接触黏土料室内击实功与现场碾压功的匹配关系研究

车维斌，江万红

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究背景

目前，国内超过200m的高心墙土石坝与盖板搭接材料一般选择接触黏土料。糯扎渡、长河坝、两河口工程是目前高心墙土石坝施工的典型代表，糯扎渡、长河坝已建成，两河口已开工建设。

土石坝接触土料通常用于防渗心墙料与坝肩接触部位以及心墙与混凝土构件接触部位易发生应力集中的区域，作为协调软、硬两种不同介质不同变形的“填充剂”，通过自身较强的塑性变形能力，调整和适应坝体的变形。由于在坝体中的功能及作用，要求这类黏土材料不仅具有一定的柔塑性、缓冲性和黏韧性，还要求其具有满足工程的防渗抗渗性。

两河口大坝接触黏土料根据填筑施工技术要求，在两岸高程2640m～2845m之间为可能发生较大剪切变形区域，其压实度和含水率控制标准为(采用普氏604kJ/m3击实功)：压实度为94%～100%，含水率为Wop+1%～Wop+3.5%，但结合前期检测资料及现场压实质量，接触黏土在碾压后存在错台、龟裂、压实度易超标(超过设计要求压实度指标)等问题持续困扰现场工程施工，进而影响工程质量评定，经过初步分析，主要是因为室内击实功和现场碾压功不匹配造成的。为解决这一问题，本文采用现场碾压试验和室内标准击实试验来研究室内击实功和现场碾压功的匹配关系。

2 现场碾压试验

2.1 现场碾压试验

铺料厚度采用30cm，碾压设备采用18t自行式振动平碾，行车速度按2.5±0.5km/h控制。接触黏土料铺料厚度、不同含水率、碾压遍数组合见表1。

表1 铺料厚度、碾压遍数、土料含水率试验组合

2.2 现场碾压试验场地

试验场地以满足试验要求为目的，选定1#掺拌场4#仓作为碾压试验场地，场地坚实平整，满足碾压试验场地的技术要求。

2.3 料源检测

接触黏土料碾压试验用料，在碾压前对含水率、颗粒级配进行试验检测，见表2和表3。

表2 颗粒级配试验结果统计

表3 含水率试验结果统计(WOP-2%、WOP、WOP+2%)

2.4 沉降测量

为保证沉降观测准确，在振动碾振动影响范围之外的碾压场附近设置2个测量基准点，在碾压试验单元内以1.2m×1.2m的方格网布置沉降测点。测量按照GB 50026有关条款规定进行，每完成2遍碾压，对试验单元内全部测点进行一次高程测量，整个场次碾压完成后的数据为一个场次。不同碾压遍数下的沉降量及沉降率见表4，沉降率与碾压遍数关系曲线见图1。

表4 各级碾压遍数下的沉降量及沉降率

图1 沉降率与碾压遍数关系曲线

2.5 试验检测成果

本次试验共有3个组合，碾压后每个组合取现场密度18组，其检测汇总结果见表5和图2。

表5 最大干密度及最优含水试验结果统计

图2 不同含水率与干密度关系曲线

从本次试验结果分析可知：接触黏土料碾压功(碾压遍数)对最大干密度的影响较大，同一含水率下随碾压功(碾压遍数)的增加，最大干密度也随之增大；含水率对干密度的影响也较大，同一碾压功下随含水率的增加，干密度也随之增大，当达到最优含水率时，密度达到最大干密度，超过最优含水率时，干密度降低。

3 室内不同击实功下最大干密度与最优含水率研究

对接触黏土料进行了室内不同击实功能与不同单位冲量下的系列击实试验，建立不同单位面积冲量、击实功与最大干密度和最优含水率之间的关系。

3.1 试验设备及试验参数

本次采用普巴绒土料场的接触黏土料，进行不同击实功与不同冲量(单位面积冲量采用3kN·s/m2和7kN·s/m2)下的击实试验，来建立击实功与最大干密度及最优含水率关系之间的关系。

本次试验采用的击实仪参数详见表6。

表6 击实仪参数

对所取接触黏土料进行了单位面积冲量为3kN·s/m2和7kN·s/m2的2种冲量，共计10种不同击实功的击实试验，同时进行平行试验，具体试验参数见表7。

表7 击实试验参数

3.2 试验成果分析

本次试验内径为φ102mm和φ152mm的击实仪分别进行了10组击实试验，对应的单位面积冲量分别为3kN·s/m2和7kN·s/m2的2种仪器尺寸共计进行了20组击实试验。

3.2.1φ102mm击实仪试验成果分析

单位面积冲量为3kN·s/m2时，击实试验结果详见图3和图4，成果分析如下：

(φ102mm×116mm平行1，单位面积冲量3kN·s/m2)

(φ102mm×116mm平行2，单位面积冲量3kN·s/m2)

(1)单位体积击实功为595kJ/m3时，最大干密度分别为1.805g/cm3、1.804g/cm3，平均值为1.805g/cm3，最优含水率分别为17.1%、17.2%，平均值为17.2%。

(2)单位体积击实功为1040kJ/m3时，最大干密度分别为1.826g/cm3、1.834g/cm3，平均值为1.830g/cm3，最优含水率分别为16.4%、16.3%，平均值为16.4%。

(3)单位体积击实功为1470kJ/m3时，最大干密度分别为1.849g/cm3、1.851g/cm3，平均值为1.850g/cm3，最优含水率分别为15.7%、15.5%，平均值为15.6%。

(4)单位体积击实功为2080kJ/m3时，最大干密度分别为1.879g/cm3、1.883g/cm3，平均值为1.881g/cm3，最优含水率均为14.6%。

(5)单位体积击实功为2690kJ/m3时，最大干密度分别为1.903g/cm3、1.904g/cm3，平均值为1.904g/cm3，最优含水率分别为13.5%、13.8%，平均值为13.7%。

从试验结果分析：采用单位面积冲量为3kN·s/m2时(内径为φ102mm)，该接触黏土料随着击实功的增大，最大干密度也同时增大，最优含水率减小。

3.2.2φ152mm击实仪试验成果分析

单位面积冲量为7kN·s/m2时，击实试验结果详见图5和图6，成果分析如下：

(φ152mm×116mm平行1，单位面积冲量7kN·s/m2)

(φ152mm×116mm平行2，单位面积冲量7kN·s/m2)

(1)单位体积击实功为595kJ/m3时，最大干密度分别为1.795g/cm3、1.796g/cm3，平均值为1.796g/cm3，最优含水率分别为16.8%、16.9%，平均值为16.9%。

(2)单位体积击实功为1040kJ/m3时，最大干密度分别为1.825g/cm3、1.826g/cm3，平均值为1.826g/cm3，最优含水率分别为16.1%、16.0%，平均值为16.1%。

(3)单位体积击实功为1470kJ/m3时，最大干密度均为1.854g/cm3，最优含水率分别为15.1%、15.2%，平均值为15.2%。

(4)单位体积击实功为2080kJ/m3时，最大干密度均为1.882g/cm3，最优含水率分别为14.3%、14.2%，平均值为14.3%。

(5)单位体积击实功为2690kJ/m3时，最大干密度分别为1.904g/cm3、1.906g/cm3，平均值为1.905g/cm3，最优含水率均为13.5%。

从试验结果分析：采用位面积冲量为7kN·s/m2时(内径φ152mm)，该接触黏土料随着击实功的增大，最大干密度也同时增大，最优含水率减小。

总之，针对该次所取接触黏土料进行的不同参数的击实试验研究规律为：随着击实功的增大，最大干密度也同时增大，最优含水率相对减小，两者基本接近线性关系。

4 试验成果分析

对现场碾压功接触黏土最大干密度及最优含水率与室内不同击实功得到的最大干密度与最优含水率试验成果进行统计，对不同方法试验成果汇总进行对照比较分析，对相应匹配关系进行评价，可以得出适合性的结论。具体成果见表8。

表8 接触黏土料室内击实功与现场碾压功匹配

经对以上数据统计分析：接触黏土在室内击实功能595kJ/m3、1040kJ/m3、1470kJ/m3条件下的最大干密度，分别与现场碾压4遍、6遍、8遍下的最大干密度相对应。

5 结论

通过对接触黏土料室内击实功与现场碾压功试验深化研究，可以得出如下结论：

(1)随着击实功的增加，最大干密度增大，最优含水率随击实功的增加而降低，击实功与最大干密度基本成正比线性关系，击实功与最优含水率基本成反比线性关系。

(2)接触黏土料击实功对最大干密度的影响较大，整体规律随击实功的增大，最大干密度也增大，最优含水率降低。单位面积冲量为3kN·s/m2和单位面积冲量为7kN·s/m2时的击实结果，对最大干密度及最优含水率的影响变化不明显。

(3)接触黏土料碾压功(碾压遍数)对最大干密度的影响较大，同一含水率下随碾压功(碾压遍数)的增加，最大干密度也随之增大；含水率对干密度的影响也较大，同一碾压功下随含水率的增加，干密度也随之增大，当达到最优含水率时密度达到最大干密度，超过最优含水率时，干密度降低。

(4)若以室内击实功595kJ/m3、1040kJ/m3、1470kJ/m3为所选择的击实功要求，各击实功条件下的最大干密度分别与现场18t自行式振动平碾对黏土静碾4遍、6遍及8遍条件下的最大干密度相匹配。

(5)在实际填筑时，应考虑现场接触黏土填筑时含水率为偏湿状态，应结合实际压实度要求与填筑含水率范围综合考虑，提高室内击实功以确定最优含水率，或直接降低含水率控制范围。