碎石土回填施工質(zhì)量控制指標(biāo)分析

何清舉，蘇保國，豆新國

（1.河南省水利第二工程局，450016，鄭州；2.河南省水利科學(xué)研究院，450003，鄭州；3.河南省水利第一工程局，450003，鄭州)

一、基本情況

南水北調(diào)中線一期工程河南安陽段是中線工程總干渠第Ⅳ渠段 （黃河北至漳河南段）的組成部分，處于總干渠第Ⅳ渠段的最北部。南起湯陰羑里河倒虹吸出口，北接總干渠第Ⅴ渠段穿漳河倒虹吸起點，全長40.262 km。該段總干渠設(shè)計流量235～245 m3/s、加大流量265～280m3/s，設(shè)計水深7.0m。渠道縱比降1/28000，橫斷面采用梯形明渠，渠道內(nèi)邊坡坡比 1∶2～1∶3，渠底寬12.0～18.5 m，大部分渠道為半填半挖，局部最大挖深25.0 m。主要工程量合計2621萬m3，其中土石方開挖1793 萬 m3，土方回填 729 萬 m3，混凝土和鋼筋混凝土50萬m3，砌石31萬m3，砂石墊層 18萬 m3，鋼筋制安 2萬t。工程靜態(tài)總投資19.2億元。

該段沿渠共布置各類交叉建筑物76座，其中河渠交叉3座，左岸排水16座，渠渠交叉9座，公路交叉43座，鐵路交叉1座，分水口門1座，節(jié)制閘1座，退水閘1座。沿途左排、渠渠交叉建筑物共計25座，按照設(shè)計要求該類建筑物頂部高程以下基坑采用碎石土回填。

二、碎石土回填的技術(shù)要求

1.設(shè)計要求

根據(jù)設(shè)計要求，碎石土回填之前建筑物外側(cè)需涂抹20～30 mm厚的黏土泥漿，隨涂隨填，以保證回填碎石土與建筑物接合緊密。

管身兩側(cè)、管頂以下基坑范圍內(nèi)回填低壓縮性土。在壓縮系數(shù)小于0.1 MPa-1的中重粉質(zhì)壤土中，按30%～35%的重量比摻入碎石并拌和均勻，碎石土壓實度要求大于100%。

2.相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求

《南水北調(diào)中線一期工程渠道工程施工質(zhì)量評定驗收標(biāo)準(zhǔn) （試行）》（NSBD 7—2007）關(guān)于土方填筑單元工程填料壓實質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：試樣檢測點合格率大于或等于95%，最小值大于或等于設(shè)計值的0.98倍。碎石土回填壓實質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參照執(zhí)行該項規(guī)定。

3.碎石土回填施工

按照設(shè)計要求，確定碎石摻量比，并進行室內(nèi)碎石土擊實試驗。

依據(jù)試驗確定的碎石摻量比集中拌制碎石土，運至施工現(xiàn)場后用挖掘機攤鋪。松鋪厚度30～35 cm,用20 t凸塊振動碾碾壓8～10遍，直至檢驗合格。建筑物兩側(cè)碎石土分層均衡上升，在機械無法碾壓到的邊角部位采用人工夯實。

碎石土填筑質(zhì)量采用灌水或灌砂法檢測。

三、碎石土壓實度與回填質(zhì)量的關(guān)系

建筑物基坑碎石土回填所用的碎石尤其是回填土存在差異，現(xiàn)僅以安陽段流寺溝左排碎石土回填為例來分析施工質(zhì)量控制指標(biāo)，以供其他建筑物和類似工程施工參考。

1.碎石土回填材料技術(shù)參數(shù)

流寺溝左排碎石土回填使用20～40 mm粒徑的碎石，表觀密度ρg為2.73 g/cm3?；靥钔凛p型擊實最大干密度ρsk為1.76 g/cm3。碎石土配合比碎石重占干土重的30%，重型擊實最大干密度ρ為1.98 g/cm3，相應(yīng)土體重型擊實最大干密度ρsz為1.83 g/cm3。

2.碎石土干密度與碎石摻量比的關(guān)系

碎石土是碎石與土均勻拌和碾壓成型后的一種建筑材料，碎石被土體包裹，接合緊密。單位體積的碎石土質(zhì)量ρ與其所含的土體質(zhì)量ms、土體密度ρs、碎石表觀密度ρg、碎石質(zhì)量mg及碎石摻量比α%之間存在公式（1）、（2）所表示的關(guān)系。

以碎石表觀密度ρg為2.73 g/cm3，土體干密度ρs取重型擊實土體最大干密度 1.83 g/cm3，按公式（1）、（2）計算不同碎石摻量比的碎石土最大干密度，結(jié)果見表1。在土體干密度不變的情況下，碎石土的干密度隨碎石摻量的增加而增大。同理，在碎石土干密度不變的情況下，由公式（1）、（2）可以分析得出其土體干密度隨碎石摻量的增大而減小。由此可見，在評價碎石土的回填質(zhì)量時碎石土壓實度不是唯一的評價指標(biāo)，應(yīng)綜合考慮碎石摻量這一影響因素。

3.碎石土壓實度及碎石摻量控制指標(biāo)

碎石土中碎石被土體包裹，一般認(rèn)為碎石不具有可壓縮性，碎石土的回填質(zhì)量取決于其中的土體壓實度。在此，我們把碎石土中土體的干密度與其重型擊實最大干密度比值（重型壓實度）不小于95%，同時土體干密度與其輕型擊實最大干密度比值（輕型壓實度）不小于100%作為碎石土回填碾壓合格的判別標(biāo)準(zhǔn)。

把碎石摻量為30%時的重型擊實最大干密度ρ為1.98 g/cm3作為判別基準(zhǔn)值，由式（2）計算不同碎石摻量比時單位體積碎石土中的土體質(zhì)量。

流寺溝左排碎石的表觀密度ρg為 2.73 g/cm3，由公式（1）計算出不同碎石摻量比時碎石土中土體的干密度，并由此計算出相應(yīng)的重型壓實度和輕型壓實度。

依據(jù)碎石土回填碾壓合格判別標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)碎石土干密度不小于擊實標(biāo)準(zhǔn)，碎石摻量比小于45%時，其土體的重型壓實度不小于95%，輕型壓實度不小于100%。因此，在碎石土壓實度合格的情況下，應(yīng)以碎石摻量比小于45%作為碎石土碾壓檢驗合格的控制指標(biāo)。

4.最小碎石土壓實度及碎石摻量比控制指標(biāo)

參照《南水北調(diào)中線一期工程渠道工程施工質(zhì)量評定驗收標(biāo)準(zhǔn) （試行）》中“渠堤土方最小干密度不應(yīng)小于設(shè)計值98%”的規(guī)定，我們把碎石土中土體的重型壓實度不小于93%，同時土體的輕型壓實度不小于98%作為分析確定碎石土最小壓實度和碎石摻量比控制指標(biāo)的判別標(biāo)準(zhǔn)。

按碎石土干密度為最大干密度的 98%，由公式（1）、（2）計算出不同碎石摻量比相應(yīng)的土體重型壓實度和輕型壓實度。根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)碎石土壓實度為98%，碎石摻量比小于45%時，其土體的壓實度同時可滿足重型壓實度不小于93%、輕型壓實度不小于98%的控制指標(biāo)。因此，當(dāng)碎石土干密度不滿足擊實標(biāo)準(zhǔn)時，其壓實度不應(yīng)小于98%，同時應(yīng)以碎石摻量比小于45%為控制指標(biāo)。

表1 碎石土干密度與碎石摻量比的對應(yīng)關(guān)系

四、以碎石土中土體的壓實度評定回填質(zhì)量

1.碎石土中土體壓實度的計算方法

基于碎石土壓實度取決于其中土體的密實程度這一基本認(rèn)識，可以直接應(yīng)用碎石土中土體的壓實度來評定碎石土的回填碾壓質(zhì)量。我們把碎石土中土體的輕型壓實度不小于100%作為碎石土回填碾壓合格的判別標(biāo)準(zhǔn)。

用于計算碎石土中土體壓實度的回填材料技術(shù)參數(shù)包括：回填土體的輕型擊實標(biāo)準(zhǔn)ρsk和碎石表觀密度ρg。

現(xiàn)場和試驗室檢測、計算的數(shù)據(jù)包括：碎石土試樣體積V、試樣質(zhì)量m、干石質(zhì)量 mg、濕石質(zhì)量 m′g、土體體積Vs、土體平均含水量β%及其干密度ρs。

碎石土試樣中土體的干密度符合公式（3）、（4）所表示的關(guān)系：

以流寺溝碎石土一組試驗數(shù)據(jù)為例，由公式（3）、（4）計算土體壓實度，結(jié)果見表2。

以碎石土中的土體壓實度評價回填質(zhì)量，表2中的試樣土體干密度均大于其輕型擊實標(biāo)準(zhǔn)，檢測指標(biāo)合格。

2.碎石遜徑含量對土體壓實質(zhì)量的影響

對碎石土試樣中的土體進行壓實度檢測時，由于土體中遜徑碎石的存在，土體干密度實際值比檢測計算值偏小。因此，用土體壓實度（或干密度）評價回填質(zhì)量時，必須考慮碎石遜徑含量這一影響因素。

假設(shè)碎石摻量比為α%的碎石土，碎石的遜徑含量為αx%，單位體積的土體中含有土體質(zhì)量ms、遜徑碎石質(zhì)量為 ms·α%·αx%，土體干密度合格時應(yīng)滿足公式（5）?？鄢龁挝惑w積土體中的遜徑碎石所占的體積，實際土體體積可表示為式（6）。此時的土體干密度不應(yīng)小于輕型擊實標(biāo)準(zhǔn)的98%。

聯(lián)解公式（5）、（6）、（7），可得到碎石的遜徑含量應(yīng)滿足公式：

把流寺溝碎石土回填材料技術(shù)參數(shù)代入公式（8），碎石摻量比為45%時碎石遜徑含量應(yīng)小于12.8%，對于機制碎石來說這一指標(biāo)是比較容易控制的。在碎石土回填施工過程中可采用碎石遜徑含量小于10%作為控制指標(biāo)。

五、碎石土回填施工質(zhì)量評價

1.評價方法

目前，通常使用碎石土壓實度（或干密度）來評定回填碎石土的施工質(zhì)量。通過上述分析，我們認(rèn)為碎石土壓實度不能作為唯一指標(biāo)，必須同時控制碎石含量。碎石土壓實度合格，碎石摻量比應(yīng)小于45%，且最小壓實度不應(yīng)小于98%。

表2 碎石土中土體壓實度檢測結(jié)果

碎石土回填質(zhì)量用土體壓實度評價比較客觀直接，碎石摻量比不再是控制指標(biāo)，而僅作為檢測指標(biāo)。碎石遜徑含量也比較容易控制，可用小于10%作為控制指標(biāo)。

綜合比較兩種評價方法，我們推薦使用碎石土中土體壓實度評定碎石土回填質(zhì)量。

2.存在問題

使用碎石土中土體壓實度評定碎石土回填質(zhì)量模糊了碎石摻量比這一控制指標(biāo)。如果碎石含量太小，致使碎石土的允許沉降量不能滿足設(shè)計要求，將導(dǎo)致交叉建筑物周邊與相鄰渠堤的不均勻沉降；如果碎石含量過大，土體不能完全包裹碎石，不僅該計算方法不再適用，同時碎石土的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可能會因滲透變形而導(dǎo)致渠堤及渠道防滲結(jié)構(gòu)的破壞。因此，無論采用何種方法評定碎石回填土的施工質(zhì)量，碎石含量都應(yīng)作為一項控制指標(biāo)。

[1]國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室.南水北調(diào)中線一期工程渠道工程施工質(zhì)量評定驗收標(biāo)準(zhǔn) （試行）[S].2007.