CN109297861A

CN109297861A - 一种砾石土料全料压实度快速检测方法

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Publication number: CN109297861A
Application number: CN201810852827.3A
Authority: CN
Inventors: 田中涛; 熊亮; 车维斌; 张正勇; 刘丽
Original assignee: Sinohydro Bureau 5 Co Ltd
Current assignee: Sinohydro Bureau 5 Co Ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2019-02-01

Abstract

本发明公开了一种砾石土料全料压实度快速检测方法，属于高土石坝施工技术领域，利用小于一定粒径重型击实下的最大干密度作为全料最大干密度替代值，进而进行砾石土全料的压实度的检测计算，使砾石土料全料压实度可以利用直接剔除大于一定粒径的细料三点击实方法进行检测。本发明重点在于计算细料现场干密度及细料室内最大干密度，实现料砾石土料全料压实度的现场实时检测，可满足高土石坝工程施工进度与质量控制的要求，从而达到了经济高效的目的。

Description

一种砾石土料全料压实度快速检测方法

技术领域

本发明涉及高土石坝施工技术领域，具体为一种砾石土料全料压实度快速检测方法。

背景技术

传统施工中，针对高土石坝砾石土料全料压实度的评价，大多采用大型击实标准下压实度为95％～99％的控制标准，同时大于5mm的颗粒含量(P₅含量)一般控制为30％～50％。现场填筑质量检测时，首先通过灌水法取得现场填筑干密度，然后将现场试坑内土料带回室内进行大型击实试验取得对应的最大干密度，现场填筑干密度与击实试验取得的最大干密度比值即为砾石土料全料压实度。该方法可以准确的判定填筑料的实际压实质量，但由于室内击实最大干密度数值确定过程时间长，现场施工无法保证流水作业节奏，无法在实际施工中采用。实际施工中采取了如下两种方法进行替代解决，其一是拟合曲线法，其二是细料插值法。

采用拟合曲线法计算填筑料全料压实度步骤如下：1)砾石土料室内最大干密度确定的传统试验方法：(1)室内掺配不同含砾量(0％、10％、20％、30％···90％)的砾石土料，根据不同含砾量的砾石土料分别进行击实试验；(2)根据不同含砾量砾石土料室内击实试验结果，绘制击实曲线，曲线的峰值点对应的干密度值即为不同砾石含量的最大干密度；(3)绘制不同含砾量(0％、10％、20％、30％···90％)与对应最大干密度关系曲线，关系曲线的峰值点即为砾石土料的最大干密度与最优P₅(粒径大于5mm含量的百分比)含量；(4)实际施工过程中，根据施工允许范围内的P₅含量，采用插值法确定不同含砾量P₅对应的最大干密度ρ_max，用于砾石土料的填筑施工质量评价。2)砾石土料现场干密度计算方法：(1)确定最优施工参数后，进行砾石土料填筑施工。(2)在碾压合格面上选取具有代表性的区域进行现场检测，将需要检测的区域表面清除10cm高度(凸块碾齿高)，然后将直径50cm、高10cm的钢套环安放在需要检测的面上。(3)将事先准确称量过的水注入钢套环内，记录此时钢套环内的用水量W₂(g)。(4)将钢套环内的水舀出，沿钢套环内侧挖至整个碾压层厚，将坑内的试样装入盛土容器进行准确称量，其质量为m(g)。(5)将事先准确称量后的水注入试坑内，注水至钢套环内的水即将溢出钢套环最低处为止，并记录此时试坑与钢套环内的用水量W₁(g)。(6)计算现场湿密度：ρ_湿＝m×G_W/(W₁-W₂)式中G_W为水的密度，取1.00g/cm³。(7)取代表性土样进行含水率试验，计为：w₀。(8)计算现场干密度：ρ_干＝ρ_湿/(1+w₀)(9)土料压实度＝ρ_干/ρ_max×100％

细料插值法主要是将现场标准细料压实度与全料重型击实标准下压实度进行近似替代的方法，以细料(小于20mm或者其他)计算压实度替代全料压实度。砾石土料现场细料(以小于20mm为例)干密度计算方法：(1)与拟合曲线法计算砾石土料现场干密度方法(1)～(5)步骤一致；(2)将试坑料进行筛分，得到大于20mm粒径料的质量m₂，并同时确定大于20mm粒径料所占体积V。W₃＝m₂/G_s，式中G_s：砾石比重；g/cm³；(3)计算现场细料湿密度：ρ_细湿＝(m-m₂)×G_W/(W₁-W₂-W₃)式中G_W为水的密度，取1.00g/cm³。(4)取钢套环内细料(小于20mm)土样进行含水率试验，同时考虑大于20mm粒径料的含水率(根据试验成果，取固定值)，计为：w₀；(5)计算现场细料干密度：ρ_细干＝ρ_细湿/(1+w₀)(6)选取钢套环内具有代表性细料(小于20mm)土样进行筛分，确定细料内大于5mm粒径的含量，记为P_5细；(7)细料室内最大干密度的确定与拟合曲线法计算砾石土料室内最大干密度方法(1)～(5)步骤一致；(8)利用步骤7关系曲线与P_5细查表确定细料室内最大干密度，记为ρ_max；(9)现场细料压实度计算公式如下：细料压实度＝ρ_细干/ρ_max×100％

传统方法存在的以下问题：全料拟合曲线法：通过系列击实试验确定的曲线内插，可以宏观掌握整个料场特性，但料场土料性质一旦变化，该方法需要重新试验，并重新率定关系曲线。其质量保证率不高，针对超高土石坝填筑质量不宜得到保障。该方法不是实时性检测，检测成果与现场实际情况无法做到一一对应，但具备从整体上对压实效果的评价。细料插值法：消除了大粒径填筑料对其质量评价的影响，对土料针对性较强，但这种替代数值上差别大，受粗粒性状含量的影响大，近似程度不紧密，需要室内定期进行重型击实试验复核。该方法不是实时性检测，检测成果与现场实际情况无法做到一一对应，但具备从整体上对压实效果的评价。

由于上述两种方法存在的诸多问题，无法真实、具体的反映填筑料的实际压实效果。随着国内外高、超高土石坝的建设，其压实标准不断提高，导致砾石土料填筑质量控制标准高、难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种砾石土料全料压实度快速检测方法，实现料砾石土料全料压实度的现场实时检测，可满足高土石坝工程施工进度与质量控制的要求，从而达到了经济高效的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种砾石土料全料压实度快速检测方法，包括以下步骤：

步骤1：现场砾石土料细料干密度计算，具体为：

1)确定施工参数后对砾石土料进行填筑碾压；

2)在碾压合格的表面上选取具有代表性的区域进行现场检测，将需检测的表面清除一定高度，然后将钢套环安放在需要检测的面上；

3)将事先准确称量过的水注入钢套环内，记录此时钢套环内的用水量W₂(g)；

4)将钢套环内的水舀出，沿钢套环内侧挖至整个碾压层厚，将坑内的试样装入盛土容器进行准确称量，其质量为m(g)；

5)将事先准确称量后的水注入试坑内，注水至钢套环内的水即将溢出钢套环最低处为止，并记录此时试坑与钢套环内的用水量W₁(g)；

6)将试坑料进行筛分，得到粗料的质量m₂，并同时确定粗料用水量W₃＝m₂/G_s，式中，G_s：砾石比重，g/cm³；根据粒径大小，将粒径小于某一值的颗粒称为细料，大于某一值得颗粒称为粗料；

7)计算现场细料湿密度：ρ_细湿＝(m-m₂)×G_W/(W₁-W₂-W₃)；式中，G_W为水的密度；

8)计算现场细料干密度：ρ_细干＝ρ_细湿/(1+w_0细)，w_0细为细料含水率；

步骤2：室内砾石土料细料最大干密度计算，具体为：

1)将步骤1中筛余的细料进行室内三点重型击实，测量细料在不同含水率状态下进行重型击实后所确定的干密度；

2)将不同含水率砾石细料的击实确定的干密度绘制成曲线，曲线的峰值点对应的干密度即为砾石土料的最大干密度，记为ρ_细干max；

步骤3：确定细料压实度D_细，具体为：D_细＝ρ_细干/ρ_细干max*100％；

步骤4：确定全料压实度D_全，D_全≈D_细。

进一步的，还包括步骤5：对确定的全料压实度进行误差分析，并对其进行修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果：针对砾石土料的质量控制采用点对点进行控制，有利保证工程质量，加快了工程施工进度，特别是小于60mm应用方法误差最小，小于20mm应用方法最方便。本发明实现了一对一，体现了实时检测性，但在工程应用过程中仍需要从宏观上对料场料源质量控制的把握和对工程质量整体上的评价，特别是砾石土应用的超大型工程需要与拟合曲线法配合，以保证施工质量控制整体水平在控。

具体实施方式

本发明方法适用于细料小于60mm(室内击实桶直径300mm)、小于40mm(室内击实桶直径300mm)、小于20mm(室内击实桶直径152mm或者300mm)的三点击实快速检测替代方法，具体替代细料粒径的大小需结合工程质量等级、试验工作量、时间需求、土料质量等因素综合确定。同时，不同细料替代全料的三点击实快速检测方法确定的压实度与全料压实度的偏差呈规律变化，细料小于60mm替代全料误差较小，细料小于40mm替代全料误差次之，细料小于20mm替代全料误差略大。即细料的粒径越大，细料三点击实快速检测方法确定的压实度与全料压实度得到的偏差越小。

根据本发明使用小于60mm替代在现有规范条件下压实度误差为0.5％左右，小于40mm替代全料误差为1％左右，小于20mm替代全料误差1.5％左右。施工应用过程中具体选用时需要根据现场配备的设备、砾石土料的最大粒径，现场施工检测方便等角度综合考虑选择具体替代粒径和并进行误差分析研究后确定。

以小于20mm的细料替代全料的三点击实快速检测方法为例：核心思路是利用小于20mm重型击实下的最大干密度作为全料最大干密度替代值进行砾石土全料的压实度的检测计算，使砾石土料全料压实度可以利用直接剔除大于20mm的细料三点击实方法进行检测。该方法的重点在于计算细料现场干密度及细料室内最大干密度。具体如下：

1)现场砾石土料细料干密度计算步

(1)确定施工参数后对砾石土料进行填筑碾压施工；

(2)在碾压合格后的面上选取具有代表性的区域进行现场检测，将需检测的表面清除10cm高度，然后将直径50cm、高10cm的钢套环安放在需要检测的面上；

(3)将事先准确称量过的水注入钢套环内，记录此时钢套环内的用水量W₂(g)；

(4)钢套环内的水舀出，沿钢套环内侧挖至整个碾压层厚，将坑内的试样装入盛土容器进行准确称量，其质量为m(g)；

(5)将事先准确称量后的水注入试坑内，注水至钢套环内的水即将溢出钢套环最低处为止，并记录此时试坑与钢套环内的用水量W₁(g)；

(6)将试坑料进行筛分，得到粗料的质量m₂，并同时确定粗料用水量W₃＝m₂/G_s，式中，G_s：砾石比重，g/cm³。

(7)计算现场细料湿密度：ρ_细湿＝(m-m₂)×G_W/(W₁-W₂-W₃)式中G_W为水的密度，取1.00g/cm³。

(8)计算现场细料干密度：ρ_细干＝ρ_细湿/(1+w_0细)，w_0细为细料含水率；

2)室内砾石土料细料最大干密度计算

(1)将步骤1中筛余的细料进行室内三点重型击实，测量细料在不同含水率状态下进行重型击实后所确定的干密度；

(2)将现场筛分的细料分为三份；

(3)将原料含水率状态下进行重型击实确定干密度，记为ρ_内细干1；

(4)将原料含水率情况下±2％含水率(具体根据试验检测情况确定，可+2％、+4％或-2％、-4％)状态下进行重型击实确定干密度，记为ρ_内细干2、ρ_内细干3；

(5)将不同含水率砾石土料(细料)的击实确定的干密度绘制成曲线，曲线的峰值点对应的干密度即为砾石土料的最大干密度，记为ρ_细干max。

3)确定细料压实度D_细，具体为：D_细＝ρ_细干/ρ_细干max*100％；

4)确定全料压实度D_全，D_全≈D_细。

根据工程实践一对一验证，该方法误差较小可满足工程需要，实际应用中进行误差分析研究后修正采用。

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内大渡河上游金汤河口以下约4km～7km河段，是大渡河流域水电梯级近期开发的大型水电工程之一。电站装机容量2600MW，正常蓄水位1690m，总库容为10.75亿m³，具有季调节能力。大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240m，设计需要碎砾石土防渗料压实方约为430万m³，主要料场为汤坝料场和新莲料场。

通过对砾石土料大型标准下不同压实度和小于20mm细料相同标准下压实度分析，发现大于5mm含量在30％～50％范围时，在重型击实标准下20mm细料压实度与全料压实度非常接近，特别是高坝掺配生产大于5mm含量要求在30％～50％范围，实际掺配结果一般在40％左右。

在高土石坝采用砾石土料的质量控制标准要求条件下，三点击实方法整体误差满足施工控制要求，特别是在高土石坝施工过程中质量控制标准线附近，该方法属于偏严格标准，也有利于施工质量控制。

现场通过灌水法进行三点击实方法与全料拟合曲线法、细料插值法压实度检测，同时取样对照检测，成果见表1。

表1长河坝水电站不同检测方法情况下压实度对比分析现场检测成果统计表

在30组试验成果中，三点击实法与内插法全料相比偏大14组，相等1组，偏小15组，平均数值偏大0.17％。误差大于1％的占23％，1％～0.5％的占33％，误差小于0.5％的占44％。

在30组试验成果中，三点击实法与内插法细料相比偏大23组，相等2组，偏小5组，平均数值偏大0.27％。误差大于1％的占13％，1％～0.5％的占13％，误差小于0.5％的占74％。

在30组试验成果中，内插法全料与内插法细料20mm细料2688kJ/m3功能压实度相比偏大12组，相等1组，偏小17组，平均数值偏小0.103％。误差大于1％占40％，1％～0.5％占30％，误差小于0.5％的占30％。

经分析，三点击实法与全料内插法、细料内插法得到的压实度接近，水平相当且属于偏严格标准。使用三点击实法20mm细料2688kJ/m³功能压实度替代全料压实度可行。

Claims

1.一种砾石土料全料压实度快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：现场砾石土料细料干密度计算，具体为：

1)确定施工参数后对砾石土料进行填筑碾压；

步骤2：室内砾石土料细料最大干密度计算，具体为：

步骤4：确定全料压实度D_全，D_全≈D_细。

2.根据权利要求1所述的一种砾石土料全料压实度快速检测方法，其特征在于，还包括步骤5：对确定的全料压实度进行误差分析，并对其进行修正。