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摘 要： 結(jié)合工作經(jīng)驗論述了在水庫實際施工中土料壓實難控制的實際問題。主要從土料的顆分試驗判明土料及擊實試驗、壓實機械的比選等方面對壓實度進行全面控制，提高了水庫大壩工程質(zhì)量為今后類似工程提供工程參考資料。

關(guān)鍵詞： 水利工程；土料；壓實控制；水庫

中圖分類號： TB

文獻標(biāo)識碼： A

文章編號： 16723198（2013）06018402

1 前言

土料的壓實是保證土石壩施工質(zhì)量的關(guān)鍵。由于土是松散顆粒的集合體，其自然的穩(wěn)定性主要取決于土粒的內(nèi)摩擦力和凝聚力；而土料的內(nèi)摩擦力、凝聚力和抗?jié)B性都與土的密實性有關(guān)，密實性越大，其物理力學(xué)性能就越好。由于土體是三相體，即土體是由固相的土粒、液相的水和氣相的空氣所組成。通常土粒和水是不會被壓縮的，土料壓實的實質(zhì)是將水包裹的土粒擠壓填充到土粒間的空隙里，排走空氣占有的空間，使土料的空隙率減少，密實度提高。所以，土料壓實的過程實際上就是在外力作用下土料的三相重新組合的過程。土料的壓實效果，與土料本身的性質(zhì)、顆粒組成情況、級配特點、含水量大小以及壓實功能等有關(guān)。一般黏性土料的黏結(jié)力較大，摩擦力較小，具有較大的壓縮性，但由于其透水性小，排水困難，壓縮過程慢，所以很難達到固結(jié)壓實。而非黏性土料黏結(jié)力小，摩擦力大，具有較小的壓縮性，但由于透水性大，排水容易，壓縮過程快，能很快達到密實。土料顆粒的大小與組成也影響壓實效果。顆粒愈細，孔隙比就愈大，所含礦物分散度愈高，愈不容易壓實。所以黏性土的壓實干表觀密度低于非黏性土的壓實干表觀密度。顆粒不均勻的砂礫料比顆粒均勻的砂礫料達到的干表觀密度要大一些。土料的含水量也是影響壓實效果的重要因素之一。當(dāng)壓實功能一定時，黏性土的干表觀密度隨含水量的增加而增大，當(dāng)含水量增大到某一臨界值時，干表觀密度達到最大，此時如進一步增加土體含水量，干密度反而減小，此臨界含水量值稱為土體的最優(yōu)含水量，即相同壓實功能時壓實效果最大的含水量。對于每一種土料，在一定的壓實功能下，只有在最優(yōu)含水量范圍內(nèi)，才能獲得最大的干表觀密度，且壓實也較經(jīng)濟。非黏性土料的透水性大，排水容易，不存在最優(yōu)含水量，故對含水量不作專門控制。壓實功能的大小，也影響著土料干表觀密度的大小。壓實功能增大，干表觀密度也隨之增大，而最優(yōu)含水量隨之減小。說明同一種土料的最優(yōu)含水量和最大干表觀密度，隨壓實功能的改變而變化，一般說來，增加壓實功能可增加干表觀密度，這種特性對于含水量過低或過高的土料更為突出。

2 土料壓實方式比選

土料不同其物理力學(xué)性質(zhì)也不相同，因而使之密實的作用外力也不相同。對于黏性土來說，黏性土料的黏結(jié)力是主要的，這就要求壓實作用外力能夠克服其黏結(jié)力；對于砂性土料、石渣料、礫石料等非黏性土料，其內(nèi)摩擦力是主要的，要求壓實作用外力能克服顆料間的內(nèi)摩擦力。不同的壓實機械產(chǎn)生的壓實作用外力不同，按其作用原理，大體上可以分為碾壓、夯擊和振動三種基本類型。碾壓的作用力是靜壓力，其大小不隨作用時間變化。夯擊的作用力為瞬時動力，具有瞬時脈沖作用，其大小隨時間和落高而變化。振動的作用力為周期性的重復(fù)動力，其大小隨時間呈周期性變化，振動周期的長短，隨振動頻率的大小而變化。常用的土料壓實機械有羊腳碾、氣胎碾、振動碾和夯實機械等。

（1）氣胎碾：氣胎碾是一種拖式碾壓機械，分單軸和雙軸兩種.如圖所示是單軸氣胎碾.單軸氣胎碾的主要構(gòu)造是由裝氣胎碾載荷載的金屬車箱和裝在軸上的4～6個充氣輪胎組成.碾壓時在金屬車廂內(nèi)加載同時將氣胎充氣至設(shè)計壓力.為避免氣胎損壞，停工時用千斤頂將金屬車箱頂起，并把胎內(nèi)的氣放出一些。氣胎碾的適應(yīng)范圍廣，對黏性土和非黏性土都能壓實，在多雨地區(qū)或含水量較高的土料更能突出它的優(yōu)點。其與羊腳碾聯(lián)合作業(yè)效果更佳。

（2）羊腳碾：羊腳碾就是在碾壓滾筒表面設(shè)有交錯排列的截頭圓錐體，狀如羊腳，僅適用于黏性土的壓實。碾壓時，羊腳插入土料內(nèi)部，使羊腳底部土料受到正壓力，羊腳四周側(cè)面土料受到擠壓力，碾筒轉(zhuǎn)動時，土料受到羊腳的揉搓力，從而使土料層均勻受壓。對于非黏性土料，由于土顆粒易產(chǎn)生豎向及側(cè)向移動，故而碾壓效果較差。進退錯距法。即沿直線前進后退壓實，反復(fù)行駛，達到要求后錯距，重復(fù)進行。此種方式壓實質(zhì)量好，遍數(shù)好控制，但后退操作不便，適用于狹窄的工作面；回轉(zhuǎn)套壓法。即先沿填土一側(cè)開始，逐圈錯距以螺旋形開行，逐漸移動進行壓實，機械始終前進開行，生產(chǎn)率高，適用于寬闊的工作面，并可多臺羊腳碾同時前進工作。但拐角處及錯距交叉處易產(chǎn)生重壓和漏壓。當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑小時，容易引起土層扭曲，產(chǎn)生剪力破壞，在轉(zhuǎn)彎的四角容易漏壓質(zhì)量難以保證。

（3）夯實機械：夯實機械是利用夯實機具的沖擊力來壓實土料的，既可以用來夯實砂礫土料，也可用來夯實黏性土料，常用的機械有挖掘機夯板和強夯機。挖掘機夯板是一種用起重機械或正向鏟挖掘機改裝而成的夯實機械。夯板多為圓形或方形，面積約1m2，重量為1～2t，提高高度為3～4m，利用沖擊作用對土體進行壓實。其主要優(yōu)點是壓實功能大，生產(chǎn)率高，有利于雨期、冬期施工。當(dāng)石塊直徑大于500mm時，工效大大降低，壓實黏性土料時，表層容易發(fā)生剪切破壞。強夯機是由高架起重機和鑄鐵塊或鋼筋混凝土塊做成的夯砣組成。夯砣的重量一般為10～40t，由起重機提升10～40m高后自由下落沖擊土層，影響深度達4～5m。壓實效果好，生產(chǎn)率高，用于雜土填方、軟基及水下地層。

（4）振動碾：振動碾是一種具有靜壓和振動雙重功能的復(fù)合型壓實機械，它是由起振柴油機帶動碾滾內(nèi)的偏心軸旋轉(zhuǎn)，通過連接碾面的隔板，將振動力傳至碾滾表面，然后以壓力波的形式傳到土體內(nèi)部。適用于非黏性土料和黏粒含量、含水量不高的黏性土料的壓實。振動碾可以有效地壓實堆石體、砂礫料和礫質(zhì)土，是土壩砂殼、堆石壩碾壓必不可少的工具。在振動力的作用下，土中的應(yīng)力可提高4～5倍，壓實層達1m以上，有的高達2m。

3 土料壓實質(zhì)量控制措施

土石料壓實得越好，物理力學(xué)性能指標(biāo)就越高，壩體填筑質(zhì)量就越有保證。但土石料的過分壓實，不僅提高了壓實費用，而且會產(chǎn)生剪切破壞，反而達不到應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟效果。因此，應(yīng)確定合理的壓實標(biāo)準(zhǔn)。一般，黏性土的壓實標(biāo)準(zhǔn)主要是以壓實干表觀密度帕和施工含水量這兩個指標(biāo)來控制的；非黏性土料是以相對密度來控制的；而石渣或堆石體則可用孔隙率作為壓實指標(biāo)。

（1）黏性土料：壓實干表觀密度黏性土料的壓實干表觀密度常用擊實試驗來確定。這種方法對大多數(shù)黏性土料是合理的、適用的。但是，土料的塑限含水量、黏粒含量不同，對壓實度都有一定影響，非黏性土料的壓實程度與顆粒級配及壓實功能關(guān)系密切。

（2）施工含水量：施工含水量是由標(biāo)準(zhǔn)擊實條件時的最大干表觀密度確定的，但最大干表觀密度對應(yīng)的最優(yōu)含水量是一個點值。而實際的天然含水量總是在某一范圍內(nèi)變化，為適應(yīng)施工的要求，必須圍繞最優(yōu)含水量規(guī)定一個范圍，即含水量的上下限。

（3）相對密度與干袁觀密度換算：在現(xiàn)場用相對密度來控制施工質(zhì)量不太方便，通常將相對密度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的干表觀密度來控制，其大小按非黏性土不同礫石含量，分別確定不同標(biāo)準(zhǔn)。

（4）土料壓實參數(shù)的確定：在確定土料壓實參數(shù)前必須對土料場進行充分調(diào)查，全面掌握各料場土料的物理力學(xué)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上選擇具有代表性的料場進行現(xiàn)場試驗，作為施工過程的控制參數(shù)。當(dāng)所選料場土性差異較大時，應(yīng)分別進行碾壓試驗。如試驗不能完全與施工條件吻合，在確定壓實標(biāo)準(zhǔn)的合格率時，應(yīng)略高于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。土料填筑壓實參數(shù)主要包括碾壓機具的重量、含水量、碾壓遍數(shù)及鋪土厚度等，對于振動碾還應(yīng)包括振動頻率及行走速率等。壓實試驗前，應(yīng)選擇具有代表性的料場，通過理論計算并參照已建類似工程的經(jīng)驗，初選幾種碾壓機械和擬定幾組碾壓參數(shù)，采用逐步收斂法進行試驗。先以室內(nèi)試驗確定的最優(yōu)含水量進行現(xiàn)場試驗。

4 結(jié)束語

通過對水庫大壩不均勻土料填筑過程的壓實控制最大干密度變化范圍較大的情況時應(yīng)根據(jù)實據(jù)情況查明土料的干密度及組成的變化范圍，在土石方填筑施工過程中不易采用一個固定的干密度值進行控制遇到土料場土料分布不均勻合理的確定出切實實際的、有利于工程進展的壓實控制指標(biāo)。根據(jù)施工實踐經(jīng)驗會隨著土料場開采深度的加大而增大但我們的目的是使土料最終的填筑密度均值能達到設(shè)計要求。

參考文獻

[1] 李朝政，李偉，陳江.苗尾水電站心墻防滲土料壓實質(zhì)量檢測方法及控制標(biāo)準(zhǔn)[J].水力發(fā)電，2011，（10）：5153.