長河壩水電站大壩心墻礫石土料壓實質量快速檢測方法

韓　興　郭林平/中國水利水電第五工程局有限公司

【摘　要】　礫石土料壓實質量檢測是填筑作業的關鍵工序，快速檢測可加快施工進度。本文詳細介紹了長河壩電站礫石土料現場快速檢測方法，可供同類工程參考。

【關鍵詞】　礫石土心墻　土料　壓實度　快速檢測

1　概述

長河壩水電站攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240m，總填筑方量約3300萬m3，其中心墻礫石土料約430萬m3。碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細料壓實度進行雙控制，全料的壓實度應不低于0.97（擊實功2688kJ/m3），細料壓實度不低于1.00（擊實功592kJ/m3），全料壓實度=挖坑灌水法得到的全料干密度/室內大型擊實試驗所得全料最大干密度；細料（小于5mm料）壓實度檢測采用三點擊實法。

心墻礫石土料填筑施工分為攤鋪、碾壓、試驗檢測等三個主要工序。其中攤鋪、碾壓工序均可通過增加設備投入而實現快速施工，唯獨試驗檢測工序按照常規方法必須依照相關試驗規范進行，每一組均要得到含水率和礫石含量，烘干至少需要8h以上。礫石土料的檢測與評價受限于檢測成果的檢驗過程。礫石土料的現場快速檢測可縮短試驗檢測時間，加快大壩心墻填筑施工。

2　壓實度快速檢測方法研究思路

心墻填筑施工前，施工單位會同業主、設計及監理單位進行大量的室內基礎試驗及碾壓試驗，在全面掌握料場土料性質基礎上加之碾壓試驗成果分析得出，礫石土心墻料的施工參數為：鋪料厚度30cm，靜碾2遍+振碾12遍。同時研究提出了快速檢測方法：礫石土常規坑檢法全料壓實度檢測采用礫石飽和面干吸水率代替其含水率，快速計算其干重；用酒精燃燒法快速測定細料含水率，然后根據細料含水率計算細料干重；將礫石干重和細料干重相加得到全料干重，從而計算礫石含量，根據礫石含量查得該礫石含量所對應的室內擊實最大干密度并計算全料壓實度。

3　壓實度快速檢測試驗步驟

3.1　室內基礎試驗

在全面掌握料場土料性質的基礎上，室內按照料場級配配制不同P5（指土料中大于5mm粒徑的礫石，下同）含量的試樣進行系列擊實試驗，制定不同P5含量下的擊實曲線（施工中每月進行開挖土料的系列擊實試驗，校核該擊實曲線，以適應土料變化，使標準滿足試驗要求）。本工程通過室內試驗確定的某組擊實試驗成果見表1及如圖1、圖2所示。

3.2　現場灌水法密度試驗

按照《水電水利工程粗粒土試驗規程》（DL/T 5356—2006），現場礫石土原位密度試驗采用灌水法進行。

按照計算試坑現場濕密度：

式中：m為試驗質量，g；m1為灌入套環內水的質量，g；m2為灌入試坑和套環內水的質量，g；ρW為水的密度，取1.00g/cm3。

3.3　全料壓實度快速檢測試驗

在現場測定土料濕密度后，將試坑內的土料經過5mm篩快速濕篩，取小于5mm篩下土用酒精燃燒法測定其含水率并進行室內三點擊實。然后根據小于5mm含水率計算小于5mm干質量：

式中：m干為小于5mm料的干質量；m濕為小于5mm料的濕質量；w為小于5mm含水率。

篩后大于5mm的礫石料用水快速沖洗干凈，用濕毛巾擦干并稱其飽和面干質量，用礫石飽和面干吸水率換算其干質量：

式中　m干為大于5mm飽和面干質量；m濕為大于5mm濕質量；w為礫石飽和面干吸水率，礫石飽和面干吸水率為前期試驗確定的固定值，施工過程中每月或礫石土料性質發生變化時進行復核。

將計算大于5mm干質量和小于5mm干質量相加得到全料干質量，從而計算出現場試坑土料干密度及P5含量，根據P5含量查礫石土最大干密度與P5含量關系曲線圖得出該P5含量所對應的室內最大干密度并計算全料壓實度。

3.4　細料壓實度檢測試驗

根據基礎試驗測得的礫石料相對密度（虹吸筒法測定礫石相對密度，施工過程中每月或礫石土料性質發生變化時進行復核）以及礫石料干質量，計算得出試坑細料濕密度ρf。

用測密度試驗的土樣制作三種含水率的擊實試驗，測定三個擊實濕密度ρ1、ρ2、ρ3。將ρf、ρ1、ρ2、ρ3分別輸入本工程研制的三點擊實計算器軟件，軟件自動計算得出細料壓實度。三點擊實計算器原理即按照三點擊實試驗控制圖的數解法編輯程序，操作時只需將ρf、ρ1、ρ2、ρ3分別輸入三點擊實計算器軟件，軟件自動計算得出細料壓實度。

4　快速檢測方法差值分析

采用礫石飽和面干吸水率代替其含水率的礫石土全料壓實度快速檢測方法在長河壩水電站礫石土心墻料的碾壓試驗中進行應用，試驗成果見表2。試驗結果與常規試驗方法相比較都可以滿足試驗規定的誤差要求，該方法完全可以作為填筑過程中的快速檢測方法。

截至本文撰稿時，長河壩水電站心墻已填筑254層，采用該試驗方法在壩面填筑施工過程中按照200～500m3/組的檢測頻率，已經檢測3457組。檢測項目包括全料壓實度、細料壓實度、全料含水率等主要試驗檢測指標。填筑料各項指標均滿足設計標準要求。按照每層能夠節約檢測時間6h、每天工作20h計算，長河壩礫石土心墻目前已節約工期76天。

5　結語

經實際現場應用效果證實，該檢測方法完全可以作為填筑過程中的快速檢測方法，該檢測方法在2h內可以得到試坑的壓實度值，與常規的方法相比較可以縮短6h，大大提高了檢測速度。2013年經過中國水電股份集團有限公司組織的專家組評審，該檢測技術已達到國際先進水平并獲得中國水電股份集團公司科技進步獎項。項目成功的經驗具有在全行業或者相關行業廣泛推廣的價值，有力地促進了工程建設進度和保證工程質量。