大壩填筑坑測干密度與附加質(zhì)量法測干密度相關(guān)性研究

譚崧

【摘 要】某水電站大壩壩型為混凝土面板堆石壩，為確保大壩堆石填筑質(zhì)量，堆石填筑密度采用傳統(tǒng)的灌水法和附加質(zhì)量法共同檢測。但實(shí)際施工中因堆石的巖性、粒徑及成分復(fù)雜多變，以及附加質(zhì)量法本身?xiàng)l件的限制，實(shí)際施工中測試精度有一定得偏差。本文就附加質(zhì)量法干密度測試精度與傳統(tǒng)的灌水法進(jìn)行比較，找出在特定的條件下兩者之間的一般關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】大壩填筑；坑測干密度；相關(guān)性

0.工程概況

某水電站混凝土面板堆石壩壩頂高程1626.00m，壩基最低高程1471.00m，最大壩高155m。壩頂長525.328m，壩頂寬12m，壩底最大寬度455m，壩頂上游側(cè)設(shè)4.2m高混凝土防浪墻，墻頂高程1627.20m。壩體從上游向下游依次分為墊層區(qū)（2A）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游干燥堆石區(qū)（3C）、下游堆石排水區(qū)（3D），在周邊縫下設(shè)特殊墊層區(qū)（2B）。在面板上游面下部設(shè)上游鋪蓋區(qū)1A及蓋重區(qū)1B。

1.附加質(zhì)量法

附加質(zhì)量法又稱為△m法，其基本原理為：第一，將測點(diǎn)抽象為“質(zhì)彈體系”振動(dòng)模型；第二，用附加質(zhì)量法測量測點(diǎn)處的地基剛度K和地基土參振質(zhì)量m0；第三，用體積相關(guān)法求解地基填筑體的濕密度ρ；第四，用等體積法求取測點(diǎn)地基填筑體的干密度ρ；第五，利用濕密度ρ和干密度ρ求解含水率ω。

本工程附加質(zhì)量法的主要設(shè)備配置：WYS密度檢測儀、頻率27Hz～100Hz拾震器、半徑25cm，重量80㎏的圓形鋼質(zhì)承壓板5塊、50kg擊震錘等。

2.傳統(tǒng)灌水法

灌水法又名坑測法，適用于各類土。其試驗(yàn)過程為：第一，找平需要試驗(yàn)的部位，安放套環(huán)；第二，將塑料薄膜鋪設(shè)在套環(huán)底部，然后將套環(huán)注滿水至與套環(huán)頂面齊平并計(jì)算水質(zhì)量m；第三，排出套環(huán)內(nèi)水，取出薄膜，在套環(huán)內(nèi)挖坑取樣，計(jì)算取樣質(zhì)量m；第四，在試坑內(nèi)鋪設(shè)薄膜，注水至與套環(huán)齊平，計(jì)算水質(zhì)量m。據(jù)此計(jì)算試樣濕密度ρ；

ρ=·ρ

式中：

ρ——試坑土的濕密度，g/cm3；

m——注入套環(huán)內(nèi)水的質(zhì)量，g；

m——試樣的質(zhì)量，g；

m——注入套環(huán)和試坑內(nèi)水的質(zhì)量，g；

ρ——水的密度，g/cm3；

3.現(xiàn)場試驗(yàn)檢測

附加質(zhì)量法測點(diǎn)按單元面積進(jìn)行控制，粗堆石料按面積2000m2一個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行控制，細(xì)堆石料按面積500m2一個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行控制，并保證每個(gè)填筑單元布置一個(gè)測點(diǎn)。對(duì)檢測不合格的部位及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)碾，補(bǔ)碾后用灌水法或附加質(zhì)量法進(jìn)行復(fù)測。附加質(zhì)量法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果按2.3g/cm3控制，即小于2.3g/cm3，的測點(diǎn)為不合格測點(diǎn)，灌水法按設(shè)計(jì)壓實(shí)干密度控制。

4.試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

截止到2012年11月底，完成大壩填筑453.56萬方，其中2A料12.102萬方，2B料1.32萬方，3A料45.218萬方，3B料253.24萬方，3C料53.216萬方，3D料168.24萬方。

完成附加質(zhì)量法測點(diǎn)5357個(gè)，完成灌水法測點(diǎn)681個(gè)。以上測點(diǎn)數(shù)據(jù)包含對(duì)不合格點(diǎn)的復(fù)測數(shù)據(jù)。

5.試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2A料：兩種干密度測試方法的干密度最小值相同，而附加質(zhì)量法干密度的最大值和平均值較灌水法偏高，分別高102.90%和 101.73%。兩種測試方法干密度的離散程度相差不大，兩者相比灌水法的離散性稍好。

2B料：附加質(zhì)量法干密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍較灌水法寬泛，由此可見附加質(zhì)量法實(shí)驗(yàn)結(jié)果離散性較灌水法大，其中最大值前者是后者的104.62%，最小值前者是后前的96.90%，平均值前者是后者的100.87%。

3A料：灌水法干密度的最大值和最小值較附加質(zhì)量法都偏大，數(shù)據(jù)顯示最大值、最小值前者比后者分別大105.58%、104.27%。雖兩者的平均值相同，但灌水法干密度的離散性較附加質(zhì)量法的大。

3B料：如同2B料，附加質(zhì)量法干密度的數(shù)據(jù)范圍較灌水法寬，標(biāo)準(zhǔn)差顯示附加質(zhì)量法干密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果的離散性較大。最大值前者是后者的134.57%，最小值前者是后者的92.14%。平均值兩者相差不大，前者是后者的99.41%。

3C料：附加質(zhì)量法干密度的數(shù)據(jù)范圍較灌水法寬，但平均值相近。干密度最大值前者是后者的102.53%，最小值前者是后者的97.35%，平均值前者是后者的100.43%，前者數(shù)據(jù)的離散性較后者稍大。

3D料：灌水法干密度的最大值和最小值較附加質(zhì)量法都大，但兩者平均值和標(biāo)準(zhǔn)差都相近。最大值前者是后者的101.21%，最小值前者是后者的104.63%，平均值前者是后者的100.43%。后者數(shù)據(jù)的離散性稍大。

6.數(shù)據(jù)分析

2A料：兩種干密度測試方法的樣本數(shù)量都足夠大，從數(shù)據(jù)上來看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大值和最小值有少許差異，但都在3%以內(nèi)。兩者的標(biāo)準(zhǔn)差都不大，在0.04以下，且兩者標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)值相差較小，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果的離散性不大，在一定的、合理的范圍內(nèi)波動(dòng)。如以兩種方法的平均值代替兩組樣本數(shù)據(jù)，則其數(shù)值關(guān)系為：

△m=1.0173ρ

2B料：因2B料的填筑方量不大，且填筑面積較小，故兩種干密度實(shí)驗(yàn)方法的樣本數(shù)量都不大。從僅有的數(shù)據(jù)分析，兩者無論最小值、最小值或者是平均值的數(shù)值差異都在5%以內(nèi)。附加質(zhì)量法的樣本數(shù)量較少，故數(shù)值的離散性較大。2B料兩種干密度測試方法的數(shù)值關(guān)系不做相關(guān)性分析。

3A料：兩種干密度測試方法的樣本數(shù)量都足夠大，具有一定的代表性。從數(shù)據(jù)上來看，灌水法干密度的最大值較附加質(zhì)量法大了105.58%，但從總體樣本上看，灌水法干密度大于2.5g/cm3的測點(diǎn)僅此一個(gè)，因此可以將該點(diǎn)從樣本總數(shù)里面扣除，扣除后的樣本最大值是2.5g/cm3，平均值幾乎不受影響，而此時(shí)灌水法干密度的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0366，與附加質(zhì)量法相差無幾。故在樣本數(shù)量足夠大時(shí)，可以認(rèn)為附加質(zhì)量法與灌水法能相互代表。即：

△m=ρ

3B料：可以認(rèn)為兩種測試方法的樣本數(shù)量足夠大，具有一定的代表性。從數(shù)據(jù)上來看，附加質(zhì)量法的干密度最大值3.27g/cm3明顯是不合理的（實(shí)驗(yàn)得出此種料的綜合比重僅為2.91g/cm3），如忽略最小值相差較大的因素，可以認(rèn)為兩種干密度實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果可以用兩組樣本的平均值代替，則其數(shù)值關(guān)系為：

△m=0.9916ρ

3C料：為下游干燥堆石區(qū)，截止到目前填筑方量不大，故兩種方法的實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)數(shù)都比較小。從數(shù)據(jù)上看兩者的最大值、最小值和平均值的差異都在3%以內(nèi)，且兩者的標(biāo)準(zhǔn)差也在0.04左右，數(shù)據(jù)的離散性程度相近。但因兩種方法的樣本數(shù)量都不大，故不作相關(guān)性分析。

3D料：為主堆石區(qū)，填筑方量較大，測點(diǎn)較多。從數(shù)據(jù)表中可以看出灌水法的最大值、最小值和平均值比附加質(zhì)量法的都略大，前者分別是后者的101.21%、104.63%和100.43%，兩組數(shù)據(jù)差異在5%以內(nèi)，且兩者標(biāo)準(zhǔn)差都在0.04左右，數(shù)據(jù)的離散程度相仿。在此條件下，如用平均值代表兩組樣本，則其數(shù)值關(guān)系為：

△m=0.9958ρ

以上式中：

△m——附加質(zhì)量法試驗(yàn)密度

ρ——灌水法試驗(yàn)密度

7.結(jié)論

附加質(zhì)量法密度檢測技術(shù)，是一種原位、快速和無損的密度測定新方法，特別是在大粒徑的堆石區(qū)，其快速、準(zhǔn)確的優(yōu)越性更加明顯。在測試中，需要選取合適的測試參數(shù)和技術(shù)，才能達(dá)到滿足工程條件和規(guī)范的質(zhì)量檢測。在上述兩個(gè)情況不同的實(shí)例中，附加質(zhì)量法密度測試結(jié)果與灌水法實(shí)驗(yàn)值比較，附加質(zhì)量法的測試精度絕大部分高于95%，相對(duì)誤差一般小于5%，個(gè)別點(diǎn)位誤差為5%-6%。附加質(zhì)量法測試結(jié)果達(dá)到了施工設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也滿足了快速、高強(qiáng)度生產(chǎn)條件下施工質(zhì)量要求。