长河坝水电站大坝心墙砾石土料压实质量快速检测方法

韩　兴　郭林平/中国水利水电第五工程局有限公司

【摘　要】　砾石土料压实质量检测是填筑作业的关键工序，快速检测可加快施工进度。本文详细介绍了长河坝电站砾石土料现场快速检测方法，可供同类工程参考。

【关键词】　砾石土心墙　土料　压实度　快速检测

1　概述

长河坝水电站拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240m，总填筑方量约3300万m3，其中心墙砾石土料约430万m3。碾压后的砾石土心墙料压实度以全料压实度和细料压实度进行双控制，全料的压实度应不低于0.97（击实功2688kJ/m3），细料压实度不低于1.00（击实功592kJ/m3），全料压实度=挖坑灌水法得到的全料干密度/室内大型击实试验所得全料最大干密度；细料（小于5mm料）压实度检测采用三点击实法。

心墙砾石土料填筑施工分为摊铺、碾压、试验检测等三个主要工序。其中摊铺、碾压工序均可通过增加设备投入而实现快速施工，唯独试验检测工序按照常规方法必须依照相关试验规范进行，每一组均要得到含水率和砾石含量，烘干至少需要8h以上。砾石土料的检测与评价受限于检测成果的检验过程。砾石土料的现场快速检测可缩短试验检测时间，加快大坝心墙填筑施工。

2　压实度快速检测方法研究思路

心墙填筑施工前，施工单位会同业主、设计及监理单位进行大量的室内基础试验及碾压试验，在全面掌握料场土料性质基础上加之碾压试验成果分析得出，砾石土心墙料的施工参数为：铺料厚度30cm，静碾2遍+振碾12遍。同时研究提出了快速检测方法：砾石土常规坑检法全料压实度检测采用砾石饱和面干吸水率代替其含水率，快速计算其干重；用酒精燃烧法快速测定细料含水率，然后根据细料含水率计算细料干重；将砾石干重和细料干重相加得到全料干重，从而计算砾石含量，根据砾石含量查得该砾石含量所对应的室内击实最大干密度并计算全料压实度。

3　压实度快速检测试验步骤

3.1　室内基础试验

在全面掌握料场土料性质的基础上，室内按照料场级配配制不同P5（指土料中大于5mm粒径的砾石，下同）含量的试样进行系列击实试验，制定不同P5含量下的击实曲线（施工中每月进行开挖土料的系列击实试验，校核该击实曲线，以适应土料变化，使标准满足试验要求）。本工程通过室内试验确定的某组击实试验成果见表1及如图1、图2所示。

3.2　现场灌水法密度试验

按照《水电水利工程粗粒土试验规程》（DL/T 5356—2006），现场砾石土原位密度试验采用灌水法进行。

按照计算试坑现场湿密度：

式中：m为试验质量，g；m1为灌入套环内水的质量，g；m2为灌入试坑和套环内水的质量，g；ρW为水的密度，取1.00g/cm3。

3.3　全料压实度快速检测试验

在现场测定土料湿密度后，将试坑内的土料经过5mm筛快速湿筛，取小于5mm筛下土用酒精燃烧法测定其含水率并进行室内三点击实。然后根据小于5mm含水率计算小于5mm干质量：

式中：m干为小于5mm料的干质量；m湿为小于5mm料的湿质量；w为小于5mm含水率。

筛后大于5mm的砾石料用水快速冲洗干净，用湿毛巾擦干并称其饱和面干质量，用砾石饱和面干吸水率换算其干质量：

式中　m干为大于5mm饱和面干质量；m湿为大于5mm湿质量；w为砾石饱和面干吸水率，砾石饱和面干吸水率为前期试验确定的固定值，施工过程中每月或砾石土料性质发生变化时进行复核。

将计算大于5mm干质量和小于5mm干质量相加得到全料干质量，从而计算出现场试坑土料干密度及P5含量，根据P5含量查砾石土最大干密度与P5含量关系曲线图得出该P5含量所对应的室内最大干密度并计算全料压实度。

3.4　细料压实度检测试验

根据基础试验测得的砾石料相对密度（虹吸筒法测定砾石相对密度，施工过程中每月或砾石土料性质发生变化时进行复核）以及砾石料干质量，计算得出试坑细料湿密度ρf。

用测密度试验的土样制作三种含水率的击实试验，测定三个击实湿密度ρ1、ρ2、ρ3。将ρf、ρ1、ρ2、ρ3分别输入本工程研制的三点击实计算器软件，软件自动计算得出细料压实度。三点击实计算器原理即按照三点击实试验控制图的数解法编辑程序，操作时只需将ρf、ρ1、ρ2、ρ3分别输入三点击实计算器软件，软件自动计算得出细料压实度。

4　快速检测方法差值分析

采用砾石饱和面干吸水率代替其含水率的砾石土全料压实度快速检测方法在长河坝水电站砾石土心墙料的碾压试验中进行应用，试验成果见表2。试验结果与常规试验方法相比较都可以满足试验规定的误差要求，该方法完全可以作为填筑过程中的快速检测方法。

截至本文撰稿时，长河坝水电站心墙已填筑254层，采用该试验方法在坝面填筑施工过程中按照200～500m3/组的检测频率，已经检测3457组。检测项目包括全料压实度、细料压实度、全料含水率等主要试验检测指标。填筑料各项指标均满足设计标准要求。按照每层能够节约检测时间6h、每天工作20h计算，长河坝砾石土心墙目前已节约工期76天。

5　结语

经实际现场应用效果证实，该检测方法完全可以作为填筑过程中的快速检测方法，该检测方法在2h内可以得到试坑的压实度值，与常规的方法相比较可以缩短6h，大大提高了检测速度。2013年经过中国水电股份集团有限公司组织的专家组评审，该检测技术已达到国际先进水平并获得中国水电股份集团公司科技进步奖项。项目成功的经验具有在全行业或者相关行业广泛推广的价值，有力地促进了工程建设进度和保证工程质量。