CN106908349A - 确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及砂砾料土工试验技术领域，公开了一种确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法。本发明包括以下步骤：根据砂砾料尺寸制备密度桶；在试验场地挖设沟槽，在沟槽底部表面铺设细砂，静碾、找平后压实；沿沟槽延伸方向间隔设置密度桶，并标识密度桶的中心点位置；按照试验要求级配进行人工配料，然后依次填入密度桶内和密度桶四周的沟槽内；先进退行驶振动碾压26遍，然后经过精确计算，确定剩余碾压次数，再次进行行驶振动碾压；碾压完成后，桶顶找平，然后测定密度桶的体积，称量密度桶内砂砾料的质量，计算得到砂砾料的最大干密度。本发明采用更合理的碾压方式，可快速、准确的确定砂砾料的最大干密度，避免相关设备的损坏。

Description

确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法
技术领域
本发明涉及砂砾料土工试验技术领域，特别是涉及一种确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法。
背景技术
砂砾料的最大干密度是确定相对密度指标和施工质量控制中的关键参数。由于尺寸效应影响，室内相对密度试验不能很好反映现场全级配砂砾料的实际情况，特别是现在大型机械设备在水利工程上的广泛应用，使得现场碾压试验和现场施工检测中经常出现相对密度大于100％的不合理现象。而开展砂砾料原级配现场大型相对密度试验，是解决上述不合理现象的有效途径。
《土石筑坝材料碾压试验规程》(NB/T 35016-2013)中规定碾压试验中采用的碾压方式为定点微动进退振动碾压，这种操作方式容易导致密度桶倾斜，影响振动碾压能量传递，也容易导致密度筒发生变形，进而导致密度桶体积发生变化，影响最终结果，甚至损坏振动碾。
发明内容
本发明提供一种采用更合理的碾压方式，可快速、准确的确定砂砾料的最大干密度，避免相关设备损坏的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法。
解决的技术问题是：现有碾压方式易造成密度桶倾斜，进而导致试验结果不准确，甚至损坏振动碾。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，包括以下步骤：
步骤一、密度桶制备：根据砂砾料尺寸制备密度桶；
步骤二、沟槽设置：在试验场地挖设沟槽，在沟槽底部表面铺设细砂，静碾、找平后压实；
步骤三、密度桶设置：沿沟槽延伸方向间隔设置密度桶，并标识密度桶的中心点位置；
步骤四、配料及装填：按照试验要求级配进行人工配料，然后依次填入密度桶内和密度桶四周的沟槽内；
步骤五、碾压：以2km/h-3km/h的行驶速度进行进退行使碾压，先振动碾压26遍；然后再按照以下公式确定剩余进退行驶振动碾压次数n：
式中：n为剩余进退行驶振动碾压的次数；
d为密度桶的直径，m；
Δl为相邻密度桶之间的间距，m；
v为振动碾的行驶速度，m/h；
Δt为进、退换档占用时间，s；
步骤六、测量：碾压完成后，进行桶顶找平，然后取出密度桶内的试料，以灌水法测定密度桶的体积，称量密度桶内砂砾料的质量，得到砂砾料的最大干密度。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤一中密度桶为一端敞口的圆柱形钢桶，所述密度桶的直径为砂砾料最大粒径的3-5倍，密度桶的桶深不小于大坝填筑施工时的铺层厚度。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，所述密度桶的直径不超过200cm，桶深为80-100cm。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤一中密度桶采用12-16mm厚的钢材制成。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤二中挖设的沟槽长度为15-25m，宽度为2.5-3.0m，深度与密度桶的桶深相适应。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤二中铺设的细砂层的厚度为4-6cm，静碾2遍，采用26t振动碾压实。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤四中人工配料按照平均级配、上包线级配、下包线级配、上平均线级配和下平均线级配5个不同砾石含量的级配进行人工配料。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤四中配料采用四分法进行装填，装填的人工配料高出密度桶顶20-25cm。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，步骤五中在碾压的过程中，根据密度桶内的装填料及周边料的沉降情况补充配料，避免振动碾与密度桶直接接触。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，进一步的，还包括以下步骤：
步骤七、重复步骤四-步骤六，进行平行试验，取两次试验结果的算数平均值，两次试验的最大干密度差值不大于0.03g/cm3。
本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提出了更为合理有效的振动碾压方式，采用进退行使振动碾压替代定点微动进退振动碾压，对整个试验区域内进行行驶碾压，保证了每个密度桶面积范围内受到振动碾压的时间与规范中的规定一致；本发明通过能量等效和碾压效果等效的方法将定点微动进退振动碾压等效为进退行驶振动碾压，同时在保证碾压效果的前提下，避免了密度桶因长时间的定点微动进退振动碾压而导致的密度桶变形、倾斜，提高了试验结果的准确度；本发明首次提出了进退行驶振动碾压次数的确定方法，可根据不同的试验设置情况，确定有效的行驶振动碾压的次数，在保证碾压效果的前提下，大大提高了碾压的效率，缩短了碾压时间；本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法操作简便，试验精准率高，可广泛应用于确定大坝填筑标准质量控制指标。
下面结合附图对本发明的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法作进一步说明。
附图说明
图1为实施例中人工配料的级配包线。
具体实施方式
以某大型水库为例主坝采用粘土心墙砂砾(卵)石坝，坝壳料设计为天然级配砂砾(卵)石料，料场存在的主要问题是：由于近年来人工采砂现象严重，导致料场上层砂砾(卵)石料细颗粒缺失，改变了料场砂砾(卵)石料天然级配曲线、物理力学参数、开采条件等。由于人工开采后扰动料级配范围变化大，离散性大。为确保大坝的施工质量，大坝施工前进一步明确上坝料级配包线，确定好大坝填筑的控制标准和控制指标是非常关键的。
采用本发明确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法来确定水库主坝中砂砾料的最大干密度，具体方法如下：
步骤一、密度桶制备：
根据砂砾料尺寸制备密度桶；采用12mm厚的钢材制成一端敞口的圆柱形钢桶，密度桶的直径为1.2m，桶深0.8m，试验前对各密度桶进行体积校正；
步骤二、沟槽设置：
在试验场地使用挖掘机挖设沟槽，沟槽的宽约2.6米，长21米，深0.8m，在沟槽底部表面铺设5cm厚的细砂，静碾2遍，沟槽底部表面找平后采用26t振动碾压实；
步骤三、密度桶设置：
沿沟槽延伸方向进行精确的测量和放线定位，设置5个密度桶，密度桶之间相距3m，并标识密度桶的中心点位置；
步骤四、配料及装填：
根据筑坝砂砾料设计级配包线，整理出筑坝砂砾料的平均线、上包线、下包线、上平均线和下平均线，在试验现场进行人工配料，级配包线如图1所示；
然后采用四分法依次将配料填入密度桶内和密度桶四周的沟槽内；装填的配料高出密度桶顶20cm，找平桶内与桶外的配料高度；
步骤五、碾压：
将26t振动碾在场外按预定转速、振幅与频率启动，以2.5km/h的行驶速度，进行进退行使振动碾压，先振动碾压26遍；
然后按照下式确定剩余进退行驶振动碾压的次数n：
式中：n为剩余进退行驶振动碾压的次数；
d为密度桶的直径，本实施例中为1.2m；
Δl为相邻密度桶之间的间距，本实施例中为3m；
v为振动碾的行驶速度，本实施例中为2500m/h；
Δt为进、退换档占用时间，本实施例中为6s；
经计算，得到行驶碾压的次数n为75遍，因此在规范规定进退振动碾压26遍后，再以2.5km/h的行驶速度继续碾压75遍，并在碾压的过程中，根据密度桶内的装填料及周边料的沉降情况及时补充配料，避免振动碾与密度桶直接接触；
步骤六、测量：
碾压完成后，将桶顶以上多余的土料去除，进行桶顶找平，然后取出密度桶内的试料，以灌水法测定密度桶的体积，称量密度桶内砂砾料的质量，得到砂砾料的最大干密度；
步骤七、重复步骤四-步骤六，进行平行试验，取两次试验结果的算数平均值，两次试验的最大干密度差值不大于0.03g/cm3，所得最大干密度的测量结果如表1所示。
表1 最大干密度测量结果
注：P5为砂砾料粒径大于5mm的质量百分含量
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、密度桶制备：根据砂砾料尺寸制备密度桶；
步骤二、沟槽设置：在试验场地挖设沟槽，在沟槽底部表面铺设细砂，静碾、找平后压实；
步骤三、密度桶设置：沿沟槽延伸方向间隔设置密度桶，并标识密度桶的中心点位置；
步骤四、配料及装填：按照试验要求级配进行人工配料，然后依次填入密度桶内和密度桶四周的沟槽内；
步骤五、碾压：以2km/h-3km/h的行驶速度进行进退行使碾压，先振动碾压26遍；然后再按照以下公式确定剩余进退行驶振动碾压次数n：
n = 15 × 60 / ( ( d + Δ l ) v × 3600 + Δ t )
式中：n为剩余进退行驶振动碾压的次数；
d为密度桶的直径，m；
Δl为相邻密度桶之间的间距，m；
v为振动碾的行驶速度，m/h；
Δt为进、退换档占用时间，s；
步骤六、测量：碾压完成后，进行桶顶找平，然后取出密度桶内的试料，以灌水法测定密度桶的体积，称量密度桶内砂砾料的质量，得到砂砾料的最大干密度。
2.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤一中密度桶为一端敞口的圆柱形钢桶，所述密度桶的直径为砂砾料最大粒径的3-5倍，密度桶的桶深不小于大坝填筑施工时的铺层厚度。
3.根据权利要求2所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：所述密度桶的直径不超过200cm，桶深为80-100cm。
4.根据权利要求3所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤一中密度桶采用12-16mm厚的钢材制成。
5.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤二中挖设的沟槽长度为15-25m，宽度为2.5-3.0m，深度与密度桶的桶深相适应。
6.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤二中铺设的细砂层的厚度为4-6cm，静碾2遍，采用26t振动碾压实。
7.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤四中人工配料按照平均级配、上包线级配、下包线级配、上平均线级配和下平均线级配5个不同砾石含量的级配进行人工配料。
8.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤四中配料采用四分法进行装填，装填的人工配料高出密度桶顶20-25cm。
9.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：步骤五中在碾压的过程中，根据密度桶内的装填料及周边料的沉降情况及时补充配料，避免振动碾与密度桶直接接触。
10.根据权利要求1所述的确定筑坝原级配砂砾料最大干密度的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤七、重复步骤四-步骤六，进行平行试验，取两次试验结果的算数平均值，两次试验的最大干密度差值不大于0.03g/cm3。
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