郭永新
(水電十二局施工科學(xué)研究院,浙江建德311600)
在四川雅礱江兩河口水電站大壩工程的心墻壩填筑施工過程中,全料壓實度通過預(yù)控線法計算得到。由于施工進度的需要預(yù)控線法做不到點對點試驗,用時較長,同時受不同P5含量的影響,導(dǎo)致不同粒徑組成的土料所對應(yīng)的擊實干密度均有不同程度的偏差,使現(xiàn)場填筑生產(chǎn)過程中采用預(yù)控線進行施工質(zhì)量控制時,易出現(xiàn)不合格點,無法真實地反映現(xiàn)場實際的壓實情況。因此,本文重點解決的問題就是通過不同擊實功下的細(xì)料壓實度與全料壓實度之間的匹配關(guān)系,確定現(xiàn)場快速檢測的方法。
1)全料壓實度與不同擊實功下細(xì)料壓實度之間的關(guān)系分析研究;
2)分析大壩礫石土心墻料不同擊實功能下細(xì)料與全料壓實度之間匹配關(guān)系,以便尋求到現(xiàn)場快速檢測的方法。
1)技術(shù)指標(biāo):三點擊實快速檢測方法替代全料壓實度。
2)經(jīng)濟指標(biāo):可縮短試驗檢測時間,提高試驗檢測效率,及時提交試驗成果以便指導(dǎo)施工,從而加快施工進度,以達到提高經(jīng)濟效益的目的。
1)在室內(nèi)用摻配完全均勻的土料進行全料和細(xì)料不同擊實功下的擊實試驗,分別得到全料和細(xì)料的最大干密度,從而計算得到全料壓實度與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系。
2)提出在全料控制標(biāo)準(zhǔn)下(如97%)細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)值指標(biāo)。
3)結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn),利用試驗數(shù)據(jù),驗證全料與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系,進行小于20 mm三點擊實法與計算推求小于20 mm細(xì)料壓實度對比分析研究。
確定全料壓實度與細(xì)料壓實度之間的匹配關(guān)系,建立以細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)來保證全料標(biāo)準(zhǔn)的合理性和建立快速檢測方法的可行性。
1)用于心墻防滲料的礫石土填筑料最大粒徑不大于150 mm;P5含量為30% ~50%(現(xiàn)場檢測P5含量最大不超過55%,且50% ~55%的頻率控制在5%以內(nèi));小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不小于15%;小于0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于8%。
2)碾壓后心墻防滲土料的滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10-5cm/s,礫石土心墻料抗?jié)B透變形的破壞坡度應(yīng)大于9.0,其滲透破壞形式應(yīng)為流土。
碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細(xì)料壓實度進行雙控制。礫石土心墻料全料壓實度≥97%(修正普氏2 740 kJ/m3擊實功),心墻摻礫料P5含量分別為30%、40%、50%,壓實后干密度分別不小于 2.10、2.15、2.21 g/cm3;小于 20 mm細(xì)料壓實度≥100%(普氏擊實604 kJ/m3)。
5.1.1 土石材料
本次試驗研究擊實用料采用亞中A區(qū)土料,摻礫料采用慶大河加工系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)級配新鮮石料,粒徑范圍為5~100 mm,摻礫料檢測結(jié)果見表1。
表1 摻礫料檢測結(jié)果
5.1.2 擊實試驗
5.1.2.1 擊實參數(shù)
擊實試驗分別采用標(biāo)準(zhǔn)擊實儀和大型擊實儀,擊實儀的基本參數(shù)見表2。
表2 擊實儀基本參數(shù)
5.1.2.2 超粒徑顆粒的處理
用原級配土料進行試驗是最理想的,但由于儀器對試樣的限制,需對土料中某些超過試樣允許粒徑的顆粒(即超粒徑顆粒)進行處理。處理超徑石的方法有剔除法、等量替代法、相似級配法和結(jié)合法。本次試驗大型擊實采用等量替代法,小于20 mm細(xì)料輕型擊實采用剔除法進行試驗[1]。
等量替代法:
剔除法:
式中:Pi為替代后粗粒某粒組含量,%;
Pfi為剔除后粗粒某粒組含量,%;
Poi為原級配某粒組含量,%;
Pdmax為超粒徑顆粒含量,%;
P5為原級配大于5 mm粒組含量,%。
5.1.2.3 超粒徑顆粒的處理結(jié)果
等量替代和剔除后的結(jié)果見表3和圖1。
5.1.3 擊實成果
本次試驗研究針對不同的 P5含量(25% ~55%)進行了Φ300 mm大型擊實試驗,<20 mm不同的P5含量(10% ~50%)進行輕型擊實的試驗,擊實結(jié)果見表4、表5和圖2~5。
圖1 摻礫料顆粒級配曲線
表3 等量替代和剔除后的顆粒級配
表4 大型擊實(300 mm)結(jié)果
表5 輕型擊實結(jié)果
圖2 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線
圖3 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線
圖4 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線
圖5 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線
根據(jù)室內(nèi)擊實試驗數(shù)據(jù),計算得到室內(nèi)全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系,計算過程見公式(3)與公式(4),匹配關(guān)系見表6。
全料壓實度為D全時的細(xì)料干密度按公式(3)計算:
式中:ρd,細(xì)為細(xì)料干密度,g/cm3;
ρd,全,max為全料最大干密度,g/cm3;
D全為全料壓實度;
ρw為水的密度,g/cm3;
GS為礫石視比重;
P20為大于20 mm礫石含量。
細(xì)料壓實度按公式(4)計算:
式中:D細(xì)為細(xì)料壓實度,%;
ρtfmax為全料壓實度為D全時的細(xì)料干密度,g/cm3;
Pdfmax為細(xì)料室內(nèi)擊實最大干密度,g/cm3。
表6 全料壓實度與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系
根據(jù)表6得出,全料壓實度為97%時,細(xì)料壓實度最大值為101.5,最小值為100.5,平均值為101.4。
設(shè)計在填筑標(biāo)準(zhǔn)及要求中提出碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細(xì)料壓實度進行雙控制。礫石土心墻料全料壓實度≥97%,小于20 mm細(xì)料壓實度≥100%。而本次試驗研究根據(jù)P5含量25%~55%的全料與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系得出,全料壓實度97%時相對應(yīng)的細(xì)料壓實度為100.5~102.0。因此,當(dāng)全料壓實度為97%時,選擇細(xì)料壓實度≥100%。
5.4.1 現(xiàn)場顆粒分析試驗
本次試驗研究對大壩礫石土料進行了50組顆粒分析試驗檢測,具體結(jié)果見表7。
表7 大壩礫石土料顆粒級配試驗結(jié)果統(tǒng)計
續(xù)表7
從表7的試驗結(jié)果可看出,大壩礫石土料最大粒徑均小于150 mm,最大值為95 mm,最小值為62 mm,平均值為74 mm;P5顆粒含量均在30%~50%之間,最大值為47.9%,最小值為39.4%,平均值為43.1%;各項指標(biāo)均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求。
5.4.2 壓實度檢測
本次試驗研究對大壩礫石土料進行了25組全料壓實度以及點對點細(xì)料壓實度檢測,具體結(jié)果見表8。
表8 壓實度統(tǒng)計
通過表8得到,全料壓實度均大于97%,最大值為100.9%,最小值為97.7%,平均值為99.4%,點對點所得細(xì)料壓實度均大于100%,最大值為105.0%,最小值為100.0%,平均值為102.3%;通過現(xiàn)場試驗驗證,室內(nèi)擊實所得的全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系完全是合理的。
本次試驗研究對大壩礫石土料進行了50組壓實度對比試驗,對比結(jié)果見表9。
表9 壓實度對比
通過表9得到,細(xì)料壓實度均≥100%,最大值為105.0%,最小值為100.0%,平均值為102.3%,均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求(A版);細(xì)料理論壓實度最大值為105.5%,最小值為100.0%,平均值為102.5%;細(xì)料壓實度與細(xì)料理論壓實度差值均小于1.0%,最大值0.8%,最小值為-0.8%,平均值為-0.2%,誤差較小。
1)根據(jù)本次試驗研究結(jié)果得出,當(dāng)全料壓實度為97%時,細(xì)料壓實度≥100%,全料壓實度與細(xì)料壓實度的匹配關(guān)系與設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)一致。
2)現(xiàn)場生產(chǎn)試驗全料壓實度均≥97%,細(xì)料壓實度均≥100%,由此可以驗證室內(nèi)所得的全料壓實度與細(xì)料壓實度匹配關(guān)系完全是合理的。
3)通過本次試驗研究數(shù)據(jù)分析,采用三點擊實法所得細(xì)料壓實度與理論壓實度平均差值為0.2%,誤差較小,由此現(xiàn)場可直接采用三點擊實快速檢測,以指導(dǎo)下一步施工。
4)當(dāng)采用三點擊實替代全料壓實度時,不僅可以縮短試驗檢測的時間,還可以提高試驗檢測的效率,從而加快施工進度,以達到提高經(jīng)濟效益的目的。