謝志平，魏光銀

(浙江省水電建筑安裝有限公司，浙江杭州 310051)

1 工程概況

東湖水庫是圍壩平原水庫，圍壩軸線長度8 125 m，最大壩高13.7 m，總庫容為5 377萬 m3，調(diào)節(jié)庫容4 698萬m3.主要包括圍壩、干渠分水閘及穿小清河倒虹、入庫泵站、入(出)庫涵閘和放水洞等.壩體座落在砂壤土地基上，筑壩土料采用庫內(nèi)砂壤土、裂隙粘土和壤土，共需土方填筑量約700萬m3.圍壩防滲結(jié)構(gòu)分別采用C10塑性混凝土防滲墻和復(fù)合土工膜，上游壩面采用開孔垂直聯(lián)鎖混凝土預(yù)制砌塊護(hù)坡，下游設(shè)有壓重平臺和排水體系.

2 筑壩質(zhì)量檢測的重要性和檢測方法

土壩填筑過程中的質(zhì)量檢測是施工中質(zhì)量控制的重要手段，也是及時撐握壩體實(shí)體質(zhì)量和收集土壩填筑主要相關(guān)數(shù)據(jù)的重要階段，為建筑實(shí)體的評價提供質(zhì)量檢測依據(jù).因此，司洪洋等［1］規(guī)定了檢測項(xiàng)目和檢測的頻率，在監(jiān)理規(guī)范中明確了平行檢測和跟蹤檢測的數(shù)量，建設(shè)單位委托第三方檢測，質(zhì)量監(jiān)督部門不定期抽檢，共同形成了質(zhì)量管理的檢測體系.

填土質(zhì)量控制設(shè)計(jì)指標(biāo)是壓實(shí)度0.98，在保證施工質(zhì)量的同時保證施工進(jìn)度，選取何種檢測方法能快速準(zhǔn)確的檢測出壓實(shí)度指標(biāo)是關(guān)鍵.經(jīng)過專家組多次商討，最終確定采用三點(diǎn)擊實(shí)法作為現(xiàn)場填筑質(zhì)量檢測的主要方法.該方法“不需要測定含水率，僅在測定密度后用測定密度試驗(yàn)的土樣做三種含水率的擊實(shí)試驗(yàn)”［2］，就可以確定填土的壓實(shí)度和最優(yōu)含水率，并能適應(yīng)不同土料壓實(shí)性的變化.

2.1 三點(diǎn)擊實(shí)法的原理

2.1.1 土的容重比C

依據(jù)土的擊實(shí)原理

C=填土實(shí)密度(ρf)/含水量相同的土用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的濕密度(ρo)

其中:ρdf—填土實(shí)測干密度;

ρdo—標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的干密度;

ωf—填土含水率.

2.1.2 壓實(shí)度D

從上式可知:由于含水量相同，所以濕密度比等于干密度比.

ρdf(1+ωf)—填土濕密度，用環(huán)刀取土稱其濕土重再除以環(huán)刀容積即可.

ρdma(1+ωf)—相同含水量土的最大濕密度，土源來自環(huán)刀取土的位置.

ρdma(1+ωf)用“三點(diǎn)擊實(shí)法”實(shí)驗(yàn)計(jì)算.該法的優(yōu)點(diǎn)在于能較好的考慮土料壓實(shí)性的變化.

2.2 三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法的操作方法

2.2.1 圖解法

三點(diǎn)擊實(shí)控制圖見圖1.

圖1 三點(diǎn)擊實(shí)控制圖

(1)需要預(yù)先繪制一張“三點(diǎn)擊實(shí)控制圖”

(2)測定填土濕密度ρf，標(biāo)在橫坐標(biāo)為0的相應(yīng)縱坐標(biāo)上.

(3)將三個測得擊實(shí)密度(ρ1、ρ2、ρ3)依據(jù)各自的加水率(Z=0、2、4)點(diǎn)在各自的斜線上，然后做垂線交于Z=0的斜線上，最后做水平線交與各自的Z=0、2、4 位置上.

(4)將(1)(2)(3)點(diǎn)連成光滑曲線，取其頂峰數(shù)值即為變換最大濕密度.

(5)求壓實(shí)度D，由最高點(diǎn)引水平線與Z=0%的斜線相交，再由相交點(diǎn)作鉛直線與ρf引出的水平線相交，查出此交點(diǎn)在斜線的讀數(shù).

D=100+(斜線讀數(shù))%

(6)求最優(yōu)含水=率與填土含水率差值Zm=最大縱坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀數(shù).

圖解法經(jīng)過多次豎、橫向的畫線定點(diǎn)，累計(jì)誤差較大，精度較差.

2.2.2 加水條件下的數(shù)解法操作方法［1］

(1)用環(huán)刀法測定填土濕密度ρf;

(2)取保持原有填土含水率的土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得 ρ1，變換濕密度 ρ'1= ρ1/(1+0);

(3)取保持原有填土含水率的土樣加水2%，拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得 ρ2，變換濕密度 ρ'2=ρ2/(1+2%);

(4)取保持原有填土含水率的土樣加水4%，拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得 ρ3，變換濕密度 ρ'3=ρ3/(1+4%);

繪制(ρ'1，0)，(ρ'2，2)，(ρ'3，4)三點(diǎn)拋物線圖，用下式計(jì)算變換最大濕密度ρm和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值Zm.

其中:Yb=ρ'2-ρ'1Yc=ρ'3-ρ'1

公式推導(dǎo)條件:(1)三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)為加水情況;(2)加水率Z=0.02.

2.2.3 加、減水條件下的數(shù)解法操作方法

(1)取保持原有填土含水率的土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得 ρ1，變換濕密度 ρ'1= ρ1/(1+0);

(2)取保持原有填土含水率的土樣加水2%，拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得 ρ2，變換濕密度 ρ'2=ρ2/(1+2%);

(3)當(dāng)(2)點(diǎn)的變換濕密度小于(1)點(diǎn)時，將原有填土含水率的土樣減水2%、拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)得ρ3，變換濕密度 ρ'3= ρ3/(1-2%);繪制(ρ'1，0)，(ρ'2，2)，(ρ'3，4)三點(diǎn)拋物線.

(4)當(dāng)填土含水率大于最優(yōu)含水率時，第(2)點(diǎn)可以直接將原有填土含水率的土樣減水2%、第(3)點(diǎn)減水4%、或者從第(1)點(diǎn)開始就逐級減水2%;將(ρ'1，0)，(ρ'2，-2)，(ρ'3，-4)繪制三點(diǎn)拋物線.

(5)當(dāng)填土含水率小于最優(yōu)含水率時，可以直接將原有填土含水率的土樣加水2%、第(2)點(diǎn)加水4%、第(3)點(diǎn)加水6%.將(ρ1'，2)，(ρ'2，4)，(ρ'3，6)繪制三點(diǎn)拋物線.

3點(diǎn)加-減水、4點(diǎn)加減水、4點(diǎn)加水等情況下的最大變換濕密度計(jì)算和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算，不能直接使用(2)和(3)式，可以采用三點(diǎn)擊實(shí)曲線平移法，將水平坐標(biāo)的負(fù)值部分平移至水平坐標(biāo)的正值部分后再利用加水三點(diǎn)擊實(shí)計(jì)算.加-減水量曲線平移至加水量曲線見圖2.

圖2 加、減水量曲線平移至加水量曲線

最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算，是平移后變?yōu)椤叭c(diǎn)加水”情況下利用(3)式計(jì)算.平移前后最大變換濕密度的數(shù)值不變.

因此，算出的最優(yōu)含水率與填土含水率的差值要加上平移部分.

下面驗(yàn)證平移法的正確性:

A按從小～大的順序排列后用(2)式計(jì)算最大濕密度1.942;

B上圖是平移后的擊實(shí)曲線，利用多項(xiàng)式回歸公式計(jì)算最大濕密度1.942;

C下圖是原始擊實(shí)曲線，利用多項(xiàng)式回歸公式計(jì)算得的最大濕密度也是1.942;

驗(yàn)證表明:因?yàn)樗揭苿硬挥绊懬€的縱坐標(biāo)值.所以.減水條件下的最大濕密度計(jì)算可以直接采用(2)式計(jì)算，但是(ρ'1)，(ρ'2)，(ρ'3)必須按從小到大的順序排列.

最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算也可以采用(3)式計(jì)算，但是必須將計(jì)算結(jié)果+最大減水量值(水平移動的部分).

此法不需要測定含水率，僅用測定密度試驗(yàn)的土樣做三種含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，就可以確定壓實(shí)度和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值.

3 三點(diǎn)擊實(shí)操作中容易出現(xiàn)的錯誤

3.1 形不成三點(diǎn)凸線

(1)由于填土含水量過低，加水量增加到4%時還未超過最優(yōu)含水率，因此，水量越加的多，擊實(shí)濕密度越大，呈直線上升，出現(xiàn)曲線無下降拐點(diǎn).

(2)填土含水量過高，減水量減到2%時還未低于最優(yōu)含水率，填土含水量過高時擊實(shí)曲線也形不成三點(diǎn)凸線，因此，曲線無拐點(diǎn).

3.2 加水反弧線

加水反弧線實(shí)際檢測記錄見表1.

表1 實(shí)際檢測記錄

原因是未執(zhí)行“第2點(diǎn)小于第1點(diǎn)時，第3點(diǎn)應(yīng)減水”的重要原則.第3點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)加水二應(yīng)當(dāng)減水.加水反弧線圖見圖3.

圖3 加水反弧線圖

3.3 減水反弧線

原因是未執(zhí)行“第2點(diǎn)大于第1點(diǎn)時，第3點(diǎn)應(yīng)繼續(xù)加水”的重要做法.第3點(diǎn)不應(yīng)減水，而應(yīng)加水.減水反弧線圖見圖4.

圖4 減水反弧線圖

3.4 弧線平滑

填土含水率大，第3點(diǎn)減水太少(3點(diǎn)的濕密度應(yīng)低于1點(diǎn))同理，填土含水率小，第3點(diǎn)加水太少.檢測記錄見表2，平滑圖見圖5.

表2 弧線平滑檢測記錄表

4 最大濕密度的計(jì)算方法

4.1 三點(diǎn)加水擊實(shí)法的最大濕密度的計(jì)算

檢測記錄表見表3，計(jì)算簡圖見圖6.

表3

圖6 最大濕密度計(jì)算簡圖

可以直接使用(2)(3)式算:

計(jì)算 ρm=1.835 7/1.835 7

填土含水率小于最優(yōu)含水率時，2點(diǎn)和3點(diǎn)的擊實(shí)加水為0.02與0.04，最大濕密度的計(jì)算使用公式(2);最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算用(3)式.另外用電子表格繪制加水量與變換濕密度的關(guān)系圖，再用多項(xiàng)式回歸計(jì)算，圖中顯示出拋物線和回歸公式.找出最大濕密度的加水量值，代入公式計(jì)算最大濕密度.得出結(jié)論是在加水的情況下數(shù)值法計(jì)算和圖解法計(jì)算結(jié)果一致.

圖5 弧線平滑圖

4.2 填土減水情況下三點(diǎn)擊實(shí)的最大濕密度的計(jì)算

填土減水情況下的三點(diǎn)擊實(shí)最大濕密度可以直接利用(2)式計(jì)算.但是(ρ'1)，(ρ'2)，(ρ'3)必須按從小到大的順序排列.

表4 填土減水情況下三點(diǎn)擊實(shí)的最大濕密度

最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算也可以采用(3)式計(jì)算.但是必須將計(jì)算結(jié)果=最大減水量值(水平移動的部分).

4.3 非常情況下的計(jì)算

4.3.1 填土含水量大于最優(yōu)含水率3%

減水-2%后還未出現(xiàn)凸形曲線時，再繼續(xù)減水-4%形成凸形曲線.去掉加水的(2)點(diǎn)，重新按從小到大的順序排列 ρ1'，ρ2'，ρ3'.最大濕密度可以直接利用(2)式計(jì)算.最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算，必須將計(jì)算結(jié)果 +最大減水量值(-0.04是最大減水值的水平移動部分).

4.3.2 填土含水量小于最優(yōu)含水率4%

連續(xù)兩次加水至4%后還未出現(xiàn)凸型曲線時，再繼續(xù)加水6%后形成凸型曲線.去掉(1)點(diǎn)，繪制三點(diǎn)擊實(shí)曲線圖，最大濕密度直接利用(2)式計(jì)算，最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計(jì)算，必須將計(jì)算結(jié)果+0.02(加水量值水平移動的部分).

4.4 三點(diǎn)擊實(shí)的數(shù)量規(guī)定

經(jīng)對實(shí)測干密度統(tǒng)計(jì)資料的分析，大約有40%的測點(diǎn)(包括壓實(shí)度＜0.98和＞1.0)不合格，原因是用了一個共用的最大干密度.在上壩土料不均勻的情況下宜采用“三點(diǎn)擊實(shí)法”，每個點(diǎn)都相應(yīng)的做最大濕密度.這樣就增加了檢測的工作量，甚至出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)對不了大量的檢測任務(wù).但是，從實(shí)測資料來看:不均勻壩體所占的比例40%左右，并且分為＜0.98和 ＞1.0的兩種不合格類型.建議以“一批檢測量”為單位進(jìn)行簡單的實(shí)測濕密度資料統(tǒng)計(jì)分析;取其平均值作為0.98的控制干密度，再上推確定壓實(shí)度100%的控制干密度值，以控制干密度的上下限為“不合格劃分線”，這樣就把該批的統(tǒng)計(jì)資料劃分為三部分，做三個“三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)”就可以了.

但是，注意每個檢測點(diǎn)必須同時取“三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)”用土，并做好土料與環(huán)刀取樣的記錄標(biāo)簽，密封保護(hù)送至實(shí)驗(yàn)室.實(shí)驗(yàn)室按照兩類不合格的檢點(diǎn)找出相應(yīng)密封的“三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)”土樣加做三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn).

由于摻和土料的復(fù)雜性，可能會出現(xiàn)一些特殊的不合格濕密度檢點(diǎn)，也要及時補(bǔ)做三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn).一批壓實(shí)度檢測資料大約做3～5個三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn).

5 結(jié)語

三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要測定含水率，并適用于不同土料壓實(shí)性的變化，能快速檢測出壓實(shí)度指標(biāo).所以東湖水庫工程圍壩土方填筑采用該方法后，大大縮短了土料上壩等待時間，加快了土方填筑的施工進(jìn)度，也保證了工程施工質(zhì)量的需要.

［1］中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.DL/T5129-2001碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社出版，2001.

［2］中華人民共和國水利部.SL237-1999隊(duì)土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ79-2002，J220-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社出版，2002.

［4］江志峰.平原水庫圍壩填筑壓實(shí)質(zhì)量控制技術(shù)［J］.科技促進(jìn)發(fā)展:應(yīng)用版，2011(2):114-116.