水电水利水电工程砂砾石料压实质量试验检验规程密度桶法1范围

水电水利水电工程砂砾石料压实质量试验检验规程 密度桶法1 范围本标准规定了密度桶法现场确定砂砾石料的相对密度，以及砂砾石料压实质量现场检测的方法。本标准适用于70m以上砂砾石高坝，70m以下的砂砾石坝可参考使用。2 术语2.0.1 砂砾石料 指粒径不大于600mm的砂、砾石、卵石、漂石的天然混合料。2.0.2 上包线各粒径级累计含量最大值连续绘制的曲线，即最细级配曲线。2.0.3 下包线各粒径级累计含量最小值连续绘制的曲线，即最粗级配曲线。2.0.4 平均级配线各粒径级累计含量平均值连续绘制的曲线，即平均级配曲线。2.0.5 上平均级配线各粒径级累计含量最大值和平均值的平均值连续绘制的曲线，取级配资料中各粒级累计含量的最大值和平均值的平均，即细值平均级配曲线。2.0.6 下平均级配线各粒径级累计含量最小值和平均值的平均值连续绘制的曲线，即粗值平均级配曲线。3 总 则3.0.1 为了规范水电水利水电工程砂砾石密度桶法压实标准的确定方法和压实质量检验方法，提高工程压实质量水平，特制订本规程。3.0.2 本规程用密度桶法确定砂砾石料的最大、最小密度，建立相对密度质量标准关系，对砂砾石料压实质量进行评价。3.0.3 本规程适用于最大粒径600mm范围内的砂砾石料。3.0.4 试验仪器、设备应符合GB/T 15406的要求，并经过检定或校准。3.0.5 本规程中涉及的土工试验，应符合国家和行业有关标准的规定。4 试验用料和级配的确定4.1 试验用料4.1.1 试验用料应与工程实际应用料源一致。4.1.2试验用料采取时应对料场覆盖层、风化层剥离干净，无腐殖土，无杂物。4.1.3将选取的砂砾石料在自然条件下风干，风干后实测砂子含水率不大于0.5%视为风干料。4.1.4剔除大于600mm的砾石后，对风干砂砾石料进行分级筛分制样，分级粒径组按照600400mm，400200mm、200100mm、10080mm、8060mm、6040mm、4020mm、2010mm、105mm、5mm以下共十级，每级制样数量应大于本级试验用料的1.2倍。4.1.5大于100mm的砾石宜用直径环进行分级，小于100mm的砂砾料应采用筛析法进行分级。4.1.6应设置专门的储备场地，将分级好的试验用料进行储存标识，并采取必要的措施防止混合、污染、受潮。4.2试验级配的确定4.2.1按照设计要求和料场复查的结果确定砂砾石料的基本级配线。4.2.2基本级配线应包含上包线、下包线、平均级配线。4.2.3试验级配线宜选择上包线、上平均级配线、平均级配线、下平均级配线、下包线5条级配线。5 试验仪器及设备5.0.1密度桶法相对密度试验施工设备包括自行式振动碾、装载机、推土机、自卸车。振动碾宜采用20t26t。5.0.2试验检测设备 1 密度桶：为带底无盖钢桶。钢桶直径为砂砾石料最大粒径3-5倍，且不大于2000mm；桶高不宜小于最大粒径2倍且不大于1000mm，桶壁厚不小于12mm。结构形式，如图5.0.2；图5.0.2 密度桶结构图2 台秤：称量100kg、最小分度值50g；3 天平：称量2000g、最小分度值0.1g；。4 分级直径环：600mm、400mm、200mm。 5粗筛:：圆孔，孔径100mm、80mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm。 6细筛:：圆孔， 圆孔径为5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。 7 其他：烘箱、瓷盘、炒锅、水平尺、标准砂、盛水容器等。6 相对密度试验方法6.1 试验场地6.1.1 试验场地宜选择在平坦、坚实的基础上，且交通、水电便利等。6.1.2 试验场地基础应进行处理，表面杂物清理干净，用振动碾碾压20遍，直到无明显下沉为止。6.1.3 试验场地布置按试验组合进行，1组试验场地尺寸6m10m。多组同时试验时，相应扩大场地尺寸。6.2 密度桶布置56.2 密度桶布置6.2.1 按试验组合的具体情况布置试验场地。同一砾石含量的级配料应做平行试验，布置2个密度桶。6.2.2 在桶底碾压体表面均匀铺一层厚度为5cm左右的细砂，静压2遍。6.2.3将密度桶安放在细砂上，将其中心点位置对应用灰线标识在试验场外，密度桶中心线应在同一轴线上，桶与桶之间的净间距应不少于3m。试验布置见图6.2.3。 图6.2.3 试验场地布置图(m)6.3 试验组次宜根据上包络级配线、上平均级配线、平均级配线、下平均级配线、下包络级配线5个不同级配，共105组次10桶桶，配制试验用料，进行不同砾石含量时的最大、最小干密度试验，共5组10桶。 6.4 最小干密度试验6.4.1 用量测法或灌水法测定密度桶的体积，精确至1 cm3。6.4.2 按照选定料的级配要求，根据密度桶体积计算试验用料质量,试验用料宜按计算质量的1.2倍制备。6.4.3采用人工松填法进行测定。按级配要求将砂砾料均匀松填于密度桶中。装填时将试样轻轻放入桶内，防止冲击和振动。装填的砂砾石低于桶顶10cm左右。用灌砂法测料顶面到桶口的体积，灌砂法应符合DL/T5356相关规定。6.4.4 称取剩余的试验料质量, 计算装入桶内砂砾料的质量。6.4.5 最小干密度应进行平行试验，两次试验差值不大于0.03g/cm3，取其算术平均值作为该试验级配的最小干密度。6.4.6 按公式6.4.6计算最小干密度 （6.4.6）式中： 砂砾料最小干密度，g/cm3； 密度桶体积，cm3 ； 桶内砂砾料顶到桶口的体积，cm3 ； 配制的砂砾料质量，g； 剩余砂砾料的质量，g。6.5最大干密度试验机械铺6.5.1在最小干密度测试结束后，再均匀地将制备料装入密度桶内，高出桶顶20左右，用类型和级配大致相同的砂砾料铺填密度桶四周，高度与试验料平齐。（如图6.5.1）图6.5.1 最大干密度示意图6.5.2 将选定的振动碾在场外按预定速度、振幅与频率起动，行驶速度2km/h3 km/h，振动碾压26遍后，在每个密度桶范围内微动进退振动碾压15min。在碾压过程中，应根据试验料及周边料的沉降情况，及时补充料源，使振动碾碾磙不与密度桶直接接触。6.5.3 碾压完成后，超出密度桶顶的砂砾石料试样高度应小于10cm，不小于10cm时试验作废，需重做。6.5.4 测定试样体积人工挖除桶上和桶周围的砂砾石至低于桶口10cm左右为止，并防止扰动下部试样。用灌砂法测料顶面到桶口的体积。 6.5.5将桶内试料全部挖出，称量密度桶内试料质量，并进行级配测定。6.5.6 两次平行试验的干密度差值不大于0.03g/cm3，取其算术平均值作为该试验级配的最大干密度。 6.5.7 按公式6.5.7计算最大干密度 （6.5.67）式中： 砂砾料最大干密度，g/cm3； 密度桶体积，cm3 ； 桶内砂砾料顶到桶口的体积，cm3 ； 桶内砂砾料的质量，g。 6.6 相对密度6.6.1 按公式6.6.1计算相对密度 （6.6.1）式中： 相对密度； 砂砾料填筑干密度，g/cm3。 7 质量标准的建立7.0.1 采用6.4、6.5方法同时测定其他级配料的最大最小干密度。7.0.2 根据不同砾石含量对应的最大、最小干密度数值，计算设计要求的相对密度下的干密度值。 按式（67.0.2）进行计算： （7.0.2）式中： 相对密度； 砂砾料干密度值，g/cm3。7.0.3 以干密度为左侧纵坐标，砾石含量为横坐标，相对密度为右侧纵坐标，绘制三因素相关图。如图7.0.3所示。如果曲线未出现峰值点，应进行补点试验。 图7.0.3 三因素相关图7.0.4曲线上峰值点的纵坐标、横坐标分别代表砂砾料的最大干密度和最优砾石含量。7.0.5 根据绘制的三因素相关图确定试验料的最优砾石含量，按照试验料的级配对最优砾石含量料的最大最小干密度进行复核试验。8 施工压实质量检测8.0.1湿密度检测：砂砾石密度检测宜采用挖坑灌水（砂）法进行测定，检测步骤应参照DL5356/T水电水利工程粗粒土试验规程“现场密度试验”的相关要求进行。8.0.2 砾石含量检测：1 将试坑中取出的砂砾石全料，大于100mm的砂砾石料直接称量质量，小于等于100mm的砂砾石料过5mm筛进行筛析，并对筛余和筛底分别称量质量，计算全料砾石含量。2 当大料表面粘附的细颗粒料较多时，应该用毛刷或其它工具将细料和大料分离。8.0.3含水率检测：1 填筑施工前，建立本工程不同砾石含量时，小于5mm或10mm料含水率与全料含水率关系曲线。2 压实质量检测时，检测挖坑取样料小于5mm或10mm料的含水率，并根据挖坑料的砾石含量，在关系曲线上，查出全料的含水率，计算干密度。8.0.4 按公式（8.0.4）计算试样干密度： (8.0.4) 砂砾石料湿密度，g/cm3； 砂砾石料干密度，g/cm3； 砂砾石料含水率，%。计算9 压实质量评价9.0.1用挖坑检测的试样干密度，砾石含量，查三因素相关图，确定压实相对密度。9.0.2 用实测的相对密度和设计相对密度进行比较，评价压实质量。条文说明水电水利水电工程砂砾石压实质量试验检验规程 （现场“密度桶法”）条文说明3 总 则3.0.1 天然砂砾石料被广泛应用于水利水电工程，砂砾石料压实质量好坏直接关系到工程的设计标准和运行安全，天然砂砾石料由于受材料的成因、级配、最大粒径、砾石含量、含泥量等质地影响，其压实性能差异性很大，现行规范规程SL237-54“粗颗粒土相对密度试验”、DL/T5356水利水电工程粗粒土试验规程、NB/T35016土石筑坝材料碾压试验规程附录A“砂砾料原级配现场相对密度试验”中均对砂砾石料的压实标准试验方法有过一定的规定和要求，但都不同程度存在一定的局限性，在现实应用中，由于应用标准方法和对标准理解上的差异，还存在对砂砾石料的压实质量标准的错用或误用现象，很有必要对砂砾石料的压实标准从检验方法、标准建立、成果应用等方面制定系统的技术标准，以规范砂砾石料压实质量检验标准，在总结以往工程经验和教训的基础上，编制本规程。3.0.2 现行水利水电工程对砂砾石料的压实标准大部分采用相对密度大小来判定压实质量，而相对密度计算的基准，最大、最小密度均采用振动台法或表面振动器法，通过室内试验来取得，对于大粒径的砂砾石料也是通过缩尺进行室内试验，然后通过理论推导确定原级配砂砾石料压实标准，在NB/T35016土石筑坝材料碾压试验规程附录A“砂砾料原级配现场相对密度试验”中，首次规定了采用现场“密度桶法”确定砂砾石料原级配相对密度试验方法，解决了以往采用缩尺先进行室内试验，再进行理论推导确定相对密度控制标准的弊端，但该方法只规定了“密度桶法”如何取得原级配砂砾石料最大、最小密度，而没有对该方法如何建立质量标准关系和对现场砂砾石料的压实质量评价进行规定，因此本标准限定在采用现场“密度桶法”确定砂砾石料料最大、最小密度是对现行规定规程的补充和衔接，防止混用或误用。3.0.3 最大粒径小于60mm的砂砾石料相对密度试验方法在SL237、DL/T5356中均有明确规定，最大粒径大于600mm的砂砾料在过程中应用较少，很难取得较为全面的压实质量控制标准，甚至会降低控制标准，本规程界定适用于600mm范围砂砾石料，与目前的应用实际比较吻合，在此粒径范围外的砂砾石料压实质量标准也可参考此标准确定。4 试验用料和级配的确定4.1试验用料4.1.3 砂砾石料相对密度试验目前规范有由干法和湿法两种制样方式，由于现场“密度桶法”试验需用料样较大，采用湿法试验在试验用料装填过程中含水量损失变化较大，料样会产生含水率不均匀含水的现象情况，因此本条规定采用风干法进行试验用料制备。经过验算，当砂子含水率不大于0.5%时，全料的含水率对干密度的影响至干密度计算值小数点后第三位，可以忽略不计，视全料含水率为0。4.1.4 砂砾石料的分级标准依据料源级配组成确定，目前规范对大于60mm的粗粒土还没有统一分级标准，根据工程应用实际经验，本条对大于60mm土样按照80mm、100mm、200mm、400mm、600mm进行分级。4.1.5 砂砾石料由于其粒径组成范围较大，大于100mm的砂砾料采用直径环分级，等同于可通过圆孔筛，较为准确。4.2试验级配的确定4.2.1 试验用料级配是关系试验成果准确可靠的关键因素之一，目前存在工程前期受客观因素影响，未能及时进行料源勘察，设计单位一般按照经验或料源初步地勘资料提供设计包络线，该包络线可以作为前期试验的依据，但应在具备条件时通过料源复查进行确认，以确保相对密度试验结果的可靠性。3.2.2 若设计单位未提供设计包络线，需要建设单位组织通过料源勘察取得砂砾石料源级配包络线。4.2.2 平均级配线通过上包络级配线、下包络级配线算术平均计算取得。4.2.3 从理论上，试验级配线选择上包线、上平均级配线、平均级配线、下平均级配线、下包线5条级配线可以满足试验的需要，但由于砂砾石料源一般储量大，成因复杂，层状分布特点明显，通过料源复查取得的级配包络线还不能完全覆盖料源全部级配范围，而且有时因施工中各种因素的影响有可能出现粗料或细料集中的现象，为扩大相对密度试验成果的应用范围，尽可根能切合实际的覆盖全部料源级配，如需要时， 为解决工程实际中粗料或细料集中的情况，对上、下包络线的砾石含量减小、增大10%平行上移、下移做延伸，作为试验级配的上包络延伸级配线和下包络级配延伸线。某工程中7条试验级配线的确定见表1：表1 某工程的7条试验级配线的确定粒径（mm）80060040020010080604020105小于某粒径的料占总料重的百分比%上包线延伸线100 94.55 74.28 68.00 62.19 55.72 47.00 40.65 36.12 上包线100 84.55 64.28 58.00 52.19 45.72 37.00 30.65 26.12 上平均线100 96.95 92.63 75.91 56.75 51.00 45.14 39.04 30.79 24.99 21.27 平均线100 93.90 85.25 67.28 49.21 44.00 38.10 32.36 24.57 19.33 16.42 下平均线100 90.85 77.88 58.64 41.68 37.00 31.05 25.68 18.36 13.66 11.56 下包线100 87.80 70.50 50.00 34.14 30.00 24.00 19.00 12.14 8.00 6.71 下包线延伸线100 77.80 60.50 40.00 24.14 20.00 14.00 9.00 2.14 0.00 0.00 5 试验仪器及设备5.0.1 振动碾选用22t26t自行式振动碾。振动碾相关参数应符合下列要求：表5.0.1 振动碾相关参数表振幅mm频率Hz试料单位体积的激振力kNmmHzkN/m31.62.026305505.0.2试验检测设备。 1 密度桶：为带底无盖钢桶。2 分级直径环（需制图表示）（600、400、200mm）。 3 粗筛：圆孔，孔径100、80、60、40、20、10、5mm。 7 其他：标准砂为0.25mm0.5mm的标准砂。6 相对密度试验方法6.1 试验场地6.1.1 密度桶试验宜与现场碾压试验同步进行。6.1.2 场地应坚实平整，基础压实20遍后，用拟用施工设备中最大工作质量的振动碾按2km/h3 km/h的速度碾压，直到每碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm。场地高差小于20cm且局部起伏差小于5cm，为基础处理合格。1组试验是一种试验级配料砾石含量下的2个平行试验。 6.1.3 1组试验是一种试验级配料砾石含量下的2个平行试验。 场地应坚实平整，基础压实20遍后，用拟用施工设备中最大工作质量的振动碾按2km/h3 km/h的速度碾压，直到每碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm。场地高差小于20cm且局部起伏差小于5cm，为基础处理合格。6.2 密度桶布置6.2.1 试验工期要求较紧时可增加密度桶数量，同时增大试验场地范围，可设置多桶布置同时进行。6.2.2 密度桶的布置还可采用挖坑置放式。在处理的好的试验场上，先铺一层与试验料级配接近的砂砾石料，厚度宜大于密度桶高10cm-20cm。在预定密度桶安放位置挖坑，挖坑直径应大于密度桶直径10cm左右。在坑底均匀铺一层2cm厚细砂，再将密度桶安放在细砂上，将其中心点位置对应标识在试验场外，用灰线标识。密度桶中心线应在同一轴线上，桶与桶之间的净间距应不少于3m。6.4 最小干密度试验6.4.1 按照选定的级配计算出各级料的百分含量和拟制备试验料的质量，分级称取试验料。再将制备好的各级试验料搅拌均匀后，四分法分开，装入密度桶内。6.4.2 装填时将试样轻轻放入桶内，沿桶底部，从四周到中间均匀地放入，确保试样保持自然松散状态，装填过程中严禁将试料洒落在桶外。6.5 最大干密度试验6.5.1 密度桶碾压采用与现场施工相匹配的碾压机具，碾压完成后需对桶内试验料进行级配测定，桶内料的砾石含量变化率级配破碎率一般微风化料不能大于2%-3%，软岩不能大于5%-6%，强风化岩应进一步研究，特别软岩应论证后采用。下表是工程实际检测结果：碾压前后砾石含量变化工程实例工程名称填筑部位最大粒径（mm）碾压遍数（遍）级配破碎率（%）砾石含量变化率（%）公伯峡混凝土面板堆石坝主堆石3B砂砾石料3401012.62.536085.91.7潘口混凝土面板堆石坝主堆石3B砂砾石料4301016.22.1330814.62.2龙背湾混凝土面板堆石坝主堆石3C砂砾石料28084.31.27 质量标准的建立7.0.1 根据不同砾石含