十字剪切技術(shù)在巴加泰勒水壩工程中的應(yīng)用

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

巴加泰勒(BAGATELLE)水壩工程位于毛里求斯中部路易港(Louis Port)東南約22km的特里汝吉河上(Terre Rouge River)，大壩壩頂長(zhǎng)2550m，最大壩高48m，壩頂寬7m。大壩由左岸土壩、右岸土壩、中間堆石壩三部分組成。左岸土壩段長(zhǎng)度為980m；右岸土壩段長(zhǎng)度為1270m；堆石壩段布置在壩體中間連接左右兩岸土壩，長(zhǎng)度300m。壩體細(xì)粒土料填筑主要為任意料(火山灰質(zhì)土料)填筑170萬(wàn)m3和心墻料填筑45.5萬(wàn)m3，料源來(lái)自左右岸土料場(chǎng)和壩基開(kāi)挖料。任意料主要用于左右岸土壩填筑，心墻料主要用于堆石壩防滲心墻填筑。

圖1 巴加泰勒水壩平面布置

2 細(xì)粒土主要技術(shù)指標(biāo)及填筑要求

2.1 細(xì)粒土料主要技術(shù)指標(biāo)

任意料天然含水率最小值41.1%，最大值58%，平均值50.7%。在顆粒級(jí)配組成中，大于2mm顆粒含量在0～24%，平均4%，土樣較為均勻；小于0.08mm細(xì)粒含量在51.6%～90.3%，平均72.6%；小于0.005mm黏粒含量在16%～26%，平均21.8%，平均線土料分類定名為含砂高液限黏土(CHS)；最大干密度1.26g/cm3～1.42g/cm3，平均1.322g/cm3，最優(yōu)含水率26.2%～42.5%，平均35.5%。

心墻料天然含水率最小值34.2%，最大值51.1%，平均值43.4%，在顆粒級(jí)配組成中，大于2mm顆粒含量在0.1%～10.6%，平均2.6%，土料較為均勻；小于0.08mm細(xì)粒含量在52.2%～90.2%，平均77.8%；小于0.005mm黏粒含量在15%～30%，平均23.6%，平均線土料分類定名為高液限黏土(CH)；最大干密度1.23g/cm3～1.40g/cm3，平均1.35g/cm3，最優(yōu)含水率33%～43.5%，平均37.6%，天然含水率平均43.3%。

2.2 細(xì)粒土填筑技術(shù)要求

(1)任意料：當(dāng)土料含水率為最優(yōu)含水率的-3%～6%時(shí)，壓實(shí)度要求不小于95%；當(dāng)土料含水率為最優(yōu)含水率的6%～10%時(shí)，壓實(shí)度要求不小于90%。

(2)心墻料：當(dāng)土料含水率為最優(yōu)含水率的-3%～6%時(shí)，壓實(shí)度要求不小于95%；當(dāng)土料含水率為最優(yōu)含水率的6%～10%時(shí)，壓實(shí)度要求不小于90%。

3 十字剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度相關(guān)性

3.1 十字剪切儀

現(xiàn)場(chǎng)所用十字剪切儀為PS-VST-P便攜式十字板剪切儀，由彈簧扭力計(jì)、延長(zhǎng)桿、十字板頭、板頭桿和扳手組成。測(cè)試最大深度20cm，測(cè)試量程0～260kPa，測(cè)試精度1kPa?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用十字剪切儀見(jiàn)圖2。

圖2 巴加泰勒水壩項(xiàng)目所用十字剪切儀

3.2 十字剪切檢測(cè)方法與壓實(shí)度檢測(cè)方法對(duì)比

3.2.1 十字剪切強(qiáng)度檢測(cè)

十字剪切檢測(cè)，可在任意碾壓遍后，跟隨進(jìn)行檢測(cè)，選點(diǎn)沒(méi)有要求，檢測(cè)范圍大約直徑10cm，檢測(cè)最大深度約20cm。檢測(cè)時(shí)，清除表層松軟土質(zhì)，手握扳手，垂直向下將十字板頭及板頭桿插入壓實(shí)土體中10cm～12cm，將十字板剪切儀的讀數(shù)盤轉(zhuǎn)至0刻度，然后沿順時(shí)針?lè)较虼蟾乓?s/r的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，直至土體破壞，拔出十字板剪切儀并讀取剪切強(qiáng)度值。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程大約在10s內(nèi)完成。

3.2.2 壓實(shí)度檢測(cè)

細(xì)粒土壓實(shí)度檢測(cè)，主要采用環(huán)刀法。在檢測(cè)點(diǎn)位先要將浮土清理掉，然后去除表層松散層，取尺寸大于環(huán)刀的土樣，整平土樣兩端，將環(huán)刀內(nèi)壁涂上一層凡士林，將環(huán)刀刃口向下放在土樣上，用切土刀沿環(huán)刀外圍切削土樣，并將環(huán)刀垂直下壓，邊壓邊削，至土樣伸出環(huán)刀為止，將環(huán)刀兩端余土削去修平，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和試樣總質(zhì)量，取代表性土樣測(cè)定含水率，得到干密度，最后通過(guò)計(jì)算得到壓實(shí)度。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程大約需要1h。

3.3 填筑施工

細(xì)料土料采用自卸汽車進(jìn)占法卸料，SD22推土機(jī)攤鋪平料，鋪土厚度均為30cm，16t自行式振動(dòng)凸塊碾碾壓6～12遍。

3.4 十字剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度相關(guān)性檢測(cè)結(jié)果

利用十字剪切強(qiáng)度進(jìn)行填筑土料壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)前，先分別對(duì)任意料及心墻料進(jìn)行十字剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度相關(guān)性檢測(cè)，檢測(cè)均在碾壓6遍、8遍、10遍、12遍時(shí)分別進(jìn)行壓實(shí)度與十字剪切強(qiáng)度對(duì)比檢測(cè)，通過(guò)對(duì)任意料578組壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出其相關(guān)系數(shù)為r=0.9158，任意料十字剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度關(guān)系散點(diǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3 任意料壓實(shí)度與十字剪切強(qiáng)度散點(diǎn)

通過(guò)對(duì)心墻料294組壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)為r=0.8565。心墻料十字剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度散點(diǎn)見(jiàn)圖4。

圖4 心墻料壓實(shí)度與十字剪切強(qiáng)度散點(diǎn)

4 應(yīng)用情況

水壩任意料填筑達(dá)90萬(wàn)m3，心墻料填筑達(dá)30萬(wàn)m3。在填筑過(guò)程中以檢測(cè)十字剪切強(qiáng)度預(yù)控為主，控制要求為：心墻料當(dāng)剪切強(qiáng)度單點(diǎn)最小值達(dá)到95kPa，平均值達(dá)到120kPa時(shí)，判定其碾壓質(zhì)量合格；任意料當(dāng)剪切強(qiáng)度單點(diǎn)最小值達(dá)到92kPa，平均值達(dá)到120kPa時(shí)，判定其碾壓質(zhì)量合格。取樣進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)驗(yàn)證。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，550組任意料壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，壓實(shí)度最大值為100%，最小值90%，平均值94%；剪切強(qiáng)度最大值260kPa，最小值92kPa，平均值160kPa。心墻料480組壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，壓實(shí)度最大值為100%，最小值92%，平均值95%；剪切強(qiáng)度最大值260kPa，最小值97kPa，平均值184kPa。任意料、心墻料壓實(shí)度與十字剪切強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1任意料、心墻料壓實(shí)度與剪切強(qiáng)度值統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

利用十字剪切強(qiáng)度作為填筑質(zhì)量快速檢測(cè)輔助手段，具有檢測(cè)速度快，操作簡(jiǎn)單靈活，選點(diǎn)要求低，可隨時(shí)檢測(cè)，即檢即預(yù)判等特點(diǎn)，主要用于國(guó)內(nèi)外細(xì)粒土填筑施工碾壓質(zhì)量控制，也可用于鐵路、公路路基、大壩心墻、壩體填筑等工程。應(yīng)用前在進(jìn)行碾壓工藝試驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度對(duì)比檢測(cè)，建立剪切強(qiáng)度與壓實(shí)度相關(guān)性，確定剪切強(qiáng)度最小值；然后在進(jìn)行正式施工時(shí)，以最小剪切強(qiáng)度值預(yù)判填筑碾壓質(zhì)量，進(jìn)行必要壓實(shí)度檢測(cè)驗(yàn)證即可。