大型擊實(shí)與超大型擊實(shí)對摻礫土料壓實(shí)度的影響比較分析

摘要：在兩河口水電站大壩填筑工程的背景下，通過對比分析摻有礫石土料的壓實(shí)特性，進(jìn)行大型打?qū)嵑统笮痛驅(qū)崈蓚€方面的分析。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和資料收集，對不同擊實(shí)條件下的土體壓實(shí)度進(jìn)行了分析，并就大塊擊實(shí)對摻有碎石的土體壓實(shí)度有何影響進(jìn)行了探討。分析成果能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為填方建筑質(zhì)量控制提供技術(shù)保障，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。此項(xiàng)分析在技術(shù)改進(jìn)、填筑工程實(shí)踐等方面具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：大型擊實(shí)超大型擊實(shí)摻礫土料壓實(shí)特性

ComparativeAnalysisoftheInfluenceofLargeCompactionandSuperLargeCompactionontheCompactnessofGravelSoil

WUKan

ChinaWaterandHydropower12thEngineeringBureauCo.，Ltd，Hangzhou，ZhejiangProvince，311600China

Abstract：InthecontextofthefillingprojectoftheLianghekouhydropowerstationdam，bycomparingandanalyzingthecompactioncharacteristicsofsoilmixedwithgravel，twoaspectsoflarge-scalecompactionandsuperlarge-scalecompactionareanalyzed.Throughexperimentaldesignanddatacollection，thecompactiondegreeofsoilunderdifferentcompactionconditionswasanalyzed，andtheimpactoflargeblockcompactiononthecompactiondegreeofsoilmixedwithcrushedstoneswasexplored.Theanalysisresultscanprovidebasicdata，providetechnicalsupportforqualitycontroloffillconstruction，andpromotetheimprovementofeconomicbenefits.Thisanalysishasguidingsignificanceintechnicalimprovement，fillingengineeringpractice，andotheraspects.

KeyWords：Largecompaction;Superlargecompaction;Gravelsoilmaterial;Compactioncharacteristic

在填筑工程中，土料的壓實(shí)度直接影響著工程的質(zhì)量和安全，針對兩河口水電站大壩填筑工程中存在的問題，本研究通過對大型擊實(shí)和超大型擊實(shí)條件下?lián)降[土料的壓實(shí)特性進(jìn)行比較分析。目的在于解決現(xiàn)場施工中使用300mm擊實(shí)試驗(yàn)所得的預(yù)控線無法真實(shí)地反映壓實(shí)情況的問題，提高施工質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，將探討不同擊實(shí)條件下土料的壓實(shí)度變化情況，并對其影響因素進(jìn)行解釋和探討。本研究將為填筑工程的質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，促進(jìn)工程施工的可持續(xù)發(fā)展。

1研究背景與動機(jī)

填平工程直接關(guān)系到工程的安全可靠，是水利水電工程不可或缺的重要組成部分。在填方工程中，直接影響工程承載力和防滲性能的是土料的壓實(shí)度，這是一個至關(guān)重要的參數(shù)。但在實(shí)際施工中，土料的壓實(shí)情況往往存在較大的不確定性，原因是土源不均勻，天然含水量的差異，工程環(huán)境復(fù)雜等。特別是土源分散、土質(zhì)特性各異的兩河口水電站大壩填筑工程，更需要對土質(zhì)壓實(shí)特性進(jìn)行深入研究，確保施工質(zhì)量和工程安全。

本研究的背景基于兩河口水電站大壩填筑工程的實(shí)際情況，該工程采用礫石土心墻壩結(jié)構(gòu)，土料來源于多個場地，包括亞中、蘋果園、普巴絨、瓜里、西地5個土料場，各個場地的土料特性存在較大的差異。在填筑過程中，采用的300mm擊實(shí)試驗(yàn)得到的預(yù)控線與全料擊實(shí)試驗(yàn)的預(yù)控線存在一定的偏差，影響了施工質(zhì)量的控制[1]。本研究旨在通過對不同擊實(shí)條件下土料的壓實(shí)特性進(jìn)行研究，解決現(xiàn)場施工中存在的質(zhì)量控制問題，為填筑工程提供可靠的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。本研究具有一定的科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值。

本文重點(diǎn)解決的問題就是通過對原級配超大型擊實(shí)、替代法全料大型擊實(shí)和細(xì)料小型擊實(shí)的試驗(yàn)研究，分析在不同擊實(shí)功下?lián)降[土料的擊實(shí)特性得出摻礫土全料和細(xì)料的最大干密度、最優(yōu)含水率以及壓實(shí)度的變化情況，建立現(xiàn)場采用300m擊實(shí)所得預(yù)控線替代全料所得預(yù)控線的合理性，為后期大壩心墻填筑檢測質(zhì)量控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究推廣后，能加快試驗(yàn)檢測的速度，為大壩填筑贏得充足的時(shí)間，并且提高經(jīng)濟(jì)效益。通過對礫石土心墻壩填筑工程中土料的壓實(shí)特性進(jìn)行深入研究，本研究旨在為填筑工程的質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，促進(jìn)填筑工程的施工質(zhì)量和安全性提升，為我國水利水電工程的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

2材料與方法

2.1土料來源與特性

本研究選取的土料樣本來源于兩河口水電站大壩填筑工程中的五個不同土料場，分別為亞中、蘋果園、普巴絨、瓜里和西地。這些土料場地的土料特性存在著一定的差異，主要體現(xiàn)在顆粒級配、天然含水量、力學(xué)性能和擊實(shí)性能等方面。不同土料場的土料特性數(shù)據(jù)如表1所示。

在試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，選取了具有代表性的土樣，根據(jù)土場實(shí)際情況和工程要求進(jìn)行初步篩選，確定其初始狀態(tài)，進(jìn)行干濕自重測定。實(shí)驗(yàn)過程中，選用合適的土質(zhì)樣本，并利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法，對土質(zhì)的壓實(shí)特性進(jìn)行了詳細(xì)的測試和分析，嚴(yán)格按照工程的實(shí)際需要和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試驗(yàn)。通過深入研究土質(zhì)材料的來源和特性，提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

本研究對摻有礫石的土料的壓實(shí)特性進(jìn)行比較分析，采用了大型和超大型兩種不同的試驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，初步篩選并測定干濕重量，以確定其初始狀態(tài)，選取符合工程實(shí)際需要的土質(zhì)樣品。選擇合適的土樣，按實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，在能量和擊實(shí)次數(shù)上嚴(yán)格把關(guān)，保證了實(shí)驗(yàn)的可比性和準(zhǔn)確性[2]。具體地說，就是在大規(guī)模的擊實(shí)測試中，按照以下公式，選擇了符合工程標(biāo)準(zhǔn)要求，并進(jìn)行了土體壓實(shí)測試的擊實(shí)設(shè)備。

（1）

式（1）中，表示擊實(shí)能量，表示擊實(shí)器的質(zhì)量，表示擊實(shí)器的速度。而在超大型實(shí)彈射擊測試中，為了模擬實(shí)際填方工程中的超大型實(shí)彈射擊，使用了能量更高的實(shí)彈射擊裝備，增加了實(shí)彈射擊的次數(shù)。在試驗(yàn)過程中，為獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，全程跟蹤、記錄土料的壓實(shí)過程，采用現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄的方式。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將不同擊實(shí)條件下土料的壓實(shí)效果、壓實(shí)度的差異，通過方差分析等方法進(jìn)行比較。通過上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法的選擇，為填方工程的施工質(zhì)量控制提供可靠的技術(shù)支持和指導(dǎo)，全面準(zhǔn)確地評估不同擊實(shí)條件對土體壓實(shí)性能的影響。

2.3數(shù)據(jù)采集與分析

在檢測過程中，采取現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)備案的方式，全程跟蹤、記錄土方壓實(shí)過程。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵參數(shù)的干密度、含水率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在不同的擊實(shí)條件下，對土料進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。還利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對粒級配比、力學(xué)性能等指標(biāo)的測定在內(nèi)的土質(zhì)樣本進(jìn)行了細(xì)致的物性檢測[3]。不同擊實(shí)條件下土料的干密度和含水率數(shù)據(jù)如表2所示。

研究表明，在超大型條件下，土體壓實(shí)度與大型條件下相比有明顯提高，其差異在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有重要意義。通過上述資料的收集和分析，使對填筑工程的施工質(zhì)量控制有了科學(xué)的依據(jù)和技術(shù)支撐，從而能夠深入了解不同的打?qū)崡l件對土體壓實(shí)性能的影響。

3大型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1超大型擊實(shí)條件下的摻礫土料壓實(shí)特性

在超大規(guī)模的擊實(shí)條件下進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果表明，在超大規(guī)模的擊實(shí)作用下，摻入礫石的土料呈現(xiàn)出一系列顯著的壓實(shí)特性。土質(zhì)干密度隨打?qū)嵈螖?shù)的增加而逐步提高，說明超大規(guī)模的打?qū)崒γ軐?shí)化土質(zhì)有有效的促進(jìn)作用。在一定范圍內(nèi)，隨著擊打次數(shù)的增加，土質(zhì)含水率呈遞減趨勢，這表明超大規(guī)模的擊打可以使土質(zhì)中的空隙空間得到有效降低，使土質(zhì)含水率降低。還觀察到，土料的顆粒排列更加緊密，顆粒之間的相互作用增強(qiáng)，土料抗壓能力和承載能力明顯增強(qiáng)，土料的抗壓能力在超大型的打?qū)崡l件下，適合于填筑工程實(shí)際應(yīng)用的碎石土料，顯示出極高的壓實(shí)效果和極佳的力學(xué)性能[4]。超大型擊實(shí)條件下的摻礫土料壓實(shí)特性如圖1所示。

3.2大型擊實(shí)對摻礫土料壓實(shí)度的影響比較

相比之下，大型擊實(shí)條件下的壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出一些與超大型擊實(shí)不同的特點(diǎn)。在大型擊實(shí)條件下，土料的干密度增加速度相對較慢，雖然隨著擊實(shí)次數(shù)的增加也能夠提高土料的密實(shí)度，但其效果不及超大型擊實(shí)明顯。大型擊實(shí)對土料含水率的影響相對較小，土料的含水率在大型擊實(shí)過程中變化不明顯。與超大型擊實(shí)相比，大型擊實(shí)條件下土料的顆粒排列相對松散，土料的抗壓能力和承載能力略有下降[5]。這些差異可能是由于擊實(shí)能量和頻率的不同所導(dǎo)致的，表明了不同擊實(shí)條件對土料壓實(shí)性能的影響差異。

大型擊實(shí)和超大型擊實(shí)條件下的摻礫土料表現(xiàn)出了不同的壓實(shí)特性，超大型擊實(shí)條件下的土料具有較高的干密度、較低的含水率和優(yōu)良的力學(xué)性能，適用于填筑工程中對土料壓實(shí)度要求較高的場合；而大型擊實(shí)條件下的土料壓實(shí)度相對較低，但仍然具有一定的實(shí)用價(jià)值，可根據(jù)具體工程要求進(jìn)行選擇和應(yīng)用。這些結(jié)果對填筑工程的施工質(zhì)量控制和工程設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。

4討論與解釋

4.1結(jié)果解釋與現(xiàn)場應(yīng)用

通過對大型擊實(shí)和超大型擊實(shí)條件下的壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋，可以得出以下結(jié)論：（1）超大型擊實(shí)條件下的土料表現(xiàn)出了較高的干密度和較低的含水率，具有優(yōu)良的壓實(shí)特性和力學(xué)性能，適合用于填筑工程中對土料壓實(shí)度要求較高的場合；（2）而大型擊實(shí)條件下的土料雖然壓實(shí)效果相對較差，但仍然具有一定的實(shí)用價(jià)值，可根據(jù)具體工程要求進(jìn)行選擇和應(yīng)用。這些結(jié)果對填筑工程的現(xiàn)場施工具有重要的指導(dǎo)意義，可以幫助工程施工人員選擇合適的擊實(shí)條件和土料來源，提高施工質(zhì)量和效率。

在實(shí)際運(yùn)用中，為達(dá)到最好的填筑效果，根據(jù)工程的具體情況和要求，選擇適當(dāng)?shù)膿魧?shí)條件和土料來源是非常重要的。例如：在要求土料的密實(shí)度和力學(xué)性能更高時(shí)，超大型擊實(shí)條件下的土料是優(yōu)先的選擇[6]；而對于一般的填筑項(xiàng)目，大型擊實(shí)條件下的土料也可滿足基本的施工要求，可結(jié)合實(shí)際情況對擊實(shí)條件和土料來源進(jìn)行綜合選擇與運(yùn)用。

本研究成果還可作為填筑項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，通過對土料壓實(shí)性能的深入研究分析，對土料的力學(xué)性能以及工程適用性有更準(zhǔn)確的考核，從而對工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)基礎(chǔ)與技術(shù)保障，結(jié)合上述成果對土料的選用與運(yùn)用進(jìn)行合理規(guī)劃，可保證項(xiàng)目施工質(zhì)量與安全，結(jié)合本調(diào)研成果，對填筑項(xiàng)目選擇土料及運(yùn)用進(jìn)行合理規(guī)劃，保證項(xiàng)目順利推進(jìn)。

4.2技術(shù)優(yōu)勢與局限性分析

本研究揭示了不同的擊實(shí)條件對土體壓實(shí)性能的影響差異，通過深入研究和分析大型和超大型的擊實(shí)條件下土體的壓實(shí)特性。在對土體壓實(shí)度有較高要求的填筑工程中，超大型打?qū)崡l件下的土體表現(xiàn)出較高的壓實(shí)效果和優(yōu)良的力學(xué)性能，技術(shù)優(yōu)勢明顯。雖然大型打?qū)崡l件下的土料壓實(shí)效果比較差，但仍有一定的實(shí)用價(jià)值，可根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選用應(yīng)用。

然而，這個研究也是有局限性的，這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)樣本來自可能受地質(zhì)條件和土質(zhì)來源限制、不具有普適性的特定填土工程現(xiàn)場。本研究在沒有對其他擊實(shí)條件進(jìn)行比較分析的情況下，只考慮了土料在大、超大兩種擊實(shí)條件下的壓實(shí)特性，存在研究范圍的局限性[7]。本研究對土料的抗剪強(qiáng)度、防滲性能等其他性能指標(biāo)研究不夠深入，對土料的綜合性能分析不夠充分。

今后的研究可以擴(kuò)大研究樣本的范圍，把更多的擊實(shí)條件和土料來源考慮進(jìn)去，進(jìn)一步提高研究結(jié)果的普適性和可靠性?？梢赃M(jìn)一步對土料的綜合性能進(jìn)行研究，把其他性能指標(biāo)也結(jié)合進(jìn)去，從而提供更為全面的技術(shù)支持和指導(dǎo)，把填筑工程的施工質(zhì)量控制和工程設(shè)計(jì)工作做得更到位。

5結(jié)語

本研究對摻礫土料在大擊實(shí)條件和超大擊實(shí)條件下的壓實(shí)特性進(jìn)行比較分析，揭示了不同擊實(shí)條件下土料壓實(shí)性能的差異。研究表明，在超大型擊實(shí)條件下的土料具有較好的壓實(shí)效果和優(yōu)良的力學(xué)性能，對填筑工程中對土料壓實(shí)度要求較高的場合比較適用；雖然大型擊實(shí)條件下的土料壓實(shí)性相對較差，但仍有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此項(xiàng)研究成果對填筑工程的施工質(zhì)量控制和工程設(shè)計(jì)起到了重要的參考依據(jù)及技術(shù)支持的作用，并有一定的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張延億，丁飛，李建，等.土石壩摻礫心墻料的壓縮特性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2022，41（12）：10-18.

[2]丁飛.某土石壩心墻防滲料的摻礫改性研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2023.

[3]趙娜，左永振，陸世權(quán)，等.軟巖堆石料的擊實(shí)特性與尺寸效應(yīng)研究[J/OL].長江科學(xué)院院報(bào)：1-6[2024-05-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/42.1171.tv.20230927.0940.002.html.

[4]丁飛，張延億，楊劍，等.土石壩摻礫心墻料的擊實(shí)特性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2022，41（8）：113-120.

[5]李振江，姜夢圓.淺析土石壩水庫填筑黏土料壓實(shí)度超百現(xiàn)象[J].水利建設(shè)與管理，2024，44（1）：23-26，22.

[6]王向忠，吳浪，楊玉仙，等.壩體防滲墻填筑土料壓實(shí)度試驗(yàn)[C]//《施工技術(shù)》雜志社，亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司.2023年全國土木工程施工技術(shù)交流會論文集（下冊）.云南潤諾建筑工程檢測有限公司，2023：3.

[7]郭旺，楊賢，朱燕文，等.基于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的土質(zhì)路基壓實(shí)質(zhì)量評估研究[J].湖南交通科技，2023，49（3）：81-85，92.