CN104912050A - 坡地水量平衡试验土体填筑施工方法 - Google Patents

坡地水量平衡试验土体填筑施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，包括以下步骤：a选择试验土样，分层开挖；b分层堆放土样；c保湿、均匀土壤含水量；d击实试验；e碾压夯实试验；f测量土样原始含水量；g严格按照干密度回填土样；h保证回填土壤厚度均匀；i夯实回填土壤；j验证回填土壤。本施工方法具有施工设计合理，操作简单和保证坡地试验小区填筑土体与自然土体相近，同时解决了填筑土体与实际坡地土体结构的一致性问题，为其他相关试验的小区建设土体填筑提供施工参考。

Description

坡地水量平衡试验土体填筑施工方法
技术领域
本发明涉及土壤水分运动、水量平衡及水资源利用领域，特别涉及一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法。
背景技术
坡地资源的不合理利用，特别是水资源，会导致严重的水土流失，同时会恶化生态环境。水资源是人类社会生存和发展的物质基础，水资源问题以及水资源时空分配不均，严重威胁生态安全和粮食安全。目前，水资源开发利用形式严峻，主要包括：①水资源供需失衡、利用率低：相对需求而言，水资源供给不足与水资源浪费并存；②水环境恶化严重：水土流失面源污染不仅污染水源，而且降低水资源功能，使水资源供需矛盾更加尖锐。
土壤水分运动研究是水资源合理调控的重要组成部分，同时是土壤学和水文学重要研究领域，与地表地下水质、土壤养分吸收等息息相关,其理论广泛应用于地表地下水污染、重金属迁移和土壤盐分运动等方面。由于野外条件的不可控制性以及随机性，研究坡地水循环规律以及土壤内部水分运动，建立坡地水量平衡小区是有效途径，同时可以有效模拟水分运动过程，室内条件下进行模拟试验，可操作性强，易控制。但是建设坡地水量平衡试验小区，如何保持坡地水量平衡小区填筑土壤与实际坡地的土壤结构的一致性是首要面临的难题。
发明内容
本发明为了解决施工方法中坡地水量平衡小区现有土体填筑法不能满足各土层均匀、稳定、夯实等问题，同时为了保持坡地水量平衡小区填筑土壤与实际坡地的土壤结构的一致性，提出了一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法。
为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：分层开挖取土及土壤干密度测定。
选择试验土壤所对应的实地土壤进行典型调查与勘测，根据调查结果确定土壤发生层表土层A、心土层B和底土层C厚度，分析计算土壤可利用率，按照实际需土方量取土。取土要求按照实地土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C厚度进行分层取土，同时分层取土样分别测定A、B和C每层土壤干密度值，将A、B和C每层干密度值作为填筑土壤的控制干密度，控制误差为-2%的范围。
步骤二：分层编号堆放。
将取回的土壤按不同层次分区堆放，每个区要预留同样面积的区域作为过筛堆放区，堆土要严格按照分层进行编号堆放，即不同土层的土壤放在同一编号的土堆。在堆放的过程中，为保证堆放的土壤不受降雨的影响，对土堆采取防雨毡布遮挡保护等措施，完成后堆土区应保证不积水。
步骤三、土壤过筛。
采用电动筛将堆放的土壤进行过筛，去除粗粒、砾石及大根系，过筛孔径标准为25mm。
步骤四：保湿、均匀土壤含水量。
雨天做好防雨防水，晴天防止土壤暴晒，保证均匀土壤含水量。
步骤五：击实试验。
通过室内击实实验确定土壤的最优含水量和最大干密度。
步骤六：碾压夯实实验。
采用压实机器对填筑土壤进行碾压夯实实验，实验时土壤含水量控制指标采用步骤五确定的最优含水量，将碾压试验土壤铺设成不同厚度（5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm）分别测定碾压夯实1遍、2遍、3遍……n遍后压实土壤的干密度，当测得土壤干密度值达到步骤一确定的控制干密度值后，其对应碾压遍数、碾压厚度、机器行走速度则为最优碾压遍数、厚度、行走速度，通过上述碾压试验分别确定A层、B层和C层土壤最优碾压夯实遍数n、碾压厚度h、机器行走速度。
步骤七：土样原始含水量测量。
填土前对要即将填进试验区的土壤进行含水量（ω）检测，通过土堆不同部位不同深度取样（>20个样），然后混合，检测该混合样的土壤含水量。
步骤八：分层回填土重量确定。
严格按照步骤一中的土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C土壤干密度m和每层填筑厚度h（cm）计算相应土层需要的干土重M1（Kg）：
                  （1）
根据要填筑土壤含水量（ω）确定每层填筑土壤湿重M2（kg）：
                                                      （2）
步骤九：回填土壤且厚度均匀。
根据计算的M2将相应重量的土壤运进测坑后，用工具摊铺平整，确保土壤厚度均匀。
步骤十：夯实土壤。
摊平后用相应的工具碾压夯实，按照步骤六碾压试验确定的参数严格控制好碾压机器的行走速度，碾压夯实到相应遍数。
步骤十一：回填土壤干密度验证。
采用酒精燃烧法完成对回填土所述土壤含水量和土壤干密度的检测，如果土壤干密度达到控制标准值后用铆对夯实的回填土表层进行打毛处理；如果检测土壤干密度不合格，夯实后土壤干密度过大，则进行返工重新碾压，以达合格，如果夯实后土壤干密度偏小，再次碾压至土壤干密度值达标。
与现有技术相比，本发明所具有的优点和效果是：
1、本发明施工步骤操作简单，设计合理，施工容易。
2、本发明通过分层开挖土样、分层堆放土样、土壤过筛、击实实验、分层碾压实验、分层控制土壤干密度、回填土样干密度验证等施工工序，使试验土壤更易与自然土壤结构保持一致，更加接近自然土壤层物理性质。
本发明搜集大量各土层干密度数据，保证回填土各层土壤干密度与其一致或接近。 
附图说明
图1为本发明坡地水量平衡试验土体填筑施工方法的流程示意图。
图2为取土点示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作更进一步说明。
图1所示为本发明坡地水量平衡试验土体填筑施工方法的流程示意图，所述坡地水量平衡试验小区土体填筑施工方法包括如下步骤：
步骤一：分层开挖取土及土壤干密度测定。
选择试验土壤所对应的实地土壤进行典型调查与勘测，根据调查结果确定土壤发生层表土层A、心土层B和底土层C厚度，分析计算土壤可利用率，按照实际需土方量取土。取土要求按照实地土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C（上层和下层）厚度进行分层取土，同时分层取土样分别测定A、B和C（上层和下层）每层土壤干密度值，将A、B和C（上层和下层）每层干密度值作为填筑土壤的控制干密度，控制误差为-2%的范围。例如江西省德安县第四纪红壤粘土各层干密度分别为：A层1.327 g/cm3、B层1.472 g/cm3、C上层1.526 g/cm3、C下层1.639 g/cm3，对自然土壤进行A、B、C（上层和下层）分层取土。
步骤二：分层编号堆放。
将取回的土壤按不同层次分区堆放，每个区要预留同样面积的区域作为过筛堆放区，堆土要严格按照分层进行编号堆放，即不同土层的土壤放在同一编号的土堆。在堆放的过程中，为保证堆放的土壤不受降雨的影响，对土堆采取防雨毡布遮挡保护等措施，完成后堆土区应保证不积水。例如德安县第四纪红壤粘土分A、B、C（上层和下层）分区堆放。
步骤三、土壤过筛。
采用电动筛将堆放的土壤进行过筛，去除粗粒、砾石及大根系，过筛孔径标准为25mm。
步骤四：保湿、均匀土壤含水量。
雨天做好防雨防水，晴天防止土壤暴晒，保证均匀土壤含水量。
步骤五：击实试验。
通过室内击实实验确定土壤的最优含水量和最大干密度。
步骤六：碾压夯实实验。
采用压实机器对填筑土壤进行碾压夯实实验，实验时土壤含水量控制指标采用步骤五确定的最优含水量，将碾压试验土壤铺设成不同厚度（5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm）分别测定碾压夯实1遍、2遍、3遍……n遍后压实土壤的干密度，当测得土壤干密度值达到步骤一确定的控制干密度值后，其对应碾压遍数、碾压厚度、机器行走速度则为最优碾压遍数、厚度、行走速度，通过上述碾压试验分别确定A层、B层和C层土壤最优碾压夯实遍数n、碾压厚度h、机器行走速度。
步骤七：土样原始含水量测量。
填土前对要即将填进试验区的土壤进行含水量（ω）检测，通过土堆不同部位不同深度取样（>20个样），然后混合，检测该混合样的土壤含水量。
步骤八：分层回填土重量确定。
严格按照步骤一中的土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C土壤干密度m和每层填筑厚度h（cm）计算相应土层需要的干土重M1（Kg）：
                 （1）
根据要填筑土壤含水量（ω）确定每层填筑土壤湿重M2（kg）：
                                         （2）
德安第四红壤粘土分为：①底土层C下层（150 cm—水量平衡小区底板），按每层10 cm厚回填，填实后的土壤干密度按所述应用生产推广研究地区底土层C下层干密度执行；②底土层C上层（60 cm—150 cm），按每层10 cm厚回填，填实后的土壤干密度按所述应用生产推广研究地区底土层C上层干密度执行；③心土层B层（30 cm—60 cm），分3层回填，每层厚度10 cm，填实后的土壤干密度按所述应用生产推广研究地区心土层B层干密度执行；④表土层A层（0—30 cm），分3层回填，每层厚度10 cm，填实后的土壤干密度按所述应用生产推广研究地区表土层A层干密度执行。
步骤九：回填土壤且厚度均匀。
根据计算的M2将相应重量的土壤运进测坑后，用工具摊铺平整，确保土壤厚度均匀。
步骤十：夯实土壤。
摊平后用相应的工具碾压夯实，按照步骤六碾压试验确定的参数严格控制好碾压机器的行走速度，碾压夯实到相应遍数。
步骤十一：回填土壤干密度验证。
采用酒精燃烧法完成对回填土所述土壤含水量和土壤干密度的检测，如果土壤干密度达到控制标准值后用铆对夯实的回填土表层进行打毛处理，打毛深度为3cm左右，密度为20×20 cm四个角点，打毛处理是为增加层与层之间的摩擦力，防止土壤内部滑落；如果检测土壤干密度不合格，夯实后土壤干密度过大，则进行返工重新碾压，以达合格，如果夯实后土壤干密度偏小，再次碾压至土壤干密度值达标。
上述步骤过程的数据记录如下：
表1江西德安水保科技园水量平衡小区回填土夯实施工方法测定；
表2江西德安水保科技园水量平衡小区回填土夯实方法干密度检测。

Claims (9)

1.一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：分层开挖取土及土壤干密度测定；
按照实地土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C厚度进行分层取土，同时分层取土样分别测定A、B和C每层土壤干密度值，将A、B和C每层干密度值作为填筑土壤的控制干密度；
步骤二：将取回的土壤分层编号堆放；
步骤三、土壤过筛；
步骤四：土壤保湿；
步骤五：击实试验；
通过室内击实实验确定土壤的最优含水量和最大干密度；
步骤六：碾压夯实实验；采用碾压夯实机器对填筑土壤进行碾压夯实实验，实验时土壤含水量控制指标采用步骤五确定的最优含水量，将碾压试验土壤铺设成不同厚度分别测定碾压夯实1遍、2遍、3遍……n遍后的压实土壤干密度，当测得土壤干密度值达到步骤一确定的控制干密度值后，其对应碾压遍数、碾压厚度、机器行走速度则为最优碾压遍数、厚度、行走速度，通过上述碾压试验分别确定A层、B层和C层土壤最优碾压夯实遍数n、碾压厚度h、机器行走速度；
步骤七：回填前土壤含水量测量；
步骤八：分层回填土重量确定；
步骤九：回填土壤且使厚度均匀；
步骤十：夯实土壤；
步骤十一：回填土壤干密度验证及应急处理。
2.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：所述步骤八中，严格按照步骤一中的土壤发生层表土层A、心土层B、底土层C土壤干密度m和每层填筑厚度h（cm）计算相应土层需要的干土重M1（Kg）：
                  （1）
根据步骤七确定的土壤含水量（ω）计算确定每层填筑土壤湿重M2（kg）：
                                                      （2）。
3.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：步骤二具体为：将取回的土壤按不同层次分区堆放，每个区要预留同样面积的区域作为过筛堆放区，堆土要严格按照分层进行编号堆放；在堆放的过程中，为保证堆放的土壤不受降雨影响，对土堆采取遮挡保护等措施，且完成后堆土区应保证不积水。
4.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：所述步骤六中，所述回填土样A层确定的碾压厚度分层碾压填实，并按最优土壤含水量控制A层土壤干密度；所述回填土样B层确定的碾压厚度分层碾压填实，并按最优土壤含水量控制B层土壤干密度；所述回填土样C层确定碾压厚度分层碾压填实，并按最优土壤含水量控制C层土壤干密度。
5.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：所述步骤十中，对所述回填土样进行夯实时，用夹板隔离墙壁，以防治夯实过程中操作不当而破坏测坑墙面防水层。
6.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：所述步骤三中，采用过筛工具将堆放的土壤进行过筛处理，去除粗粒、砾石及植物大根系。
7.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：步骤七中，通过土堆不同部位不同深度取样，然后混合，检测该混合样的土壤含水量。
8.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：步骤十一中，采用酒精燃烧法完成对回填土所述土壤干密度的检测，如果土壤干密度达到控制标准值后人工对夯实的回填土表层进行打毛处理；若检测土壤干密度不合格，夯实后土壤干密度过大，则进行返工重新碾压，以达合格，若夯实后土壤干密度偏小，再次碾压至土壤干密度值达标。
9.根据权利要求1所述的一种坡地水量平衡试验土体填筑施工方法，其特征在于：步骤十具体指：土壤摊平后碾压夯实，按照步骤六碾压实验确定的最优碾压遍数、行走速度控制碾压机器的行走速度和碾压遍数。
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