張 建 梁小璇

(新疆兵咨詢工程項(xiàng)目管理咨詢有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830002)

在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程土方壩體填筑工程中,大面積的土方填筑后碾壓密實(shí)度的質(zhì)量檢測(cè)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有環(huán)刀法、灌沙法、灌水法,近年出現(xiàn)的新型現(xiàn)代有核子密度法、普氏貫入法。傳統(tǒng)方法特點(diǎn)是不容易出現(xiàn)差錯(cuò),但耗時(shí)長(zhǎng),等待結(jié)果時(shí)間長(zhǎng),將影響工程進(jìn)度。新型現(xiàn)代檢測(cè)方法中核子密度法是通過(guò)核子放射性原理檢測(cè)土方密實(shí)度,它的特點(diǎn)是方便、快捷,但要定期做校核試驗(yàn),另外放射性物質(zhì)對(duì)人身體傷害很大。普氏貫入法特點(diǎn)是不需取土,原位測(cè)試,輕便、靈活、快速,隨時(shí)隨地跟蹤現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),大大縮短了試驗(yàn)周期,工程進(jìn)度將加快,工期相應(yīng)能縮短。

正是普氏貫入法有如此的優(yōu)點(diǎn),為確保工程質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,在該工程大面積的土方填筑碾壓密實(shí)度檢測(cè)中使用了普氏貫入儀。 “普氏貫入儀”是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的名字,日本、前蘇聯(lián)、英國(guó)都有自己的命名。我國(guó)于 1994年列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本工程選用購(gòu)買的是我國(guó)沈陽(yáng)建科儀器研究所最新研制的電子智能普氏貫入儀量程為 600N,該儀器在國(guó)內(nèi)多項(xiàng)工程建設(shè)中都得到應(yīng)用驗(yàn)證,主要用于檢測(cè)土方回填后的碾壓密實(shí)度和均勻性。這里,介紹普氏貫入法在新疆南疆某中型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大面積的風(fēng)積砂填筑碾壓密實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 工程概況

該工程位于新疆南疆塔克拉瑪干沙漠邊緣,庫(kù)址東南緊連塔克拉瑪干沙漠。水庫(kù)是一座平原引水注入式水庫(kù),設(shè)計(jì)庫(kù)容 9500萬(wàn)m3,最大壩高10.86m,壩長(zhǎng) 19.81km,控制灌溉面積 40.05萬(wàn)畝。水庫(kù)運(yùn)行至今,病險(xiǎn)情況就連續(xù)發(fā)生 (管涌、滲漏),嚴(yán)重影響了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),除險(xiǎn)加固利用部分老壩,新建 7.8km新壩,另外,在壩面現(xiàn)澆C 20混凝土護(hù)面結(jié)合垂直鋪膜防滲工藝,設(shè)計(jì)庫(kù)容到 1.27億m3。筑壩材料為當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙土。砂壤土均質(zhì)壩部分,設(shè)計(jì)干密度為1.65g/cm3,內(nèi)壩坡為1∶2.25,外壩坡為 1∶2.5;純砂均質(zhì)壩,設(shè)計(jì)干密度為1.56g/cm3,內(nèi)壩坡比 1∶2.5,外壩坡比為 1∶5。

砂壤土壩段每層鋪土厚度按 30cm控制,干密度以 1.65g/cm3控制,其最優(yōu)含水量在碾壓試驗(yàn)中選取。純砂土壩段每層鋪土厚度按 50cm控制,干密度以 1.56g/cm3控制,其最優(yōu)含水量在碾壓試驗(yàn)中選取。通過(guò)試驗(yàn)得到砂壩填筑最佳含水量為8%～10%,并用 30t振動(dòng)碾壓機(jī)振動(dòng)碾壓 6遍達(dá)到干密度為 1.56g/cm3,為最佳經(jīng)濟(jì)的干密度。施工工藝為采取購(gòu)買鋼板人工鋪設(shè)道路,挖掘機(jī)裝車、汽車?yán)\(yùn),D 8N推土機(jī)上壩。

2 環(huán)刀法與貫入儀在沙壩填筑過(guò)程中的對(duì)比試驗(yàn)

在應(yīng)用普氏貫入儀檢測(cè)土方密實(shí)度前,先對(duì)當(dāng)?shù)靥钪牧巷L(fēng)積砂進(jìn)行了該材料的基本試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定。風(fēng)積沙的礦物組成其粗顆粒主要是石英,其次為深色礦物如:長(zhǎng)石、云母,細(xì)顆粒有粉狀石英和難溶的方解石、白云石。從直觀上是用肉眼可見的松散顆粒堆積而成,土粒直徑較大、質(zhì)量相對(duì)較大、比面積較小,水膠連接力不足以黏持土粒間的重力,故干砂土和飽和砂土都呈松散狀態(tài)。由于風(fēng)積沙微細(xì)顆粒含量少,顆粒之間通過(guò)點(diǎn)直接接觸,不存在分子引力和靜電力引起結(jié)合水膜,濕砂粒間在公共水化膜的力量加上毛細(xì)壓力的作用下,也能松散的連接起來(lái),但砂粒間有相互脫離的趨勢(shì),不具有黏著力和可塑性,風(fēng)積沙一經(jīng)壓實(shí),具有穩(wěn)定性好、承載能力高等特點(diǎn)。

顆粒分析試驗(yàn)根據(jù)篩分結(jié)果,粒徑小于 2mm大于0.074mm含量占總質(zhì)量 5%～15%的土稱含細(xì)粒土砂。設(shè)計(jì)干密度 1.56g/cm3,最優(yōu)含水率 5%左右,填土厚度控制在 50cm,碾壓機(jī)具為 15t振動(dòng)碾,碾壓遍數(shù) 6遍。

按照土壩填筑要求,采取濕壓法進(jìn)行分層碾壓。檢測(cè)時(shí)清除表面 10cm表土,每百米取環(huán)刀 6組,相應(yīng)普氏貫入儀取 6組。每點(diǎn)檢測(cè) 6個(gè)數(shù)據(jù)。用兩種方法所得出的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。在采用普氏貫入儀操作時(shí)用力均勻,貫入深度一致,都為25cm。

經(jīng)過(guò)六組對(duì)比試驗(yàn)中數(shù)據(jù)分析有 60%的數(shù)據(jù),普氏貫入法和環(huán)刀法的數(shù)據(jù)相吻合。根據(jù)沈陽(yáng)建科儀器研究所提供的數(shù)據(jù)對(duì)照表無(wú)法與本工程相對(duì)應(yīng),這主要原因是所采用土壩填筑是風(fēng)積砂的緣故?？蒲兴鶕?jù)提供的以上數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖,通過(guò)回歸分析建立回歸方程為

式中 R d——相對(duì)應(yīng)的干密度,g/cm3;

P——貫入阻力值,N。

根據(jù)以上公式,計(jì)算出該工程風(fēng)積砂回填土的貫入值與干密度相對(duì)應(yīng) R d—P的曲線。

圖1 R d與 P的關(guān)系曲線

曲線作好后,根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)干密度為1.56g/cm3,作一條平行于 P軸、R d=1.56g/cm3的平行線,交曲線于 S點(diǎn),S所對(duì)應(yīng)的 P值為500N,即為率定的貫入阻力值。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值率定出來(lái)后,即用貫入儀替代環(huán)刀使用。若貫入阻力值不小于標(biāo)準(zhǔn)值 500N時(shí),即可認(rèn)為該點(diǎn)的密實(shí)度達(dá)到合格要求,低于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),則認(rèn)為密實(shí)度偏低,不合格,須采取措施。

3 應(yīng)用情況的總結(jié)

由于在工程初期就對(duì)風(fēng)積砂材料特性做了系統(tǒng)的分析研究,風(fēng)積砂的最優(yōu)含水率在 5%左右,因填筑土料特細(xì)砂顆粒較均勻,大量的水浸潤(rùn)后,滲透大、飽水性差,填筑砂土的滲透量為 0.62m/h,故在作業(yè)斷面不存在過(guò)多的飽水性,從試驗(yàn)的 6組試驗(yàn)結(jié)果看出,土壤的最大干密度與最佳含水率密切相關(guān),貫入儀和環(huán)刀法結(jié)果基本相符。在施工過(guò)程中,使用貫入儀并取點(diǎn)近萬(wàn)個(gè),與用環(huán)刀法抽檢結(jié)果基本相符,節(jié)省了大量的人力,物力,保證了工程的順利進(jìn)展,使工期有所提前。

貫入儀具有輕便靈活,不受時(shí)間、地點(diǎn)限制,隨時(shí)、隨地、隨機(jī)任意取點(diǎn),對(duì)土層擾動(dòng)小,有利于排除土壩工程中存在軟土、裂縫等工程隱患,在該工程中的應(yīng)用后,認(rèn)為它是工程施工中的檢測(cè)、抽檢的有效儀器,它的使用將更加廣泛和實(shí)用。

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