辛長(zhǎng)青

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

土石壩是我國(guó)的主要壩型之一。近十年來(lái)，隨著土石壩填筑技術(shù)的不斷提高，土石壩可筑壩材料的范圍也越來(lái)越廣，筑壩材料的壓實(shí)性能的差異也在增大。為保證壩體填筑質(zhì)量，確保大壩安全，我國(guó)在SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）中規(guī)定，“對(duì)于含礫和不含礫的黏性土，它的填筑標(biāo)準(zhǔn)以壓實(shí)度和最優(yōu)含水率為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)；對(duì)于砂礫石和砂等非黏性土，它的填筑標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)密度為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)”[1]。不再采用以往的不論筑壩土料的同異，統(tǒng)一采用一個(gè)“干密度”指標(biāo)控制的做法。壩體填筑質(zhì)量施工控制實(shí)踐表明，正確控制施工質(zhì)量的前提是，首先正確理解《規(guī)范》（包括相關(guān)規(guī)范）。下面談?wù)劰P者的一些心得和體會(huì)。

1 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的變化

以前，我國(guó)的土石壩土料的填筑質(zhì)量是使用“干密度”指標(biāo)來(lái)控制的，因此，干密度無(wú)論在土石壩設(shè)計(jì)還是在施工質(zhì)量控制中均非常重要。

用干密度指標(biāo)控制填筑質(zhì)量，在料場(chǎng)選擇時(shí)就是用干密度作為一個(gè)重要指標(biāo)確定料場(chǎng)。對(duì)于一個(gè)土石壩土料用量不大，所選料場(chǎng)的不同部位或不同深度土料均相對(duì)比較均勻時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)定的干密度指標(biāo)是比較容易達(dá)到的，料場(chǎng)選擇的難度也不大。然而，我國(guó)一般的土石壩的一種材料用量常常就可達(dá)幾十萬(wàn)立方米甚至數(shù)百萬(wàn)立方米，這些材料又取自一個(gè)料場(chǎng)或幾個(gè)料場(chǎng)，不同料場(chǎng)或同一料場(chǎng)的不同部位、不同深度，土料的壓實(shí)性能并不相同甚至差別很大。這時(shí)，如果仍用某一干密度作為施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，必然會(huì)出現(xiàn)，容易壓實(shí)的土石料，壓實(shí)后的干密度值容易達(dá)到，但其壓實(shí)結(jié)果是偏松的；不易壓實(shí)的土石料，壓實(shí)干密度很難達(dá)到，但其壓實(shí)結(jié)果是偏緊密的，這樣就使壩體的填筑土石料形成不均勻土石料在同一壓實(shí)條件下的緊密程度不同，容易發(fā)生不均勻變形，甚至危害壩體安全?？紤]到上述情況，在《規(guī)范》中則不采用以往用某一固定干密度值作為土石壩設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制指標(biāo)，對(duì)于黏性土則改用“壓實(shí)度”指標(biāo)，即同一壩體為同一“壓實(shí)度”指標(biāo)，使不同土料壓實(shí)后，盡管“干密度”指標(biāo)不一定同一，但其緊密程度是相同的，避免了壩體發(fā)生不均勻變形而危害壩體。對(duì)于無(wú)黏性粗粒土則用“相對(duì)密度”作為設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量控制的依據(jù)。

2 《規(guī)范》中的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

式中:D為壓實(shí)度，ρd為干密度，ρdmax為最大干密度。

由（1）式看出:壓實(shí)度D是干密度與最大干密度的比值，是

黏性土“壓實(shí)度”公式為：反映相對(duì)緊密度的一個(gè)無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)值。《規(guī)范》中4.2節(jié)規(guī)定了填筑標(biāo)準(zhǔn)選擇時(shí)的考慮因素，同時(shí)也規(guī)定了黏性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以壓實(shí)度和最優(yōu)含水率作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。壓實(shí)度的控制值根據(jù)工程等級(jí)從《規(guī)范》中選取。對(duì)于某一個(gè)工程而言，壓實(shí)度是一個(gè)固定值，是該土石壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。ρd是壩體土料壓實(shí)后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的干密度值，是一個(gè)反映該土料在壩體填筑后壓實(shí)效果的指標(biāo)值。ρdmax是該土料用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法，即，SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》中的方法，測(cè)得的最優(yōu)含水量的干密度值，也稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)條件下的最大干密度指標(biāo)，是一個(gè)反映該土料的壓實(shí)特性的指標(biāo)值。這里應(yīng)該注意的是，ρd和ρdmax一定是同一種土料、兩種不同的壓實(shí)條件下的兩個(gè)干密度指標(biāo)值。如果不是同一土料，那麼兩個(gè)指標(biāo)相比是沒(méi)有任何意義的。

非黏性土“相對(duì)密度”公式為：

式中:Dr為相對(duì)密度，ρdmax、emin為最大干密度、最小孔隙比，ρdmin、emax為最小干密度、最大孔隙比，ρd、e0為現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后測(cè)得的干密度、孔隙比。

相對(duì)密度Dr是反映無(wú)黏性粗粒土的緊密度指標(biāo)，是壩填土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是干密度（孔隙比）與最大干密度（最小孔隙比）、最小干密度（最大孔隙比）的函數(shù)，（3）、（4）二式是計(jì)算相對(duì)密度的關(guān)系式。相對(duì)密度值依據(jù)工程規(guī)模、重要性、等級(jí)等從《規(guī)范》中4.2節(jié)的相關(guān)內(nèi)容中選取。對(duì)于某一個(gè)工程而言，相對(duì)密度是一個(gè)固定值，是該土石壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。ρd和ρdmax、ρdmin是同一礫石料不同壓實(shí)條件下的三個(gè)密度指標(biāo)值。ρd是壩體土料壓實(shí)后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的干密度值，是一個(gè)反映該土料在壩體填筑后壓實(shí)效果的指標(biāo)值。ρdmax、ρdmin是該土料用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法，即，SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》中的方法，測(cè)得的最大、最小干密度指標(biāo)，是一個(gè)反映該砂石料的壓實(shí)特性的指標(biāo)。

3 《規(guī)范》壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的使用

壩體填筑土料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)采用壓實(shí)度或相對(duì)密度后，盡管因壩體填筑的土石料不均勻，壓實(shí)后測(cè)得的干密度值也不同，但能達(dá)到同一壓實(shí)度或同一相對(duì)密度標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明壩體填筑土料壓實(shí)后緊密程度是相同的，所以大壩是安全的。

前面所述的兩種壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，通常其使用范圍為：壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)多用于黏性土的壓實(shí)，相對(duì)密度標(biāo)準(zhǔn)用于無(wú)黏性粗粒土（砂石料）的壓實(shí)。我國(guó)壓實(shí)度計(jì)算中的ρdmax值是按照SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》中的輕型擊實(shí)試驗(yàn)獲得的。我國(guó)的壓實(shí)度基本與國(guó)際的普氏標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度相當(dāng)。

土石壩工程施工中，壩體的填筑質(zhì)量可以用現(xiàn)場(chǎng)碾壓后測(cè)試的干密度值ρd進(jìn)行控制。對(duì)于使用壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)控制的黏性土類(lèi)，可用（4）式中 ρd值控制，當(dāng) ρd值滿足（4）式要求，則質(zhì)量合格；否則，則質(zhì)量不合格，需補(bǔ)壓，直到合格為止。

對(duì)于使用相對(duì)密度標(biāo)準(zhǔn)的非黏性土類(lèi)，可用（5）式中ρd值控制，當(dāng)ρd值滿足（5）式要求，則質(zhì)量合格；否則，則質(zhì)量不合格，需補(bǔ)壓，直到合格為止。

這里需要再次提醒的是，以前用一個(gè)干密度值控制壩體填筑質(zhì)量，指的是全壩用一個(gè)干密度值控制，沒(méi)有考察料源的不同；本段所述的用干密度值控制，干密度是和料源掛鉤的。全壩一個(gè)壓實(shí)度，而干密度則并不一定是一個(gè)。“干密度”控制的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和《規(guī)范》的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，后者是隨著土石壩的發(fā)展和筑壩技術(shù)的提高由前者逐步發(fā)展完善的，在土石壩設(shè)計(jì)中，偶爾見(jiàn)到個(gè)別設(shè)計(jì)單位用《規(guī)范》壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)“干密度”值兩個(gè)指標(biāo)控制，顯然是不合適的。

土壩施工時(shí)，土料填筑之前必須按規(guī)范要求進(jìn)行料場(chǎng)復(fù)勘，調(diào)查填筑料儲(chǔ)備和分布情況，規(guī)劃料場(chǎng)開(kāi)采，檢測(cè)土料分類(lèi)及土料壓實(shí)性能等，作好填筑土料上壩填筑計(jì)劃。但目前為止此項(xiàng)工作一般均滯后，影響了填筑土料的質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制。例如，如果對(duì)一個(gè)黏性土類(lèi)的填筑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的話，有三個(gè)指標(biāo)：ρd、D、ρdmax。壓實(shí)度D是由設(shè)計(jì)文件給出的；反映土料壓實(shí)效果由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的干密度ρd，則測(cè)試時(shí)間較短，如果使用核子密度儀法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)一個(gè)ρd值，大約有10 min左右就會(huì)出成果；反映土料壓實(shí)特性按照標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)條件在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的最大干密度ρdmax，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)就需要2～3 d的時(shí)間。ρdmax值測(cè)不出來(lái)，土料的填筑質(zhì)量則不能及時(shí)評(píng)價(jià)，影響土石壩的填筑施工繼續(xù)進(jìn)行。尤其在機(jī)械化施工程度高的時(shí)候，這一矛盾就更加突出。如果ρd和ρdmax的試驗(yàn)土料不相一致，不是同一土料，則影響填筑質(zhì)量評(píng)價(jià)的可靠性。為解決這一矛盾，國(guó)外較為流行、國(guó)內(nèi)有些工程也已采用、且實(shí)踐證明較好的方法是西爾夫（Hlif）三點(diǎn)擊實(shí)法。該擊實(shí)試驗(yàn)仍然采用標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)法（與我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法相當(dāng)），原理合理，測(cè)含水量速度快，一般約1.5-2 h即可出成果，在時(shí)間上能滿足施工的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

《規(guī)范》壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)為我國(guó)的土石壩建設(shè)及質(zhì)量控制提供了指導(dǎo)，只有正確理解《規(guī)范》，在工程實(shí)踐中，結(jié)合實(shí)際，不斷深化，提高運(yùn)用《規(guī)范》解決問(wèn)題的能力，解決好運(yùn)用《規(guī)范》時(shí)，各種影響工程進(jìn)度的矛盾，才能使我國(guó)的土石壩建設(shè)又好又快。

［1］黃河水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001：93.