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摘要：某河床砂砾料被广泛用于道路填筑料，便于开采运输。某水库工程道路填筑用料为河床砂砾料，该料含砂较多，砾石粒径在5-400mm之间。本文通过试验，结合工程实例，提出了一种针对该工程的合理碾压方法，并验证了该碾压方法的合理性和可靠性。
关键词：水利工程；砂砾料；碾压试验；相对密度
1工程概况
山口水电站工程位于新疆某河干流上，是一座承担反调节任务、兼顾发电的综合利用工程。工程规模为大(2)型，总库容水量1.21亿m3，装机容量140MW，坝型采用混合坝，分为碾压混凝土坝和粘土心墙坝，最大坝高51m。粘土心墙坝与碾压混凝土重力坝采用嵌入式连接方式。粘土心墙坝道路填筑材料为当地砂砾石料，主要对水库运行起连接作用。
目前，砂砾料填筑的压实标准用相对密度来控制，施工前先通过室内试验确定填筑料的最大和最小干密度，然后用压实系数通过换算公式计算出相对密度，进行施工现场的道路压实度控制。确定砂砾料的相对干密度还没有一个完整、成熟的确定方法，不便于进行现场碾压的控制。《土工试验规程》( SL237 - 1999 )[1]中规定了粒径小于60 mm 的粗粒土的相对密度试验方法。该方法虽然对大于60 mm 粒径的土料试验提出了可采用剔除法、等量代替法、相似级配法、混合法等方法，但同时也指出这几种方法各有一定的局限性，要求在使用时要根据土料性质和试验项目来决定。工程实践证明，这些方法确有不足之处，难以满足工程实际的需要。因此，为了确定具体工程道路的碾压密实度，需要针对不同的工程，采用不同的碾压方法，以取得较好的压实效果。
2 试验内容和方法
确定不同含水量、不同级配填料的最大和最小干密度，进而确定其相对干密度。因料场水面以上部分的砂砾料砾石含量大多为85%～96%，为确保道路填筑相对密度曲线的完整性[3]。在料场人工现场配制不同比例的填筑料，现场进行碾压试验，以取得较为合理、便于操作的填筑料密度。根据振动压实理论，强振即低频高振幅振动，具有很强的穿透能力，影响深度大，有利于填筑料结构层中间到底层的压实；弱振即高频振动具有较高的能量，一般有利于填筑料结构层中间到表面的压实。振动使被压实材料内产生振动冲击，被压实材料在振动冲击的作用下，由静止的初始状态过渡到运动状态，使压实材料之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐步进入到动摩擦状态。被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的间隙，在振动冲击作用下，较大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充，较小颗粒的间隙由水分或空气来填充。砂砾料压实程度示意见图1。
图1 砂砾料压实程度示意图
在现场进行控制时，确定不同含水量、不同级配填筑料的最大和最小干密度的方法不尽相同。通常采用的方法有：埋桶法、灌水法、灌砂法等等。
砂砾含量及其颗粒级配、力学性质是由其颗粒组成、颗粒形状、矿物成分所决定的，而颗粒组成则是影响土的力学性质的主要因素。砂砾料的级配好，则压实性能好，可以得到较高的干密度和较大的抗剪强度。
通常认为不均匀系数达到30～100为级配良好的土料。如图2所示，是该工程库区某区域的砂砾料颗粒分析曲线，其不均匀系数为74.8，曲率系数为5.6。从颗粒分析曲线和其不均匀系数可以看出，该砂砾料为级配良好的土料，适合道路填筑。
图2 某种级配良好的砂砾料的颗分曲线
3 最大、最小干密度与相对密度的关系
在实际的工程中，对最大干密度、最小干密度与相对密度的理解是非常重要的。因为，我们在工程现场是通过相对密度来控制道路的压实程度的，而相对密度这个指标，是通过最大、最小干密度通过公式(1)来进行确定的。
(1)
公式(1)中，为相对密度；为最大干密度；为最小干密度；为相对于密实度的相对干密度。
为了比较清楚的体现最大、最小干密度与相对密度的关系，我们分别绘制最大干密度曲线和最小干密度曲线，然后绘制相对密度曲线，最后进行这三种曲线的对比，得出三者之间的关系。
最大、最小干密度曲线绘制：以干密度为纵坐标砾石率为横坐标，绘制干密度与砾石率的关系曲线。本次试验共40组，曲线绘制时根据多数点分布情况绘制成平滑的相关曲线。根据分析整理后的数据绘制成“砂石含量—最大干密度”曲线、“砂石含量—最小干密度”曲线。曲线首先经Excel表自动绘图功能拟合出来，而后经人工进行修正。
有了以上的分析，就可以通过现场碾压试验，来确定道路填筑的碾压参数：铺料厚度、碾压变数以及含水率。最终该工程确定的碾压参数为：铺料厚度为0.5m，碾压变数为8遍，采用18t的振动碾碾压。
4 结论
通过实践发现，在碾压振动时颗粒间的相对位置虽然发生变化，出现了相互填充现象，但較大颗粒间形成的间隙完全由较小颗粒来填充，而是由较大颗粒搭棚咬合在一起。因此，在现场碾压中，通常的碾压顺序包括初压、复压、终压三个步骤。初压是为了稳定混合料并使其具有一定的密实度，从而获得较强的承载能力，使大吨位碾压机械进行复压时不致产生隆起和推移，保证有较好的平整度；复压是混合料密实、稳定、成型的关键工序，首先采用强振即低频高振幅，使砾料基层的中、下部分密实，之后采用高频低振幅对中、上部进行压实，使上下一致密实，终压主要采用大吨位振动碾，以消除轮迹和提高压实度。
现场碾压试验是为了核实设计填筑标准的合理性，确定达到设计填筑标准的压实方法，并研究填筑工艺。但确保道路填筑质量，则需要施工过程中严格按照规范规定的现场鉴别项目与指标及取样要求进行质量检查和控制，以保证工程达到施工质量和设计标准。
参考文献
［1］《公路路面基层施工技术规范》 JTJ034-2000
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［2］钱家欢.土力学[M].南京：河海大学出版社,1995
［3］郭庆国 李鹏.土石坝的压实标准及应用中存在的问题[J].土石坝工程,2000,(3)
作者简介：赵海蛟 男 1984年4月生 助理工程师职称现从事水利工程建设管理工作
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：水利工程；砂砾料；碾压试验；相对密度
1工程概况
山口水电站工程位于新疆某河干流上，是一座承担反调节任务、兼顾发电的综合利用工程。工程规模为大(2)型，总库容水量1.21亿m3，装机容量140MW，坝型采用混合坝，分为碾压混凝土坝和粘土心墙坝，最大坝高51m。粘土心墙坝与碾压混凝土重力坝采用嵌入式连接方式。粘土心墙坝道路填筑材料为当地砂砾石料，主要对水库运行起连接作用。
目前，砂砾料填筑的压实标准用相对密度来控制，施工前先通过室内试验确定填筑料的最大和最小干密度，然后用压实系数通过换算公式计算出相对密度，进行施工现场的道路压实度控制。确定砂砾料的相对干密度还没有一个完整、成熟的确定方法，不便于进行现场碾压的控制。《土工试验规程》( SL237 - 1999 )[1]中规定了粒径小于60 mm 的粗粒土的相对密度试验方法。该方法虽然对大于60 mm 粒径的土料试验提出了可采用剔除法、等量代替法、相似级配法、混合法等方法，但同时也指出这几种方法各有一定的局限性，要求在使用时要根据土料性质和试验项目来决定。工程实践证明，这些方法确有不足之处，难以满足工程实际的需要。因此，为了确定具体工程道路的碾压密实度，需要针对不同的工程，采用不同的碾压方法，以取得较好的压实效果。
2 试验内容和方法
确定不同含水量、不同级配填料的最大和最小干密度，进而确定其相对干密度。因料场水面以上部分的砂砾料砾石含量大多为85%～96%，为确保道路填筑相对密度曲线的完整性[3]。在料场人工现场配制不同比例的填筑料，现场进行碾压试验，以取得较为合理、便于操作的填筑料密度。根据振动压实理论，强振即低频高振幅振动，具有很强的穿透能力，影响深度大，有利于填筑料结构层中间到底层的压实；弱振即高频振动具有较高的能量，一般有利于填筑料结构层中间到表面的压实。振动使被压实材料内产生振动冲击，被压实材料在振动冲击的作用下，由静止的初始状态过渡到运动状态，使压实材料之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐步进入到动摩擦状态。被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的间隙，在振动冲击作用下，较大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充，较小颗粒的间隙由水分或空气来填充。砂砾料压实程度示意见图1。
图1 砂砾料压实程度示意图
在现场进行控制时，确定不同含水量、不同级配填筑料的最大和最小干密度的方法不尽相同。通常采用的方法有：埋桶法、灌水法、灌砂法等等。
砂砾含量及其颗粒级配、力学性质是由其颗粒组成、颗粒形状、矿物成分所决定的，而颗粒组成则是影响土的力学性质的主要因素。砂砾料的级配好，则压实性能好，可以得到较高的干密度和较大的抗剪强度。
通常认为不均匀系数达到30～100为级配良好的土料。如图2所示，是该工程库区某区域的砂砾料颗粒分析曲线，其不均匀系数为74.8，曲率系数为5.6。从颗粒分析曲线和其不均匀系数可以看出，该砂砾料为级配良好的土料，适合道路填筑。
图2 某种级配良好的砂砾料的颗分曲线
3 最大、最小干密度与相对密度的关系
在实际的工程中，对最大干密度、最小干密度与相对密度的理解是非常重要的。因为，我们在工程现场是通过相对密度来控制道路的压实程度的，而相对密度这个指标，是通过最大、最小干密度通过公式(1)来进行确定的。
(1)
公式(1)中，为相对密度；为最大干密度；为最小干密度；为相对于密实度的相对干密度。
为了比较清楚的体现最大、最小干密度与相对密度的关系，我们分别绘制最大干密度曲线和最小干密度曲线，然后绘制相对密度曲线，最后进行这三种曲线的对比，得出三者之间的关系。
最大、最小干密度曲线绘制：以干密度为纵坐标砾石率为横坐标，绘制干密度与砾石率的关系曲线。本次试验共40组，曲线绘制时根据多数点分布情况绘制成平滑的相关曲线。根据分析整理后的数据绘制成“砂石含量—最大干密度”曲线、“砂石含量—最小干密度”曲线。曲线首先经Excel表自动绘图功能拟合出来，而后经人工进行修正。
有了以上的分析，就可以通过现场碾压试验，来确定道路填筑的碾压参数：铺料厚度、碾压变数以及含水率。最终该工程确定的碾压参数为：铺料厚度为0.5m，碾压变数为8遍，采用18t的振动碾碾压。
4 结论
通过实践发现，在碾压振动时颗粒间的相对位置虽然发生变化，出现了相互填充现象，但較大颗粒间形成的间隙完全由较小颗粒来填充，而是由较大颗粒搭棚咬合在一起。因此，在现场碾压中，通常的碾压顺序包括初压、复压、终压三个步骤。初压是为了稳定混合料并使其具有一定的密实度，从而获得较强的承载能力，使大吨位碾压机械进行复压时不致产生隆起和推移，保证有较好的平整度；复压是混合料密实、稳定、成型的关键工序，首先采用强振即低频高振幅，使砾料基层的中、下部分密实，之后采用高频低振幅对中、上部进行压实，使上下一致密实，终压主要采用大吨位振动碾，以消除轮迹和提高压实度。
现场碾压试验是为了核实设计填筑标准的合理性，确定达到设计填筑标准的压实方法，并研究填筑工艺。但确保道路填筑质量，则需要施工过程中严格按照规范规定的现场鉴别项目与指标及取样要求进行质量检查和控制，以保证工程达到施工质量和设计标准。
参考文献
［1］《公路路面基层施工技术规范》 JTJ034-2000
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［2］钱家欢.土力学[M].南京：河海大学出版社,1995
［3］郭庆国 李鹏.土石坝的压实标准及应用中存在的问题[J].土石坝工程,2000,(3)
作者简介：赵海蛟 男 1984年4月生 助理工程师职称现从事水利工程建设管理工作
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。