譚峰屹，鄒榮華，龔壁衛(wèi)，宋建平，龔 泉

（長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010）

新鄉(xiāng)潞王墳膨脹巖試驗段位于南水北調中線工程總干渠第Ⅳ渠段，在新鄉(xiāng)市潞王墳鄉(xiāng)政府附近，長1．5 km。本渠段渠坡巖性多由黏土巖和泥灰?guī)r組成，局部為砂巖或砂礫巖，巖性巖相變化較大。該渠段黏土巖以中等膨脹性為主，局部為強膨脹，成巖程度差；泥灰?guī)r以弱膨脹為主，上部膠結較好，下部稍差。

本試驗段渠坡處理主要采用土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料、換填黏性土料和土工袋裝填泥灰?guī)r開挖料等處理措施。需針對不同的處理措施開展現(xiàn)場碾壓試驗，研究填料的壓實性能，提出相應處理措施的施工工藝和施工參數，如碾壓機械、碾壓遍數、攤鋪方法、鋪層厚度等，確定施工壓實質量控制指標，以優(yōu)化設計和指導試驗段處理層施工［1］。

1 土工格柵 ＋泥灰?guī)r開挖料碾壓試驗

土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料振動平碾碾壓試驗采用18t的振動平碾碾壓，鋪土厚度分別為40cm、50cm和60cm，研究最優(yōu)鋪土厚度和最優(yōu)碾壓遍數。碾壓試驗的試驗內容如表1所示。

1．1 材料性能

碾壓試驗土工格柵采用耐久性能／耐溫性能／施工性能良好的HDPE單向土工格柵，其力學性能成果如表2所示。

檢測成果表明，碾壓試驗所用的土工格柵強度和延伸率滿足試驗要求。

泥灰?guī)r基本物理性能指標如表3所示。

表1 不同鋪厚、18 t振動平碾碾壓試驗參數組合Table 1 Parameter combination of 18ton vibrating roller compaction test under different layer thicknecses for geogrid with marlite

表2 土工格柵力學性能成果表Table 2 Test results of geogrid mechanical property

表3 泥灰?guī)r基本物理性能指標表Table 3 Physical properties ofmarlite

試驗成果表明，泥灰?guī)r的顆粒組成以粉粒、黏粒為主，含有少量砂粒和礫。礫含量（5．0～2．0 mm）為5．4% ～5．8%，砂粒含量（2．0～0．075 mm）為5．9% ～6．3%，粉粒含量（0．075～0．005 mm）為30．0% ～38．1%，黏粒含量（＜0．005 mm）為50．6% ～57．9%。泥灰?guī)r顆粒相對密度為2．7，液限39．9%，塑限16．7%，塑性指數23．2，自由膨脹率51．1% ～53．0%，屬弱膨脹性［2］。

泥灰?guī)r回填擊實試驗采用重型擊實儀，干土法制樣［3］，其最大干密度為1．98 g／cm3，最優(yōu)含水率為12．0%。

1．2 碾壓機械型號參數

碾壓試驗中采用的機械分別為山東常林集團有限公司生產的單鋼輪機械式振動壓路機、廈工集團三明重型機械有限公司生產的單鋼輪機械式振動壓路機和進口單鋼輪機械式振動壓路機；振動凸塊碾采用廈工集團三明重型機械有限公司生產的單鋼輪機械式振動壓路機。各振動壓路機性能參數如表4所示。

表4 振動壓路機型號參數Table 4 Types and parameters ofmachines for roller compaction

1．3 18 t平碾碾壓試驗成果

1．3．1 沉降量

在18 t振動平碾碾壓和不同鋪厚條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的沉降觀測成果如表5所示。

表5 不同碾壓遍數時的沉降值Table 5 Settlements of geogrid withmarlite in different compaction times

表5表明，在18 t振動平碾碾壓和不同鋪厚條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的沉降速率隨著碾壓遍數的增加而減小。

鋪厚40 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓1～8遍時的沉降速率為5．2 mm／遍，碾壓至8遍時的平均壓實沉降量為41．5 mm；碾壓8～14遍時的沉降速率為0．8 mm／遍，碾壓至14遍時的平均壓實沉降量為46．0 mm。

鋪厚50 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓1～6遍時的沉降速率為6．6 mm／遍，碾壓至6遍時的平均壓實沉降量為39．8 mm；碾壓6～8遍時，沉降速率為3．8 mm／遍，碾壓至8遍時的平均壓實沉降量為47．3 mm；碾壓 8～14遍時，沉降速率為1．5 mm／遍，碾壓至14遍時的平均壓實沉降量為56．3 mm。

鋪厚60 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓1～6遍時的沉降速率為8．5 mm／遍，碾壓至6遍時的平均壓實沉降量為51．0 mm；碾壓6～14遍時，沉降速率為2．0 mm／遍，碾壓至14遍時的平均壓實沉降量為67．2 mm。

1．3．2 密度和含水率

在18 t振動平碾碾壓和不同鋪厚條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的密度和含水率檢測成果如表6所示。

表6 不同鋪土厚度時檢測成果表Table 6 Test results of geogrid with marlite with different soillayer thicknesses

表6表明：鋪厚為40 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓 8～14遍時的干密度為1．83～1．98 g／cm3，碾壓至 14遍時，干密度達到最大為1．98 g／cm3；鋪厚為50 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓8～14遍時的干密度為1．81～1．93 g／cm3，碾壓至14遍時，干密度達到最大為1．93 g／cm3；鋪厚為60 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓8～14遍時的干密度為1．76～1．89 g／cm3，碾壓至 14遍時，干密度達到最大為1．89 g／cm3。

不同鋪厚和不同碾壓遍數時，泥灰?guī)r開挖料的含水率基本在最優(yōu)含水率附近。

1．3．3 滲透系數

在18 t振動平碾碾壓和不同鋪厚條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的滲透系數的檢測成果如表6所示。表6表明，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料滲透系數隨碾壓遍數的增加逐漸減小。

鋪厚為40 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓8～12遍時的滲透系數為5．72×10－6～1．78×10－5cm／s，碾壓至12遍時，滲透系數最小為5．72×10－6cm／s；鋪厚為50 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓8～14遍時的滲透系數為6．48×10－6～1．39×10－5cm／s，碾壓至 10遍時，滲透系數最小為6．48×10－6cm／s；鋪厚為 60 cm的土工格柵 ＋泥灰?guī)r開挖料，碾壓8～14遍時的滲透系數為2．98×10－5～4．72×10－5cm／s，碾壓至 14遍時，滲透系數最小為2．98×10－5cm／s。

鋪厚60 cm時的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料滲透系數明顯高于鋪厚40和50 cm的土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料滲透系數。這表明鋪厚60 cm時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料不易壓實，滲透系數較大。

上述分析表明：18 t振動平碾碾壓時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的最優(yōu)鋪厚為50 cm，最優(yōu)碾壓遍數為12±2遍。

1．4 不同平碾碾壓試驗成果

在1．3節(jié)的基礎上，進行 16，18，20 t振動平碾碾壓機械的碾壓試驗，研究在最優(yōu)鋪土厚度和最優(yōu)碾壓遍數（±2遍）條件下，不同處理措施的壓實效果。試驗方案如表7所示，碾壓機械如表4所示。

表7 不同碾壓機械碾壓試驗參數組合Table 7 Parameter combination of different roller compaction machines for geogrid marlite

1．4．1 沉降量

在50 cm鋪厚和不同工作質量振動平碾條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料碾壓試驗沉降觀測成果如表8所示。

表8表明：在50 cm鋪厚和不同工作質量振動平碾條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的沉降速率隨著碾壓遍數的增加而減小。

在16 t振動平碾條件下，碾壓1～4遍時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的沉降速率為5．3 mm／遍，碾壓至4遍時的平均壓實沉降量為21．0 mm；碾壓4～10遍時，沉降速率為3．8 mm／遍，碾壓至10遍時的平均壓實沉降量為44．0 mm；碾壓10～14遍時，沉降速率為1．5 mm／遍，碾壓至14遍時的平均壓實沉降量為50．0 mm。

表8 50 cm鋪厚、不同工作質量時的沉降量Table 8 Settlements of geogrid withmarlite of50 cm thickness under differentworking qualities geogrid with marlite

在20 t振動平碾條件下，碾壓1～4遍時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料沉降速率為9．8 mm／遍，碾壓至4遍時的平均壓實沉降量為39．2 mm；碾壓4～10遍時，沉降速率為3．2 mm／遍，碾壓至8遍時的平均壓實沉降量為58．2 mm；碾壓10～12遍時，沉降速率為0．4 mm／遍，碾壓至12遍時的平均壓實沉降量為59．0 mm。

1．4．2 密度和含水率

在50 cm鋪土厚度和不同工作質量振動平碾碾壓條件下，試驗土體的密度和含水率檢測成果如表9所示。

表9 不同碾壓機械時檢測成果表Table 9 Test results of geogrid withmarlite with different compactionmachines

表9表明：在16 t振動平碾條件下，碾壓10～14遍時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的干密度為1．63～1．65 g／cm3，碾壓至 12遍時，干密度最大為1．65 g／cm3；在20 t振動平碾條件下，碾壓8～12遍時，土工格柵 ＋泥灰?guī)r開挖料的干密度為1．89～1．90 g／cm3，碾壓至10遍時，干密度為1．90 g／cm3。

在不同工作質量振動平碾和不同碾壓遍數的條件下，泥灰?guī)r開挖料含水率在最優(yōu)含水率附近。

1．4．3 滲透系數

在不同工作質量振動平碾碾壓條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的滲透系數檢測成果如表9所示。表9表明，滲透系數隨碾壓遍數的增加逐漸減小。

在16 t振動平碾條件下，碾壓10～14遍時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的滲透系數為8．37×10－5～3．55×10－4cm／s，碾壓至 14遍時，滲透系數最小為8．37×10－5cm／s；在20 t振動平碾條件下，碾壓8～12遍時，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的滲透系數為1．80×10－6～4．10×10－6cm／s，碾壓至 8遍時，滲透系數最小為4．10×10－6cm／s。

綜上所述，在采用18 t以上的振動平碾、鋪厚50 cm和碾壓12遍的條件下，土工格柵＋泥灰?guī)r開挖料的壓實度能達到95%以上，壓實效果較好。

2 換填黏性土料碾壓試驗

換填黏性土料振動平碾碾壓試驗采用18 t的振動平碾碾壓，鋪土厚度分別為25，35，45 cm，研究最優(yōu)鋪土厚度和最優(yōu)碾壓遍數。試驗內容如表10所示，試驗成果如表11和表12所示。

表10 不同鋪厚、18 t振動平碾碾壓試驗參數組合Table 10 Parameters combination of18ton vibrating roller compaction testwith different soillayer thicknessesfor backfilling clay

表11 18 t振動平碾、不同碾壓遍數時的沉降量Table 11 Settlements of backfilling clay with 18ton vibrating roller compaction and different compaction times

以上成果表明，在18 t振動平碾條件下，換填黏性土料的最優(yōu)鋪土厚度為35 cm，最優(yōu)碾壓遍數為12遍。

在此基礎上，進行了不同功能碾壓機具的對比試驗，分別比較了在鋪厚35 cm以及16，18，20 t振動平碾和20 t振動凸塊碾條件下，換填黏性土料的碾壓效果。試驗成果如表13和表14所示。

綜上所述，在采用18 t以上的振動凸塊碾、鋪土厚度小于35 cm和碾壓12遍的條件下，換填黏性土料的壓實度能達到100%，壓實效果較好。

表12 18 t振動平碾、不同鋪厚時檢測成果表Table 12 Test results of backfilling clay with 18ton vibrating roller compaction and different layer thicknesses

表13 不同碾壓機械、不同碾壓遍數時的沉降量Table 13 Settlements of backfillwith clay with different compaction times and with different compaction machines

3 土工袋＋泥灰?guī)r開挖料碾壓試驗

在不同土工袋（80．0%和100．0%充填率）、鋪土厚度40 cm以及18 t的振動平碾的條件下，研究土工袋＋泥灰?guī)r開挖料振動平碾的最優(yōu)鋪土厚度和最優(yōu)碾壓遍數。為此，進行了不同功能碾壓機具的對比試驗，分別比較了在不同土工袋（100．0%充填率）、鋪厚40 cm以及不同工作質量振動平碾的條件下，土工袋＋泥灰?guī)r開挖料的碾壓效果。

研究表明，在大土工袋100%充填率、18 t以上的振動平碾和碾壓12遍的條件下，土工袋＋泥灰?guī)r開挖料的壓實度能達到90%以上，壓實效果較好［1］。

表14 不同碾壓機械、35 cm鋪厚時檢測成果表Table 14 Test results with different compactionmachines and 35cm layer thickness

4 泥灰?guī)r開挖料膨脹性能試驗

根據《南水北調中線一期工程總干渠初步設計明渠土建工程技術規(guī)定》（NSBD－ZGJ－1－21），填筑渠段壓實度不小于0．98。對于膨脹性巖土，則未作相應規(guī)定，而用膨脹性巖土作為填筑材料，填筑后的膨脹性能是一個十分關鍵的控制因素。為此，在室內針對不同壓實度的膨脹巖開挖料，進行了膨脹變形和膨脹力試驗，以分析在不同密度條件下，土體的膨脹性能，為土工格柵、土工袋等處理措施中的填料碾壓控制標準提供分析依據。

泥灰?guī)r膨脹性能指標如表15所示。

表15 泥灰?guī)r膨脹性能指標表Table 15 Expansive physical indexes ofmarlite

試樣制備完全按照現(xiàn)場的顆粒級配、控制含水率進行，表15表明：當干密度逐漸增加時，泥灰?guī)r的膨脹力、無荷膨脹率均逐漸增大。尤其當壓實度超過90%以后，無荷膨脹率或膨脹力均發(fā)生了較大的增長。

綜上所述，泥灰?guī)r開挖料用作回填材料時，壓實度宜控制在90%左右。

5 碾壓施工參數建議

根據上述碾壓試驗成果、實際工程效果，以及施工工藝研究初步成果，提出土工格柵、土工袋、換填黏性土3種處理措施的施工參數和施工質量控制標準建議分別如表16和表17所示。

表16 碾壓施工參數建議表Table 16 Recomendatory parameters of roller compaction construction

表17 施工質量控制標準建議表Table 17 Recommendatory Indexes of construction quality control

6 結 論

針對換填黏性土料、土工格柵＋開挖料回填和土工袋＋開挖料回填等不同處理措施，比選、研究了不同碾壓機械、鋪土層厚、碾壓遍數條件下的壓實效果。結合室內試驗分析，提出了不同處理措施的施工碾壓參數和施工壓實質量控制指標。碾壓試驗成果為設計單位合理制訂設計方案、施工單位選取適當的施工機具和碾壓施工參數，以及確定施工質量控制等工作提供了科學的有效的依據。

［1］ 長江科學院．南水北調中線工程總干渠膨脹巖（土）試驗段碾壓試驗報告［R］．武漢：長江科學院，2008．

［2］GBJ112 87，膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范 ［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988．

［3］GB／T50123 1999，土工試驗方法標準 ［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999．