填筑土体压实度快速检测试验

1、填筑土体压实度快速检测试验1672-1683(2012)02-0034-03?Rapid Detection Test of Filling Soil Compaction?DONG Wei-jun?1,SHEN Lin-dong?1,CHEN Feng-zhen?2,CHANG Qing?1?(1.Eastern Route of South-to-North Water DiversionShandong Main Line Co.Ltd;Ji nan 250013,China;?2.Shandong Institute of Survey and Design for WaterCons

2、ervancy,Ji nan 250013,China)?: Numerous three-point compaction tests and standard compaction tests are performed for a rapid detection of the degree of compaction for the dam filling of the plain reservoirs.The feasibility of the tests and rationality of data during the three-point compaction tests

3、under the conditions of reducing water,and reducing and adding water are analyzed.The results are compared with those obtained from the standard compaction tests,which indicates that the three-point compaction test is feasible and reasonable under the conditions of reducing water,and reducing and ad

4、ding water.Under the condition of recuing water,the difference between the optimum moisture content andmeanwhile the water loss rate in the soil is less than6%.Also,the time for determining the degree of the filling soil compaction obtained from the three-point compaction test is 6 to 8 hours less t

5、han that from the standard compaction test,and the degree of soil compaction obtained from the three-point compaction test is more applicable to the soils with large varying properties.This paper presented the procedure of the three-point compaction test and the cautions during the test.?碾压式土石坝设计规范

6、(DL/T 5395-2007) 1?规定 “含砾和不含砾的黏性土应以压实度和最优含水率作为设计控 制指标 , 设计干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得”。现 场施工过程中 , 控制填筑质量的办法是通过监控碾压参数满足有 关规定的条件下， 随机试坑取样测定土料的填筑湿密度、 含水量 求得填土的干密度与土料的最大干密度进行对比 , 以评判碾压质而最大干密度和最优含水量是通过室内击实试验确定的， 其 随土料性质不同而变化，同时试验需要23 d时间,造成坝体填 筑停工等待。采用“三点击实”试验法求压实度则只需要23 h,如果在准备碾压前击实、用数解法计算 , 则较之没改进前节约了近 1/4 的时间

7、 , 提高了试验进度 2 ?。陈式华等 3 ?认为在 一定范围内用拟合的抛物线顶点来求土的最大湿密度和最优加 水率是合理的 ,可以用三点数解法来确定 ; 并认为当填土含水率 小于最优加水率4.0%1.0%范围之内，三点数解法的压实度与图 解法的压实度结果基本接近，误差W 0.5%,能够满足要求。碾压 式土石坝施工规范( DL/T 5129-2001 ) 4?中规定了仅对三 点击实试验加水的情况用数解法求压实度。 而实际坝体碾压过程 中碾压时含水量可能比料场土样最优含水量大很多， 而料场土样 自身的差异性较大， 此时用三点击实试验做第二点继续加水击实 就可能使试验结果失真， 此时则需要进行减水做

8、击实试验， 本文 对此做了研究。 ?1 三点击实试验法的原理 ?填土压实度？D?勺概念是填土压实的干密度相应于试验室标 准击实试验所得最大干密度的百分率， 反映了土料在碾压后达到 的密实程度，即： ？?D=p dp ?d?max=p d(1+wf) p ?d?max(1+wf)= p p ?d?max(1 +wf) (1 )？式中：p d-填土碾压后的干密度；p ?d?max-标准击实试验所 得最大干密度； p ?- 填土湿密度， 即由环刀取土的湿土质量除以 环刀容积； ?wf- 填土压实时的含水率； p ?d?max(1+wf) -相同填 土含水量时的变换最大干密度， 击实试样的土料为取环刀

9、附近的 土料。然而p ?d?max(1+wf)通过“三点击实法” ？确定？。？定义参数： z=w-w?f1+w?f =m?s(w-w?f)m?s(1+w?f)= 加水量湿土质量( 2) ?式中：w-任意土样的含水量；m?s-土样中土颗粒质量；z- 物理意义是以原土样湿质量百分数表示的加水量。 用湿密度除以(1+z)有：？pf= P 1+z= p d(1+w)1+w-w?f1+w?f= p d(1+wf)(3) ?即为变换后的湿密度。而pm所对应的zm即为最优含水率和填土含水率的差值与 (1+w?f) 之比?。 ?该法在现场取环刀试样的同时， 在环刀附近取土样及时做三 点击实试验，能够较好的考虑

10、土料压实性的变化。 ?2 三点击实减水试验法 ?2.1 减水情况下的数解法及数据处理 ? 按文献 4规定在坝体上用环刀取已经碾压完的坝面土 样，测其碾压后的现场填土湿密度 ?P f； ?同时在取环刀土样处 取足够数量的土样密封保存运到实验室， 及时做室内试验。 试验 过程中，快速过5 mm的筛，然后分成三份，并及时密圭寸保存， 每份 3 kg ，以免土样中含水量与填土含水量的相差较大。 ? 取一份 3 kg 保持填土含水量的密圭土样用标准击实功能 进行室内击实试验 5?，为了保证击实试验的试验精度，建议 余土高度控制在3 cm之内6 ?，测得击实湿密度？p 1,其变换 湿密度为 p 1=p 1

11、(1+0)?。? 取一份 3 kg 保持填土含水量的密封土样做减水 ?z2 的室 内击实试验，测得击实湿密度p 2,其变换湿密度为p 2=p 2(1-z?2);此时必须遵循当变换湿密度 p2比p1 大，则第三份土样必须进行减水做击实试验， 减水率用 z?3 表示(z?3z?2)，测得击实湿密度为p 3,其变换湿密度为？p 3=?p 3(1 -z?3) 。? 如果变换湿密度p 2比p 1小，则第三份土样需要 进行加水做击实试验,加水率用 z?3 表示,测得击实湿密度为p 3,其变换湿密度为 p 3=p 3(1+z?3) 。 ? 以变换湿密度 p 为纵坐标,加水率 z 为横坐标,根据点 A (0,

12、 p 1), B (z?2, p 2) ,C(z?3, p 3)绘制 z- p 三 点抛物曲线,用二次抛物线 p =a+bz+cz?2 进行曲线拟合,得到 三点的抛物线峰点(z?m, p 。其p m即为减水情况下的变换 最大干密度，z?m为最优含水率与填土含水率的差值。？p m=p1 -b?24c 和z?m=-b2c( 4) ?式中：b=y?b/z?2-(y?bz?3-y?cz?2)/(z?2-z?3 )z?3;c=(y?bz?3-y?cz?2)/ (z?2-z?3)z?2z?3 ;y?b= p2 - p 1;y?c= p 3- p 1; ? 采用电子表格 Excel 辅助绘制拟合曲线或数学方

13、法处理数据 , 则 更为快捷、方便。 ? 根据式( 1)原理计算填筑土体的压实变。2.2 加、减水条件下的数解法及数据处理 ? 同2.1节中步骤；如果此时变换湿密？度p2比P1小，为了保证三点击实试验的成功，贝V第三份土样需要进 行加水做击实试验，加水率用z3表示，测得击实湿密度为 p 3,其变换湿密度为 p 3=p 3(1+z?3)。? 以变换湿密度p为纵坐标，加水率z为横坐标，根据点 A (z?2, p 2), B (0, p 1), C(z?3, p 3)绘制 z- p 三点抛物曲线，用二次抛物线 p =a+bz+cz?2 进行曲线拟合，得 到三点的抛物线峰点(zm, p 。其p m即为

14、加、减水情况下的 变换最大干密度，zm为最优含水率与填土含水率的差值。？p m=p 1 -b?24c 和zm=-b2c( 5) ?式中：b=y?b/z?2-(y?bz?3-y?cz?2)/(z?2-z?3 )z?3;c=(y?bz?3-y?cz?2)/:(z?2-z?3)z?2z?3 : ;y?b= p 2 - p 1;y?c = p 3 - p 1; ? 采用电子表格 Excel 辅助绘制拟合曲线或数学方法处理数据 , 贝 更为快捷、方便。 ?2.3 小结?鉴于公式( 4)、公式( 5)形式相同,故式( 4)、式( 5) 能够应用于减水情况、 加减水情况的三点击实试验法的数值计算 变换最大干

15、密度和最优含水率和填土含水率的差值?计算 ?。 ?3 工程应用 ?大屯水库工程是南水北调工程东线一期工程平原水库调蓄 工程，围坝坝轴线总长 ?8 913.99 m? ，坝体填筑土方 496.5 万 m?3b其坝型主要为砂壤土均质坝和砂壤土与裂隙黏土分区坝。?围坝填筑土料来源是库盘土料，料场取土深度为0.32.4m,表层0.3 m清除，料场表层局部分布 0.40.6 m壤土层，清 除表层耕植土后剩余 0.10.3 m 壤土层，该层壤土粉粒含量较 高，以轻壤土、轻粉质壤土为主，在料场分区中按砂壤土考虑。 根据料场土层岩性和地层结构，土料场划分为3个大区：I区裂隙黏土区、区砂壤土区、山区裂隙黏土和砂

16、壤土混合区；而裂 隙黏土和砂壤土混合区又分为 3个亚区：裂隙黏土厚度w 20% 20%裂隙黏土w 60% 60%裂隙黏土厚度。从料场土料分布来 看，土料差异性较大，非常不均匀。仅依靠标准击实试验确定土 料的最大干密度和最优含水量作为坝体压实控制指标， 是否具用 针对性。 因此研究快速检测压实质量的方法就非常有必要。 本文 做了大量的标准击实试验和三点击实试验, 并对其进行了比较分析。 ?土样轻型击实试验确定的最大干密度和最优含水量见表 2。 利用减水方法做了三点击实试验， 得到的最大变换干密度及最优 含水量和填土含水量差值见表 2。 ?从最大干密度差与标准轻型击实的比值来看， 精度还是非常 满

17、意的。最优含水率差比最大的为 7.6%, 结果还是比较好的。同 时还做了同一土样不同减水情况下的三点击实试验， 以 J4 为例， 试验结果见表 3，并经过不同组合计算得到相应的变换最大干密 度和最优含水量。由于篇幅关系，这里不把所有数据全整理出来。 通过分析， 最优含水率与填土含水率差值越大， 则在现场碾压时土体很难合 格，鉴于此，?zm值越小，说明碾压时土体的含水量越接近最优 含水率，由标准击实试验知道，越接近最优含水率，土体越容易 被压实。坝体的压实质量也就容易得到保证。对表 2数据分析， zm?直在减水情况下一般在-3.0%0,同时减水率？z?小于6%勺 情况下，三点击实试验成果是比较合理。 ?在围坝工程填筑工程中，压实度作为控制指标，则只需要计 算变换最大干密度，不需要测含水率，这样节省