砂礫料原級配現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)在工程中的應(yīng)用

曾 源

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院勘測總隊(duì) 新疆 昌吉 831100）

1 前言

新疆吉音水利樞紐擋水建筑物采用混凝土面板堆石壩，壩體填筑主要包括堆石料、墊層料及過渡料、任意料和土料填筑。實(shí)際測得C3料場砂礫料原料的比重為2.85～3.00，比重較大，且目前的振動碾壓設(shè)備技術(shù)發(fā)展較快，激振力較大，而室內(nèi)最大干密度試驗(yàn)裝置粒徑偏小，用等量替代法所測得的最大干密度和最小干密度較施工現(xiàn)場明顯偏小，從而導(dǎo)致算出的相對密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)相對密度，并不能反映工程現(xiàn)場情況。

因此，業(yè)主經(jīng)論證決定，砂礫料相對密度試驗(yàn)采用砂礫料原級配現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)，來求得原級配最大干密度及最小干密度，并繪制三因素（P5～ρd～Dr）關(guān)系曲線，從而指導(dǎo)工程現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)?zāi)康摹⒖傮w設(shè)計(jì)方案和引用標(biāo)準(zhǔn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）核實(shí)壩料設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性和可行性。

（2）確定達(dá)到設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的施工方法(包括壓實(shí)機(jī)械類型、機(jī)械參數(shù)、施工參數(shù)等)。

（3）檢驗(yàn)所選用的壓實(shí)機(jī)械的適用性及其性能的可靠性。

（4）研究確定壩料填筑工藝，為制定填筑施工實(shí)施細(xì)則確定依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案

（1）先確定試驗(yàn)場地和碾壓機(jī)具。

（2）然后進(jìn)行篩料和配料，配料采用等量替代法，對原平均級配超徑部分進(jìn)行等量替代。

（3）最后對P5含量為40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂礫料進(jìn)行最大干密度和最小干密度試驗(yàn)，算出相對密實(shí)度在0.70～1.00時的干密度。

（4）對砂礫料原級配現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)進(jìn)行分析，并繪制三因素（P5～ρd～Dr）關(guān)系曲線。

2.3 引用標(biāo)準(zhǔn)

（1）《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999。

（2）《土石筑壩材料碾壓試驗(yàn)規(guī)范》NB/T 35016-2013。

（3）《水利水電工程天然建筑材料勘探規(guī)程》SL251—2000。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)區(qū)場地選擇

此次碾壓試驗(yàn)場地選擇在壩后左側(cè)的砂礫石原基上，試驗(yàn)區(qū)場地使用“山推SD32”推土機(jī)進(jìn)行整平，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，控制平整度，確保試驗(yàn)區(qū)場地堅(jiān)實(shí)平整。然后使用22自行式振動碾的最大工作質(zhì)量，按2km/h～3km/h的速度碾壓，直到每碾壓2遍后，全場平均沉降量不大于2mm，整場高差小于20cm且局部起伏小于5cm。

表1 振動碾相關(guān)參數(shù)

圖1 密度桶布置示意圖

圖2 密度桶布置現(xiàn)場

表2 各級配制樣數(shù)量

表3 最大干密度和最小干密度試驗(yàn)結(jié)果

表4 三因素曲線圖

圖3 三因素曲線圖

3.2 試驗(yàn)?zāi)雺簷C(jī)具

砂礫料碾壓機(jī)具采用山推工程機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的22t自行式振動碾，碾壓機(jī)械的技術(shù)性能參數(shù)見表1。

3.3 場地要求和密度桶布置

此次碾壓試驗(yàn)區(qū)范圍為13m×40m（碾壓方向長40m），每鋪填一層試驗(yàn)料，將每碾壓2遍后全場平均沉降量不大于2mm作為鋪料厚度的控制基準(zhǔn)。

加工4個帶底無蓋鋼桶，密度桶壁厚為 20mm，直徑為 140cm，高度為 80cm，標(biāo)定每個桶的體積精確至1cm3，并給桶做編號。密度桶用挖槽布置，挖出5m×20m，深度1.0m的一個探槽，在試驗(yàn)場內(nèi)預(yù)定位置安放四個密度桶，將其中心點(diǎn)位置用石灰石對應(yīng)標(biāo)識在試驗(yàn)場外，在桶底碾壓體表面均勻鋪一層厚度為5cm左右的細(xì)砂，靜碾2遍。每個桶離槽邊1.5m，桶與桶間距3m，密度桶布置見示意圖，如圖1、圖2。

3.4 試驗(yàn)用料

本試驗(yàn)采用C3料場不大于600mm的砂礫石全料，符合現(xiàn)場填筑砂礫料粒徑要求。振動碾采用拖式碾，振動相關(guān)參數(shù)符合規(guī)范要求。其試驗(yàn)過程均按規(guī)范進(jìn)行。

首先進(jìn)行篩料和配料，由于密度桶最大直徑為140mm，因此試驗(yàn)最大粒徑不能超過300mm，配料采用替代法對原平均級配超徑部分進(jìn)行等量替代，按照原位三因素P5和P超的關(guān)系以及比例，對篩分的每一級顆粒進(jìn)行摻配，摻配成P5含量為40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂礫料。摻配表如表2。

3.5 最大干密度和最小干密度試驗(yàn)

3.5.1 最大干密度試驗(yàn)

將配制好的試驗(yàn)料攪拌均勻后，四分法人工裝填并高出桶頂20 cm左右，用類型和級配大致相同的砂礫料鋪填密度桶四周，高度與試驗(yàn)料平齊。將選定的振動碾在場外按預(yù)定轉(zhuǎn)速、振幅與頻率起動，行駛速度為2km/h～3km/h，振動碾壓26遍后，在每個密度桶范圍內(nèi)微動進(jìn)退碾壓15min。在碾壓過程中，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)料及周邊料的沉降情況，及時補(bǔ)充料源，使振動碾不與密度桶直接接觸。碾壓完成后，人工挖除桶上和桶四周的砂礫石至低于桶口10 cm左右為止，并防止擾動下部試樣。用灌水法或灌砂法測料頂面到桶口的體積，將桶內(nèi)試樣全部挖出，稱量桶內(nèi)剩余試樣質(zhì)量，用已校核好的密度桶體積減去測料頂面到桶口10cm的體積，以求得剩余料體積，用稱量好的桶內(nèi)剩余試樣質(zhì)量，除以剩余料體積，求得最大干密度。

3.5.2 最小干密度試驗(yàn)

采用人工裝填法按級配要求將砂礫料均勻松填于密度桶中，裝填時將試樣輕輕放入桶內(nèi)，防止沖擊和振動。裝填的砂礫料低于桶頂10cm左右，用灌水法或灌砂法測料頂面到桶口的體積，其余步驟同最大干密度試驗(yàn)一樣，以求得最小干密度。每個P5含量分別裝兩個桶，對試驗(yàn)結(jié)果求平均值，兩次試驗(yàn)的干密度值不大于0.03g/cm3。灌水法試驗(yàn)和含水率試驗(yàn)符合規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)結(jié)果如表3。

最后整理數(shù)據(jù)，繪制三因素曲線。見圖3及表4。

4 結(jié)論

（1）通過對P5含量為40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂礫料進(jìn)行最大干密度和最小干密度試驗(yàn)，算出相對密實(shí)度在0.70～1.00時的干密度。

（2）對砂礫料原級配現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)進(jìn)行分析，并繪制三因素（P5～ρd～Dr）關(guān)系曲線，指導(dǎo)工程現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)。

（3）根據(jù)以上碾壓試驗(yàn)的成果分析，供選擇的砂礫料施工參數(shù)為：C3料場砂礫料采用進(jìn)占法卸料，鋪料厚度80cm，天然含水狀態(tài)碾壓，22T自行式振動碾振動碾壓8遍，行車速度≤3km/h，壓實(shí)干密度可滿足相對密度＞0.85的設(shè)計(jì)要求。陜西水利

[1]（NB/T35016-2013）土石筑壩材料碾壓試驗(yàn)規(guī)范[S].北京:中國電力出版社，2013.

[2](SL237-1999)土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國水利水電出版社，1999.