全-細(xì)顆粒關(guān)系模型的礫石土心墻壓實度快速檢測技術(shù)研究

郭永新

（水電十二局施工科學(xué)研究院，浙江建德311600）

1 概 述

在四川雅礱江兩河口水電站大壩工程的心墻壩填筑施工過程中，全料壓實度通過預(yù)控線法計算得到。由于施工進度的需要預(yù)控線法做不到點對點試驗，用時較長，同時受不同P5含量的影響，導(dǎo)致不同粒徑組成的土料所對應(yīng)的擊實干密度均有不同程度的偏差，使現(xiàn)場填筑生產(chǎn)過程中采用預(yù)控線進行施工質(zhì)量控制時，易出現(xiàn)不合格點，無法真實地反映現(xiàn)場實際的壓實情況。因此，本文重點解決的問題就是通過不同擊實功下的細(xì)料壓實度與全料壓實度之間的匹配關(guān)系，確定現(xiàn)場快速檢測的方法。

2 研究內(nèi)容和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

2.1 研究內(nèi)容

1）全料壓實度與不同擊實功下細(xì)料壓實度之間的關(guān)系分析研究；

2）分析大壩礫石土心墻料不同擊實功能下細(xì)料與全料壓實度之間匹配關(guān)系，以便尋求到現(xiàn)場快速檢測的方法。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

1）技術(shù)指標(biāo)：三點擊實快速檢測方法替代全料壓實度。

2）經(jīng)濟指標(biāo)：可縮短試驗檢測時間，提高試驗檢測效率，及時提交試驗成果以便指導(dǎo)施工，從而加快施工進度，以達到提高經(jīng)濟效益的目的。

3 研究方法和技術(shù)路線

3.1 研究方法

1）在室內(nèi)用摻配完全均勻的土料進行全料和細(xì)料不同擊實功下的擊實試驗，分別得到全料和細(xì)料的最大干密度，從而計算得到全料壓實度與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系。

2）提出在全料控制標(biāo)準(zhǔn)下（如97%）細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)值指標(biāo)。

3）結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)，利用試驗數(shù)據(jù)，驗證全料與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系，進行小于20 mm三點擊實法與計算推求小于20 mm細(xì)料壓實度對比分析研究。

3.2 技術(shù)路線

確定全料壓實度與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系，建立以細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)來保證全料標(biāo)準(zhǔn)的合理性和建立快速檢測方法的可行性。

4 設(shè)計技術(shù)要求

4.1 礫石土心墻料特征指標(biāo)要求

1）用于心墻防滲料的礫石土填筑料最大粒徑不大于150 mm；P5含量為30% ～50%（現(xiàn)場檢測P5含量最大不超過55%，且50% ～55%的頻率控制在5%以內(nèi)）；小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不小于15%；小于0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于8%。

2）碾壓后心墻防滲土料的滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10－5cm／s，礫石土心墻料抗?jié)B透變形的破壞坡度應(yīng)大于9.0，其滲透破壞形式應(yīng)為流土。

4.2 礫石土心墻料填筑標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計技術(shù)要求

碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細(xì)料壓實度進行雙控制。礫石土心墻料全料壓實度≥97%（修正普氏2 740 kJ／m3擊實功），心墻摻礫料P5含量分別為30%、40%、50%，壓實后干密度分別不小于 2.10、2.15、2.21 g／cm3；小于 20 mm細(xì)料壓實度≥100%（普氏擊實604 kJ／m3）。

5 研究結(jié)果

5.1 室內(nèi)擊實試驗

5.1.1 土石材料

本次試驗研究擊實用料采用亞中A區(qū)土料，摻礫料采用慶大河加工系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)級配新鮮石料，粒徑范圍為5～100 mm，摻礫料檢測結(jié)果見表1。

表1 摻礫料檢測結(jié)果

5.1.2 擊實試驗

5.1.2.1 擊實參數(shù)

擊實試驗分別采用標(biāo)準(zhǔn)擊實儀和大型擊實儀，擊實儀的基本參數(shù)見表2。

表2 擊實儀基本參數(shù)

5.1.2.2 超粒徑顆粒的處理

用原級配土料進行試驗是最理想的，但由于儀器對試樣的限制，需對土料中某些超過試樣允許粒徑的顆粒（即超粒徑顆粒）進行處理。處理超徑石的方法有剔除法、等量替代法、相似級配法和結(jié)合法。本次試驗大型擊實采用等量替代法，小于20 mm細(xì)料輕型擊實采用剔除法進行試驗［1］。

等量替代法：

剔除法：

式中：Pi為替代后粗粒某粒組含量，%；

Pfi為剔除后粗粒某粒組含量，%；

Poi為原級配某粒組含量，%；

Pdmax為超粒徑顆粒含量，%；

P5為原級配大于5 mm粒組含量，%。

5.1.2.3 超粒徑顆粒的處理結(jié)果

等量替代和剔除后的結(jié)果見表3和圖1。

5.1.3 擊實成果

本次試驗研究針對不同的 P5含量（25% ～55%）進行了Φ300 mm大型擊實試驗，＜20 mm不同的P5含量（10% ～50%）進行輕型擊實的試驗，擊實結(jié)果見表4、表5和圖2～5。

圖1 摻礫料顆粒級配曲線

表3 等量替代和剔除后的顆粒級配

表4 大型擊實（300 mm）結(jié)果

表5 輕型擊實結(jié)果

圖2 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線

圖3 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線

圖4 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線

圖5 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線

5.2 全料壓實度與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系

根據(jù)室內(nèi)擊實試驗數(shù)據(jù)，計算得到室內(nèi)全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系，計算過程見公式（3）與公式（4），匹配關(guān)系見表6。

全料壓實度為D全時的細(xì)料干密度按公式（3）計算：

式中：ρd，細(xì)為細(xì)料干密度，g／cm3；

ρd，全，max為全料最大干密度，g／cm3；

D全為全料壓實度；

ρw為水的密度，g／cm3；

GS為礫石視比重；

P20為大于20 mm礫石含量。

細(xì)料壓實度按公式（4）計算：

式中：D細(xì)為細(xì)料壓實度，%；

ρtfmax為全料壓實度為D全時的細(xì)料干密度，g／cm3；

Pdfmax為細(xì)料室內(nèi)擊實最大干密度，g／cm3。

表6 全料壓實度與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系

根據(jù)表6得出，全料壓實度為97%時，細(xì)料壓實度最大值為101.5，最小值為100.5，平均值為101.4。

5.3 細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)值指標(biāo)

設(shè)計在填筑標(biāo)準(zhǔn)及要求中提出碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細(xì)料壓實度進行雙控制。礫石土心墻料全料壓實度≥97%，小于20 mm細(xì)料壓實度≥100%。而本次試驗研究根據(jù)P5含量25%～55%的全料與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系得出，全料壓實度97%時相對應(yīng)的細(xì)料壓實度為100.5～102.0。因此，當(dāng)全料壓實度為97%時，選擇細(xì)料壓實度≥100%。

5.4 匹配關(guān)系的驗證

5.4.1 現(xiàn)場顆粒分析試驗

本次試驗研究對大壩礫石土料進行了50組顆粒分析試驗檢測，具體結(jié)果見表7。

表7 大壩礫石土料顆粒級配試驗結(jié)果統(tǒng)計

續(xù)表7

從表7的試驗結(jié)果可看出，大壩礫石土料最大粒徑均小于150 mm，最大值為95 mm，最小值為62 mm，平均值為74 mm；P5顆粒含量均在30%～50%之間，最大值為47.9%，最小值為39.4%，平均值為43.1%；各項指標(biāo)均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求。

5.4.2 壓實度檢測

本次試驗研究對大壩礫石土料進行了25組全料壓實度以及點對點細(xì)料壓實度檢測，具體結(jié)果見表8。

表8 壓實度統(tǒng)計

通過表8得到，全料壓實度均大于97%，最大值為100.9%，最小值為97.7%，平均值為99.4%，點對點所得細(xì)料壓實度均大于100%，最大值為105.0%，最小值為100.0%，平均值為102.3%；通過現(xiàn)場試驗驗證，室內(nèi)擊實所得的全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系完全是合理的。

5.5 細(xì)料壓實度與理論壓實度對比分析

本次試驗研究對大壩礫石土料進行了50組壓實度對比試驗，對比結(jié)果見表9。

表9 壓實度對比

通過表9得到，細(xì)料壓實度均≥100%，最大值為105.0%，最小值為100.0%，平均值為102.3%，均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求（A版）；細(xì)料理論壓實度最大值為105.5%，最小值為100.0%，平均值為102.5%；細(xì)料壓實度與細(xì)料理論壓實度差值均小于1.0%，最大值0.8%，最小值為－0.8%，平均值為－0.2%，誤差較小。

6 結(jié) 語

1）根據(jù)本次試驗研究結(jié)果得出，當(dāng)全料壓實度為97%時，細(xì)料壓實度≥100%，全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系與設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)一致。

2）現(xiàn)場生產(chǎn)試驗全料壓實度均≥97%，細(xì)料壓實度均≥100%，由此可以驗證室內(nèi)所得的全料壓實度與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系完全是合理的。

3）通過本次試驗研究數(shù)據(jù)分析，采用三點擊實法所得細(xì)料壓實度與理論壓實度平均差值為0.2%，誤差較小，由此現(xiàn)場可直接采用三點擊實快速檢測，以指導(dǎo)下一步施工。

4）當(dāng)采用三點擊實替代全料壓實度時，不僅可以縮短試驗檢測的時間，還可以提高試驗檢測的效率，從而加快施工進度，以達到提高經(jīng)濟效益的目的。