三点击实法在平原水库质量检测中的应用

三点击实法在平原水库质量检测中的应用宋德明，张存暖，史新军（ 山东临沂水利工程总公司 ， 山 东 临 沂 276006 ）【摘要】 从筑坝检测实际出发，介绍了三点击实法的原理、容易出现的问题和正确的操作步骤；提出了低于或高于适宜含水率情况下的三点击实最大湿密度计算方法。 该方法应用于南水北调山东 段平原水库围坝施工中效果良好。【关键词】 平原水库；围坝；压实度；检测技术【中图分类号】 TV512【文献标识码】 B【文章编号】 1009-6159（2011）-08-0026-03土坝填筑质量的优劣直接影响着土坝的稳定和安全。 坝体填筑质量检测主要是压实度实体检测。 压 实干密度的检测方法一般有环刀法、核子密度仪法、 灌水法、灌砂法等，通过测定土层的湿密度和含水率 来计算干密度； 但压实度的检测还必须再进行标准 击实，测定该土的最大干密度，最后计算压实度。 在 设计压实度的范围内， 最大干密度和控制干密度的 差值范围很小，如设计压实度 0.98 时，实测控制最小 干密度仅比最大干密度小 0.04。 然而，上坝土料是不 均匀的，最大干密度也不可能是一个常数。 因此，相 应各实测点要做标准击实测定最大干密度的工作量 大，时间长，很不适应上坝土料的施工。三点击实法又称快速压实控制法，是美国工程师 Hilf 研究出来的土石料压实快速质量控制方法,1957 年试用，2001 年录用于碾压式土石坝施工规范（DL/ T51292001）的附录 C4。 该法不需要测定含水率，仅 在测定密度后用测定密度试验的土样做 3 种含水率 的击实试验，测定 3 个击实湿密度，就可以确定填土 的压实度 （D） 和最优含水率与填土含水率的差值（Zm）。 压实度计算公式如下：1三点击实法的应用三点击实法有图解法和数解法。 图解法经过多 次竖、横向的画线定点，累计误差较大，精度较差，不 宜推广使用。 下面只介绍数解法的应用。1.1数解法操作方法1） 用环刀法测定填土湿密度 f。2）首先取保持原有填土含水率的土样进行标准 击实，得 1, 变换湿密度 11/(1+0)。3）原有填土含水率土样加水 2%,拌匀后标准击实第 2 点，得 2，变换湿密度 22/(1+0.02)。4）最后取原有填土含水率的土样加水 4%,拌匀 后标准击实第 3 点，得 3，变换湿密度 33/(1+0.04)；绘制（1,0），（2,0.02）,(3,0.04 )三点抛物线图。5）变换最大湿密度（m）的计算公式：m =1 +(4yb -yc ) /8(2y -y )2（2）bc6） 最优含水率与填土含水率的差值 Zm 的计算公式：Zm =（4yb-yc）/（2yb-yc）式中：yb=2-1，yc=3-17）压实度(D)计算公式：Df /m数解扩展法操作方法（3）dfdf (1+f )D=（1）dmax dmax (1+f)（4）式中: df 为填土实测干密度; dmax 为标准击实最大干密度；f 为填土含水率。从（1）式可知：由于含水量相同，所以湿密度比 等于干密度比。 df(1+f)为填土湿密度，用环刀取土称其湿土重再除以环刀容积即可。dmax(1+f)为相同含水 量土的最大湿密度，土源来自环刀取土的位置。 其计算最简便快速的方法就是三点击实法。1.2三点击实数解法的使用条件是三个击实土样都必须加水（低于最优含水率），并且加水递增率必 须是 2%。 但是筑坝土的实际情况并非如此。 上坝土 料大于最优含水率时，必须递减水 2%方可做出三点收 稿 日 期 ： 2011-07-06作 者 简 介 ： 宋 德 明 （ 1971 ） ， 男 ， 高 级 工 程 师图 3 三点加-减水法击实形不成曲线图 4 第 2 点小于第 1 点时 第 3 点不减水形成反弧 2011.8 山东水利27曲线图；上坝土料为最优含水率时，必须先加后减方可做出三点曲线图。 因此，原“三点击实”的检测方法 是有使用限制条件的， 为了在任何条件下都能使用 三点击实法检测压实度， 对三点击实法进行了扩展 使用的研究，即采用数解扩展法操作方法如下：1）首先取保持原有填土含水率的土样进行标准 击实第 1 点，得 1, 变换湿密度 11/(1+0)。2) 原有填土含水率的土样加水 2%,拌匀后标准 击实第 2 点，得 2，变换湿密度 22/(1+0.02)。3） 当第 2 点的变换湿密度小于第 1 点时， 第 3点必须将原有填土含水率的土样减水 2%, 拌匀后标 准击实,得 3，变换湿密度 33 /(1-0.02)。绘制（1,0），（2,0.02）,(3,-0.02 )三点抛物线。4）当填土含水率大于最优含水率时，第 2 点可 以直接将原有填土含水率的土样减水 2%、第 3 点减 水 4%；或者从第 1 点就开始逐级减水 2%；将（1,0），（2,0.02）,(3,-0.04 )绘制三点抛物线。5）当填土含水率小于最优含水率时，可以直接 将原有填土含水率的土样加水 2%、第 2 点加水 4%、 第 3 点加水 6%。 将（1,0.02），（2,0.04）,(3,0.06 )绘制三点抛物线。大湿密度也等于 1.942。验证表明： 因为水平移动不影响曲线的纵坐标 值。 所以，任意条件下的三点击实最大湿密度计算可 以直接采用(2)式计算，但是 1，2，3 必须按小大 的顺序排列。 最优含水率与填土含水率的差值计算 也可以采用（3）式计算，但是必须将计算结果加最大 减水量值（水平移动的部分）。三点击实操作中容易出现的错误22.1形不成三点曲线越加水击实湿密度越大，直线上升。 原因：填土 含水量过低，加水量增加到 4%时还未超过最优含水 率。 因此，曲线无下降拐点。 填土含水量过高时击实 曲线也形不成三点凸线 （见图 3）。 或填土含水量过 高，减水量减到 2%时还未低于最优含水率。 因此，曲 线无拐点。数解扩展法的计算方法三点加-减水、三点减水、三点加水等情况下的最 大变换湿密度计算和最优含水率与填土含水率的差 值计算，不能直接使用（2）、（3）式，可以采用三点击实 曲线平移法（参见图 1），将水平坐标的负值部分平移 至水平坐标的正值部分后再利用（2）、（3）式计算。 最 优含水率与填土含水率的差值计算， 是平移后利用（3）式计算。 因此，算出的最优含水率与填土含水率的 差值要加上平移部分。 下面验证平移法的正确性：1.32.2加水反弧线（见图 4）1） 图 2 是依据三点加-减水法击实数据绘制的三点曲线，进行多项式回归分析，利用回归公式计算 最大湿密度为 1.942。 2）同理，依据平移后的三点击 实曲线，进行多项式回归:Y=-129.5X2+3.92X+1.9124， 代入最大湿密度点的加水量值， 计算最大湿密度等 于 1.942。 3）按小大的顺序排列后用（2）式计算最原因是未执行“第 2 点小于第 1 点时，第 3 点应减水”的重要原则。 第 3 点不应当加水，而应当减水。2.3减水反弧线（见图 5）原因是未执行“第 2 点大于第 1 点时，第 3 点应继 续加水”的重要做法。 第 3 点不应减水，而应加水。工程建设与管理2011.8 28 加水至 4%后还未出现凸型曲线时， 再继续加水 6%后形成凸型曲线。 去掉第 1 点， 绘制 3 点击实曲线 图，最大湿密度直接利用（2）式计算，最优含水率与填土含水率的差值计算，必须将计算结果加上 0.02（加水量值水平移动的部分）。2.4弧线平滑填土含水率大，第 3 点减水太少（3 点的湿密度 应低于 1 点）。 同理，填土含水率小，第 3 点加水太 少，都形成平滑弧线。三点击实的数量在上坝土料不均匀的情况下宜采用三点击实法， 每个测点做出相应的最大湿密度，计算出的压实度具 有客观真实性。 但是，每个环刀取样都做“三点击实” 会增加了检测的工作量。 为此，建议以“单元工程为检 测批”进行实测湿密度统计分析：以湿密度的平均值 暂定为 0.98 的压实度，平均值/0.98=合格上限值。 湿密 度合格上限值为上限不合格批;： 湿密度 1.0的不合格合计种类合格压实度0.98 的不合格编号加水量变换湿密度120.021.8623-0.021.912原始排列01.939实测湿密度分类2.06-2.102.01-2.051.96-2.001.95-1.911.90-1.861.85-1.811.80-1.761.75-1.72按小大排列编号312检测组数21797231142排列后加水量平移前平移后-0.02000.020.020.04击实数量111111118值得提醒的是每个检测点在环刀取样的同时必须取三点击实试验用土，并做好土料与环刀取样的记 录标签，密封保护送至试验室。 试验室按照不合格类 别的检点找出相应密封的三点击实试验土样加做“三 点击实”。 这样，一个单元工程的压实度检测大约 2030 个测点，需要三点击实试验的 8 个左右。4 结 语一个完整的三点击实试验过程大约需要 1 h 左右 的时间， 最快速度 40 min。 其计算方法及曲线图的绘 制，已编制成程序，可适用于任何含水率状态下的三点 击实成图和计算， 现正在南水北调山东段的三个平原 水库围坝施工中应用，效果良好。（责任编辑 赵其芬）变换湿密度1.9121.9391.862最 优 含 水 率 与 填 土 含水率差值最大变换湿密度1.942-0.005最优含水率与填土含水率的差值为负值时，表明上坝土料含水率