三點(diǎn)擊實(shí)法在石佛寺水庫(kù)均質(zhì)土壩中的應(yīng)用

王修娟

(遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧 沈陽(yáng)　110166)

三點(diǎn)擊實(shí)法在石佛寺水庫(kù)均質(zhì)土壩中的應(yīng)用

王修娟

(遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧 沈陽(yáng)110166)

【摘要】本文通過(guò)介紹石佛寺水庫(kù)均質(zhì)土壩填筑中三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法的基本操作，證實(shí)了采用三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法對(duì)土方填筑進(jìn)行質(zhì)量控制不僅操作簡(jiǎn)便，而且還能快速地確定填土的壓實(shí)度及最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)填土含水率的差值，從而保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

【關(guān)鍵詞】三點(diǎn)擊實(shí)法； 石佛寺水庫(kù)； 均質(zhì)土壩； 應(yīng)用

1工程概況

石佛寺水庫(kù)是遼河干流上唯一的一座大型控制性水利工程，壩址位于沈陽(yáng)市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)，距沈陽(yáng)市區(qū)約40km，設(shè)計(jì)總庫(kù)容為1.85億m3，滯洪庫(kù)容為1.60億m3，控制流域面積16.48萬(wàn)km2。石佛寺水庫(kù)屬于平原型水庫(kù)，由主壩、副壩、泄洪閘等建筑物構(gòu)成；其中，主壩為均質(zhì)土壩，壩頂寬6m，平均壩高12.1m，上下游邊坡均為1∶3，全長(zhǎng)12.443km。

設(shè)計(jì)要求土方填筑壓實(shí)度指標(biāo)為0.98。為了保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，最終確定采用《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T 5129—2001)中規(guī)定的三點(diǎn)擊實(shí)法作為土壩質(zhì)量控制方法，并要求算出最優(yōu)含水率與填土含水率的差值。

三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法分為圖解法和數(shù)解法，本文采用“數(shù)解法”對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2試驗(yàn)原理

在不同的含水率下，用相同的方法對(duì)土料進(jìn)行擊實(shí)，就可以得到含水率與相應(yīng)的干密度的關(guān)系曲線。當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)干密度隨著含水率的增加而增大；當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后，擊實(shí)干密度隨著含水率的增加反而減小，此時(shí)的干密度為最大干密度，對(duì)應(yīng)的含水率為最優(yōu)含水率。三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)就是根據(jù)這個(gè)原理，通過(guò)不同含水率和相應(yīng)濕密度的關(guān)系，得到最優(yōu)含水率與最大濕密度，并計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。

(1)

式中D——填料的壓實(shí)度；

ρdmax——室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)求得的最大干密度；

三點(diǎn)擊實(shí)法就是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，測(cè)出現(xiàn)場(chǎng)濕密度，再引入?yún)?shù)Z(加水量與加水前濕土重的比值)，用數(shù)解法求得變換后的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)最大濕密度后，通過(guò)公式(1)，求出壓實(shí)度。

3.1加水條件下三點(diǎn)擊實(shí)法操作方法

在施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定填土的濕密度ρf，同時(shí)取環(huán)刀周?chē)奶钔?，并將其分成三份，在保持其含水率不變的情況下，分別做如下操作：

(2)

(3)

e.對(duì)于以上計(jì)算，可以用拋物線方程式進(jìn)行校核。用Excel擬合曲線峰值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為ωop，即最優(yōu)含水率；峰值所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為ρm，即最大變換濕密度。在試驗(yàn)中忽略其他因素，比如： 試驗(yàn)儀器和擊實(shí)方法等的影響，理想狀態(tài)下的拋物線應(yīng)為： 曲線f(x)滿足二項(xiàng)式y(tǒng)=f(x)=ax2+bx+c(其中a<0)。其峰值處有

3.2三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)加水情況下舉例

三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)加水情況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列、圖1所示。

表1　填土加水條件下三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)記錄

對(duì)于以上計(jì)算的ρm和Zm，可以用拋物線方程式進(jìn)行校核。在用Excel繪制的加水率與變換濕密度的圖中，顯示出拋物線和回歸公式，理想狀態(tài)下的曲線在該區(qū)間應(yīng)滿足二項(xiàng)式f(x)=ax2+bx+c(其中a<0)。其峰值處有

=(-187.5)×0.0212+7.75×0.021+2.01

=2.09

可見(jiàn)，兩種計(jì)算方法所得的結(jié)果是一致的。

3.3加、減水條件下三點(diǎn)擊實(shí)法操作方法

取土方法及前兩步操作同加水條件下三點(diǎn)擊實(shí)法的操作，其變化處如下：

3.4三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)加、減水情況下舉例

三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)加、減水情況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所列、圖2所示。

表2　填土加、減水情況下三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)記錄

圖2　樁號(hào)BA2+400第三層土，軸線上10m三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)曲線

=1.98

最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算也可以利用公式(3)計(jì)算，但必須要將計(jì)算結(jié)果加“最大減水量”，所以

用拋物線方程進(jìn)行校核

+1.98=1.98

同樣，再用公式(1)計(jì)算壓密度。

3.5減水條件下三點(diǎn)擊實(shí)法操作方法

4加減水操作中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決辦法

4.1形成反弧線

4.2三點(diǎn)不能形成凸線

當(dāng)填土的含水率過(guò)低，加水量增加到4%時(shí)，土樣含水率還未超過(guò)最優(yōu)含水率，這時(shí)，隨著水量的增加，擊實(shí)密度也在變大，曲線呈上升趨勢(shì)，會(huì)出現(xiàn)曲線無(wú)拐點(diǎn)，不能形成三點(diǎn)凸線現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)在土料場(chǎng)進(jìn)行加水。

當(dāng)填土的含水率過(guò)高，加水量減到2%時(shí)，土樣含水率還未低于最優(yōu)含水率，這時(shí)擊實(shí)曲線也不能形成三點(diǎn)凸線。此時(shí)應(yīng)在土料場(chǎng)對(duì)土料采取翻曬等措施。

5石佛寺水庫(kù)三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)總結(jié)

土壩填筑施工往往是高強(qiáng)度、快速連續(xù)的施工作業(yè)。在土壩施工過(guò)程中，如果采用“環(huán)刀”取樣法測(cè)量土的干密度，要測(cè)定含水量，再計(jì)算出壓實(shí)度，大約需要6h。而三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)不需測(cè)含水量，從現(xiàn)場(chǎng)取樣到土體壓實(shí)度結(jié)果出來(lái)，僅需要40min。所以，采用三點(diǎn)擊實(shí)法可以節(jié)省大量的試驗(yàn)時(shí)間，避免了因等待試驗(yàn)結(jié)果而造成壩體填筑停工現(xiàn)象的發(fā)生，加快了土方填筑的施工進(jìn)度，也保證了工程施工質(zhì)量。

石佛寺水庫(kù)主壩長(zhǎng)12.443km，土方填筑量為93萬(wàn)m3，要求三點(diǎn)擊實(shí)抽樣檢驗(yàn)頻率為每200～500m3土取一組，石佛寺水庫(kù)共做三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)3403次。測(cè)得壓實(shí)度最大值為101.4，最小值為96.8(按規(guī)定： 不合格樣不得集中，最小壓實(shí)度不低于設(shè)計(jì)值的98%，且壓實(shí)度合格)，平均值為98.9，合格率為99.6%，滿足設(shè)計(jì)要求。

6結(jié)語(yǔ)

三點(diǎn)擊實(shí)法最大的優(yōu)點(diǎn)在于不需要測(cè)定填土的含水率，僅需做三種不同含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定三個(gè)擊實(shí)濕密度，就可快速確定填土的壓實(shí)度及最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)填土含水率的差值。石佛寺水庫(kù)均質(zhì)土壩填筑過(guò)程中采用這種試驗(yàn)方法后，縮短了土料檢測(cè)的時(shí)間，既加快了施工進(jìn)度，又保證了施工質(zhì)量，為工程的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)家歡.土力學(xué)[M].第二版.南京： 河海大學(xué)出版社，1995.

[2]張林明,尚恒勇,魏明.三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)在水庫(kù)圍壩工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2012(4):4-7.

[3]謝志平,魏光銀.三點(diǎn)擊實(shí)法在東湖水庫(kù)圍壩填筑過(guò)程中的應(yīng)用[J].浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012(3):16-20.

[4]DL/T 5129—2001碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].

中圖分類號(hào)：TV641.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2015)04-0044-04

Application of three-point compaction method in Shifosi Reservoir
homogeneous earth dam

WANG Xiujuan

(LiaoningShifosiReservoirManagementBureau,Shenyang110166,China)

Abstract：In the paper, basic operation of three-point compaction method in Shifosi Reservoir homogeneous earth dam filling is introduced for confirming that three-point compaction method can be adopted for controlling quality in earthwork filling conveniently. The method can also be used for rapidly determining the filled soil compaction and the difference value between optimal water content rate and site filling water content, thereby ensuring construction quality and construction schedule.

Key words：three-point compaction method; Shifosi Reservoir; homogeneous earth dam; application