壓試驗(yàn)（1），不加水條件下，碾壓干密度隨碾壓遍數(shù)的增大先增大后減小，增大碾壓遍數(shù)并未帶來(lái)碾壓效果的提升。充分加水后，碾壓干密度隨碾壓遍數(shù)的增大而增大，對(duì)砂礫料進(jìn)行充分加水能顯著提高其壓實(shí)效果。不加水和充分加水條件下，干密度隨碾壓遍數(shù)差異的原因在于：不加水時(shí)，砂礫料處于天然含水狀態(tài)（1.0%～5.0%），不同部位、不同區(qū)域的砂礫料含水差異性和離散性大，反映在壓實(shí)效果上，不同含水情況對(duì)壓實(shí)特性的影響超過(guò)了增加碾壓遍數(shù)的作用；充分加水時(shí)，不同碾壓遍數(shù)下，砂礫料含水狀態(tài)是基本一致的，施工碾壓干密度主要受碾壓遍數(shù)控制，隨碾壓遍數(shù)增大表現(xiàn)出較好的規(guī)律性。

圖4 加水率對(duì)施工碾壓效果的影響

對(duì)于碾壓試驗(yàn)（2），天然含水率下，碾壓干密度最小，隨著體積加水率的增大，碾壓干密度先增大后減小，體積加水率增大到10.0%時(shí)，碾壓干密度最大，體積加水率增大到15.0%時(shí)，碾壓干密度反而降低，這與加水過(guò)多可能產(chǎn)生積水，一定程度上影響了碾壓效果有關(guān)。

4 含水率對(duì)砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量控制影響的討論

相關(guān)的土工試驗(yàn)規(guī)范中，包括表面振動(dòng)法和振動(dòng)臺(tái)法的室內(nèi)相對(duì)試驗(yàn)，都在風(fēng)干狀態(tài)確定土石壩砂礫料的填筑標(biāo)準(zhǔn)?！锻潦尾牧夏雺涸囼?yàn)規(guī)范》（NB/T 35016-2013）中，采用現(xiàn)場(chǎng)大型密度桶法確定原級(jí)配砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也采用風(fēng)干砂礫料。而在實(shí)際研究和應(yīng)用中，有采用擊實(shí)試驗(yàn)確定砂礫料最大干密度隨含水率的變化。對(duì)于砂土，尤其是在對(duì)風(fēng)積砂路基或渠基的研究中，更多的是采用擊實(shí)試驗(yàn)確定干密度隨含水率的變化，進(jìn)而結(jié)合碾壓試驗(yàn)確定風(fēng)積砂料施工碾壓參數(shù)[12-15]。

張克昌[4-5]曾采用振動(dòng)臺(tái)法，對(duì)陳蔡水庫(kù)不同含礫量條件下最大粒徑為100 mm的筑壩砂礫料，開(kāi)展了從干燥狀態(tài)到不同含水率條件下的室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)。結(jié)果表明，在室內(nèi)采用振動(dòng)臺(tái)法確定砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，砂礫料壓實(shí)干密度隨含水率的變化存在一個(gè)極小值點(diǎn)，在該含水率下砂礫料最難壓實(shí)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水率為最劣含水率，在最劣含水率之后，有一極大值點(diǎn)，稱為最優(yōu)含水率，在該含水率下最易壓實(shí)，見(jiàn)圖5（a）所示。由于含水率對(duì)細(xì)料更有意義，可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制最優(yōu)含水率和最劣含水率與細(xì)料含量的關(guān)系，兩者皆隨細(xì)料含量的增大而增大，見(jiàn)圖5（b）所示。細(xì)料含量增大到50%以上時(shí)，砂礫料的最優(yōu)含水率越來(lái)越接近細(xì)料的最優(yōu)含水率。

圖5 陳蔡水庫(kù)砂礫料室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)結(jié)果[4-5]

馬玉華等[6]采用尼爾基水利樞紐反濾層砂礫料（粒徑均小于5 mm），開(kāi)展了不同鋪厚下的現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同鋪厚和碾壓遍數(shù)下，干密度和相對(duì)密度均偏小。為了分析其原因，在室內(nèi)開(kāi)展了最大干密度試驗(yàn)，測(cè)得不同含水率下反濾層砂礫料的干密度。結(jié)果驗(yàn)證了砂礫料存在最劣含水率和最優(yōu)含水率，分別為2.9%和9.5%，見(jiàn)圖6（a）所示?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)細(xì)料平均含水率為2.9%，與最劣含水率一致，解釋了現(xiàn)場(chǎng)碾壓干密度偏小的現(xiàn)象。劉宏等[7]對(duì)某機(jī)場(chǎng)砂礫石料（最大粒徑60 mm）的研究表明，砂礫料壓實(shí)存在最優(yōu)含水率，其值隨粗料含量的增加而減小。鑒于砂礫料的含水主要附著在細(xì)料部分，考察最優(yōu)含水率與細(xì)料含量的關(guān)系更有意義，見(jiàn)圖6（b）所示。由圖6（b）可知，筑壩砂礫料細(xì)料含量為30%左右時(shí)，其最優(yōu)含水率為6.0%左右，換算為細(xì)料含水率為20.0%。圖7給出了大伙房工程砂礫料和碧口工程砂礫料干密度隨含水率的變化情況。由圖7可知，從風(fēng)干狀態(tài)開(kāi)始，砂礫料干密度隨含水率的增大先減小后增大，最劣含水率大致為2.0%～4.0%，最優(yōu)含水率在8.0%附近。大伙房砂礫料風(fēng)干狀態(tài)試驗(yàn)干密度與最優(yōu)含水率試驗(yàn)干密度基本一致，碧口砂礫料風(fēng)干狀態(tài)試驗(yàn)干密度略小于最優(yōu)含水率試驗(yàn)干密度。但碧口工程19組資料統(tǒng)計(jì)比較表明，最優(yōu)含水率條件下相對(duì)于風(fēng)干狀態(tài)僅增加1.7%，基本上仍然接近試驗(yàn)誤差的控制范圍。因此，砂礫料風(fēng)干狀態(tài)的壓實(shí)性能與最優(yōu)含水率下的壓實(shí)性能基本一致。

圖6 砂礫料室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果[6-7]

圖7 實(shí)際工程筑壩砂礫料干密度隨含水率的變化[8]

砂礫料中小于5 mm顆粒的細(xì)料含量對(duì)砂礫料的壓實(shí)性能有顯著的影響，含水率對(duì)細(xì)料的意義比對(duì)粗料的意義更大。含水率對(duì)砂礫料壓實(shí)效果的影響，主要通過(guò)細(xì)料起作用。鑒于此，有必要分析含水率對(duì)細(xì)料壓實(shí)特性的影響。圖8（a）為中、粗砂干密度隨含水率的變化，從風(fēng)干狀態(tài)開(kāi)始，中、粗砂的干密度隨含水率的增大先減小后增大，存在最劣含水率，顆粒越細(xì)，其值越大。對(duì)砂土壓實(shí)性的研究，更多的集中在沙漠公路路基風(fēng)積砂的研究，圖8（b）總結(jié)了不同地區(qū)風(fēng)積砂干密度隨含水率的變化[12-15]，風(fēng)積砂干密度隨含水率增大也呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律，也存在最劣含水率和最優(yōu)含水率，最劣含水率區(qū)間大致為4.0%～8.0%。最優(yōu)含水率在12.0%以上。

圖8 砂土干密度隨含水率的變化[8，12-15]

從填筑標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法來(lái)看，對(duì)于室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)法相對(duì)密度試驗(yàn)，在最優(yōu)含水率條件下確定的砂礫料最大干密度大于風(fēng)干狀態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)密度桶法大型相對(duì)密度試驗(yàn)，風(fēng)干狀態(tài)與充分加水飽和條件下最大干密度試驗(yàn)結(jié)果基本一致，而加水條件下試驗(yàn)對(duì)最小干密度的測(cè)定有較大影響。因此，現(xiàn)場(chǎng)密度桶法采用風(fēng)干砂礫料確定砂礫料的填筑標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

在實(shí)際砂礫石壩工程建設(shè)中，有些采用加水填筑，有些采用不加水填筑。如1980年建成的最大壩高129 m的挪威Sira壩、最大壩高85 m的瑞士Satsi壩，填筑時(shí)對(duì)壩殼砂礫石加水；最大壩高為164.8 m的新疆阿爾塔什面板堆石壩，碾壓時(shí)按照填筑體積加水10.0%，采用32 t自行式振動(dòng)碾碾壓10遍。有的采用不加水填筑，如最大壩高為235 m的美國(guó)Oroxille斜心墻堆石壩，填筑時(shí)不加水，用3.5 t振動(dòng)平碾碾壓2遍；最大壩高為183 m的加拿大Bennett心墻堆石壩，填筑時(shí)不加水，用9 t振動(dòng)平碾碾壓2～8遍；最大壩高128 m的新疆大石門(mén)瀝青心墻砂礫石壩，填筑時(shí)不加水，用26 t振動(dòng)碾碾壓8遍。有些在填筑中先加水，后又中斷加水，如最大壩高134 m的印度Beas壩，對(duì)壩殼砂卵石料，初期填筑時(shí)加水量與填筑方量之比為1∶1，后來(lái)又中斷加水。

堆石壩（包括砂礫石壩）施工填筑中加水與否，既關(guān)系工程質(zhì)量和進(jìn)度，也涉及施工設(shè)備、工序、費(fèi)用等[16]，但從已有的工程實(shí)踐來(lái)看，對(duì)加水與否和加水效果的認(rèn)識(shí)，不同的人有不同的看法，并不是很清晰。《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T-5129-2013）指出，加水量是影響壓實(shí)質(zhì)量的重要因素之一，加水量通常以其巖性、細(xì)粒含量而異，工程中應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定是否加水及具體加水量。對(duì)于堅(jiān)硬石料可不加水，對(duì)于大多數(shù)石料，在無(wú)試驗(yàn)資料的情況下，一般加水量宜為填筑方量的20.0%～40.0%。《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》（SL 49-2015）規(guī)定，堆石壩填筑時(shí)需加水碾壓，天然砂礫石的加水量以填筑方量的10.0%～20.0%為宜，爆破堆石料的加水量一般為10.0%～25.0%。對(duì)于軟化系數(shù)大的新鮮堅(jiān)硬巖石的碾壓，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)論證，加水效果確實(shí)不明顯時(shí)，可不加水碾壓。

從規(guī)范規(guī)定來(lái)看，加水與否主要從巖性、風(fēng)化程度和壩料級(jí)配來(lái)考慮，總體上偏向于認(rèn)為加水對(duì)砂礫料壓實(shí)是有利的。面板堆石壩對(duì)變形控制的要求更為嚴(yán)格，在填筑時(shí)均要求對(duì)堆石料加水，僅對(duì)經(jīng)對(duì)比論證加水確實(shí)效果不明顯的新鮮堅(jiān)硬巖石，可不加水。加水的目的是使塊石表面浸水軟化、潤(rùn)滑、降低抗壓強(qiáng)度，減少顆粒間相對(duì)位移摩阻力、咬合力，在激振力作用下，提高壓實(shí)密度，減少壩體運(yùn)行期沉降量。對(duì)于碾壓式心墻土石壩，其變形控制的要求沒(méi)有面板堆石壩嚴(yán)格，對(duì)于堅(jiān)硬巖石可以不加水進(jìn)行碾壓，在填筑時(shí)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定是否加水以及加水的量。

規(guī)范加水量是以填筑方量來(lái)估算的，指的是體積加水率，在碾壓前可以根據(jù)砂礫料堆積密度換算為以質(zhì)量表示的含水率。根據(jù)比重和顆粒級(jí)配的不同，砂礫料最小干密度范圍一般為1.70g/cm3～2.10 g/cm3，碾壓前的堆積密度一般在該范圍內(nèi)，據(jù)此可估算砂礫料質(zhì)量加水率見(jiàn)表6和見(jiàn)圖9所示。由表6和圖9可知，規(guī)范規(guī)定的砂礫料體積加水率的下限在4.8%～5.9%，上限在9.5%～11.8%。已有典型工程上壩砂礫料級(jí)配常見(jiàn)的細(xì)料含量為15%～30%，可估算其最劣含水率大多在2.0%～4.0%，最優(yōu)含水率大多在6.0%～8.0%。因此，《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》（SL 49-2015）推薦的天然砂礫料的加水量以填筑方量的10.0%～20.0%控制是基本合適的，而《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T-5129-2013），在無(wú)試驗(yàn)資料情況下以填筑方量的20.0%～40.0%控制體積加水量，對(duì)砂礫料來(lái)說(shuō)過(guò)大。

表6 一定體積加水率、不同堆積密度下砂礫料的質(zhì)量加水率估算 （單位：%）

圖9 含水率與體積加水率的關(guān)系范圍

因此，砂礫料壓實(shí)中存在最劣含水率和最優(yōu)含水率，在風(fēng)干狀態(tài)或充分加水浸潤(rùn)時(shí)，壓實(shí)干密度較大。潮濕狀態(tài)時(shí)，顆粒之間產(chǎn)生假凝聚力，增加了顆粒間移動(dòng)的阻力，壓實(shí)干密度顯著降低。根據(jù)砂礫石干密度隨含水率變化的這種特點(diǎn)，在筑壩砂礫料填筑碾壓施工中，為達(dá)到較大的壓實(shí)干密度，應(yīng)避免砂礫料在最不利壓實(shí)的含水率下進(jìn)行碾壓，可在風(fēng)干狀態(tài)或者近飽和狀態(tài)進(jìn)行碾壓。即施工中當(dāng)砂礫料處于風(fēng)干狀態(tài)時(shí)，可直接進(jìn)行碾壓，不需要加水。當(dāng)砂礫料處于潮濕狀態(tài)時(shí)，宜加水改變含水率接近的最不利壓實(shí)含水狀態(tài)，改善壓實(shí)效果。從施工填筑碾壓效果來(lái)看，砂礫石壩加水與否，要結(jié)合上壩砂礫料的天然含水狀態(tài)、砂礫料的顆粒級(jí)配、砂礫石壩壩型和對(duì)填筑控制的要求等幾個(gè)方面綜合考慮。對(duì)于是否加水、加水量應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)來(lái)確定。

5 結(jié)論

（1）采用現(xiàn)場(chǎng)密度桶法確定砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用風(fēng)干砂礫料與采用完全濕潤(rùn)狀態(tài)的砂礫料所得到的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，規(guī)范采用風(fēng)干砂礫料確定砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)是合適的。采用完全濕潤(rùn)狀態(tài)的砂礫料進(jìn)行相對(duì)密度試驗(yàn)徒增試驗(yàn)工作量，且對(duì)確定最小干密度不利，更容易引入試驗(yàn)誤差。

（2）砂礫料壓實(shí)特性隨含水率的不同而不同，存在最劣含水率和最優(yōu)含水率，其值受細(xì)料含量的影響，隨細(xì)料含量的增大而增大。從風(fēng)干狀態(tài)開(kāi)始，砂礫料最大干密度隨含水率的增大先減小后增大，在細(xì)料含量為10%～30%的常見(jiàn)筑壩砂礫料級(jí)配包線范圍內(nèi)，最劣含水率為2～4%，最優(yōu)含水率為6～8%。對(duì)于砂礫石筑壩，《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》（SL 49-2015）規(guī)定的的天然砂礫料的加水量以填筑方量的10%～20%控制是基本合適的，《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T-5129-2013）推薦以填筑方量的20%～40%控制體積加水量，對(duì)砂礫料來(lái)說(shuō)過(guò)大，施工時(shí)建議取體積加水量的下限20%進(jìn)行加水控制。

（3）從施工填筑碾壓效果來(lái)看，砂礫料筑壩碾壓加水與否，要結(jié)合上壩砂礫料的天然含水狀態(tài)、砂礫料的顆粒級(jí)配、砂礫石壩壩型和對(duì)填筑控制的要求等幾個(gè)方面綜合考慮。對(duì)于是否加水、加水量應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定。對(duì)處于西北干旱地區(qū)料場(chǎng)砂礫料含水率很低的地區(qū)，對(duì)變形控制要求相對(duì)寬松的心墻壩，可以在試驗(yàn)論證的基礎(chǔ)上，在碾壓時(shí)不進(jìn)行加水。對(duì)變形控制要求嚴(yán)格的面板壩，尤其是地處高烈度區(qū)的面板砂礫石壩，在大壩填筑碾壓施工時(shí)，充分加水并保證加水的均勻性對(duì)保證大壩填筑質(zhì)量十分關(guān)鍵。