土石壩土料填筑質(zhì)量施工控制淺析

辛長青

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

土石壩是我國的主要壩型之一。近十年來，隨著土石壩填筑技術(shù)的不斷提高，土石壩可筑壩材料的范圍也越來越廣，筑壩材料的壓實性能的差異也在增大。為保證壩體填筑質(zhì)量，確保大壩安全，我國在SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（簡稱《規(guī)范》）中規(guī)定，“對于含礫和不含礫的黏性土，它的填筑標準以壓實度和最優(yōu)含水率為設(shè)計控制指標；對于砂礫石和砂等非黏性土，它的填筑標準以相對密度為設(shè)計控制指標”[1]。不再采用以往的不論筑壩土料的同異，統(tǒng)一采用一個“干密度”指標控制的做法。壩體填筑質(zhì)量施工控制實踐表明，正確控制施工質(zhì)量的前提是，首先正確理解《規(guī)范》（包括相關(guān)規(guī)范）。下面談談筆者的一些心得和體會。

1 壓實標準的變化

以前，我國的土石壩土料的填筑質(zhì)量是使用“干密度”指標來控制的，因此，干密度無論在土石壩設(shè)計還是在施工質(zhì)量控制中均非常重要。

用干密度指標控制填筑質(zhì)量，在料場選擇時就是用干密度作為一個重要指標確定料場。對于一個土石壩土料用量不大，所選料場的不同部位或不同深度土料均相對比較均勻時，設(shè)計規(guī)定的干密度指標是比較容易達到的，料場選擇的難度也不大。然而，我國一般的土石壩的一種材料用量常常就可達幾十萬立方米甚至數(shù)百萬立方米，這些材料又取自一個料場或幾個料場，不同料場或同一料場的不同部位、不同深度，土料的壓實性能并不相同甚至差別很大。這時，如果仍用某一干密度作為施工質(zhì)量控制標準，必然會出現(xiàn)，容易壓實的土石料，壓實后的干密度值容易達到，但其壓實結(jié)果是偏松的；不易壓實的土石料，壓實干密度很難達到，但其壓實結(jié)果是偏緊密的，這樣就使壩體的填筑土石料形成不均勻土石料在同一壓實條件下的緊密程度不同，容易發(fā)生不均勻變形，甚至危害壩體安全?？紤]到上述情況，在《規(guī)范》中則不采用以往用某一固定干密度值作為土石壩設(shè)計和施工質(zhì)量控制指標，對于黏性土則改用“壓實度”指標，即同一壩體為同一“壓實度”指標，使不同土料壓實后，盡管“干密度”指標不一定同一，但其緊密程度是相同的，避免了壩體發(fā)生不均勻變形而危害壩體。對于無黏性粗粒土則用“相對密度”作為設(shè)計控制標準和施工質(zhì)量控制的依據(jù)。

2 《規(guī)范》中的壓實標準

式中:D為壓實度，ρd為干密度，ρdmax為最大干密度。

由（1）式看出:壓實度D是干密度與最大干密度的比值，是

黏性土“壓實度”公式為：反映相對緊密度的一個無量綱標準值。《規(guī)范》中4.2節(jié)規(guī)定了填筑標準選擇時的考慮因素，同時也規(guī)定了黏性土的填筑標準應以壓實度和最優(yōu)含水率作為設(shè)計控制指標。壓實度的控制值根據(jù)工程等級從《規(guī)范》中選取。對于某一個工程而言，壓實度是一個固定值，是該土石壩的設(shè)計標準。ρd是壩體土料壓實后現(xiàn)場測試的干密度值，是一個反映該土料在壩體填筑后壓實效果的指標值。ρdmax是該土料用標準擊實方法，即，SL237-1999《土工試驗規(guī)程》中的方法，測得的最優(yōu)含水量的干密度值，也稱標準擊實條件下的最大干密度指標，是一個反映該土料的壓實特性的指標值。這里應該注意的是，ρd和ρdmax一定是同一種土料、兩種不同的壓實條件下的兩個干密度指標值。如果不是同一土料，那麼兩個指標相比是沒有任何意義的。

非黏性土“相對密度”公式為：

式中:Dr為相對密度，ρdmax、emin為最大干密度、最小孔隙比，ρdmin、emax為最小干密度、最大孔隙比，ρd、e0為現(xiàn)場壓實后測得的干密度、孔隙比。

相對密度Dr是反映無黏性粗粒土的緊密度指標，是壩填土的壓實標準，是干密度（孔隙比）與最大干密度（最小孔隙比）、最小干密度（最大孔隙比）的函數(shù)，（3）、（4）二式是計算相對密度的關(guān)系式。相對密度值依據(jù)工程規(guī)模、重要性、等級等從《規(guī)范》中4.2節(jié)的相關(guān)內(nèi)容中選取。對于某一個工程而言，相對密度是一個固定值，是該土石壩的設(shè)計標準。ρd和ρdmax、ρdmin是同一礫石料不同壓實條件下的三個密度指標值。ρd是壩體土料壓實后現(xiàn)場測試的干密度值，是一個反映該土料在壩體填筑后壓實效果的指標值。ρdmax、ρdmin是該土料用標準擊實方法，即，SL237-1999《土工試驗規(guī)程》中的方法，測得的最大、最小干密度指標，是一個反映該砂石料的壓實特性的指標。

3 《規(guī)范》壓實標準的使用

壩體填筑土料的壓實標準采用壓實度或相對密度后，盡管因壩體填筑的土石料不均勻，壓實后測得的干密度值也不同，但能達到同一壓實度或同一相對密度標準，說明壩體填筑土料壓實后緊密程度是相同的，所以大壩是安全的。

前面所述的兩種壓實標準，通常其使用范圍為：壓實度標準多用于黏性土的壓實，相對密度標準用于無黏性粗粒土（砂石料）的壓實。我國壓實度計算中的ρdmax值是按照SL237-1999《土工試驗規(guī)程》中的輕型擊實試驗獲得的。我國的壓實度基本與國際的普氏標準壓實度相當。

土石壩工程施工中，壩體的填筑質(zhì)量可以用現(xiàn)場碾壓后測試的干密度值ρd進行控制。對于使用壓實度標準控制的黏性土類，可用（4）式中 ρd值控制，當 ρd值滿足（4）式要求，則質(zhì)量合格；否則，則質(zhì)量不合格，需補壓，直到合格為止。

對于使用相對密度標準的非黏性土類，可用（5）式中ρd值控制，當ρd值滿足（5）式要求，則質(zhì)量合格；否則，則質(zhì)量不合格，需補壓，直到合格為止。

這里需要再次提醒的是，以前用一個干密度值控制壩體填筑質(zhì)量，指的是全壩用一個干密度值控制，沒有考察料源的不同；本段所述的用干密度值控制，干密度是和料源掛鉤的。全壩一個壓實度，而干密度則并不一定是一個?！案擅芏取笨刂频膲簩崢藴屎汀兑?guī)范》的壓實標準，是兩個不同的標準，后者是隨著土石壩的發(fā)展和筑壩技術(shù)的提高由前者逐步發(fā)展完善的，在土石壩設(shè)計中，偶爾見到個別設(shè)計單位用《規(guī)范》壓實標準和設(shè)計“干密度”值兩個指標控制，顯然是不合適的。

土壩施工時，土料填筑之前必須按規(guī)范要求進行料場復勘，調(diào)查填筑料儲備和分布情況，規(guī)劃料場開采，檢測土料分類及土料壓實性能等，作好填筑土料上壩填筑計劃。但目前為止此項工作一般均滯后，影響了填筑土料的質(zhì)量評價與控制。例如，如果對一個黏性土類的填筑質(zhì)量進行評價的話，有三個指標：ρd、D、ρdmax。壓實度D是由設(shè)計文件給出的；反映土料壓實效果由現(xiàn)場測試的干密度ρd，則測試時間較短，如果使用核子密度儀法，現(xiàn)場測一個ρd值，大約有10 min左右就會出成果；反映土料壓實特性按照標準擊實條件在實驗室測得的最大干密度ρdmax，一個標準試驗就需要2～3 d的時間。ρdmax值測不出來，土料的填筑質(zhì)量則不能及時評價，影響土石壩的填筑施工繼續(xù)進行。尤其在機械化施工程度高的時候，這一矛盾就更加突出。如果ρd和ρdmax的試驗土料不相一致，不是同一土料，則影響填筑質(zhì)量評價的可靠性。為解決這一矛盾，國外較為流行、國內(nèi)有些工程也已采用、且實踐證明較好的方法是西爾夫（Hlif）三點擊實法。該擊實試驗仍然采用標準普氏擊實法（與我國的標準擊實法相當），原理合理，測含水量速度快，一般約1.5-2 h即可出成果，在時間上能滿足施工的要求。

4 結(jié)語

《規(guī)范》壓實標準及相關(guān)配套標準為我國的土石壩建設(shè)及質(zhì)量控制提供了指導，只有正確理解《規(guī)范》，在工程實踐中，結(jié)合實際，不斷深化，提高運用《規(guī)范》解決問題的能力，解決好運用《規(guī)范》時，各種影響工程進度的矛盾，才能使我國的土石壩建設(shè)又好又快。

［1］黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2001：93.