譚崧

【摘 要】某水電站大壩壩型為混凝土面板堆石壩，為確保大壩堆石填筑質量，堆石填筑密度采用傳統(tǒng)的灌水法和附加質量法共同檢測。但實際施工中因堆石的巖性、粒徑及成分復雜多變，以及附加質量法本身條件的限制，實際施工中測試精度有一定得偏差。本文就附加質量法干密度測試精度與傳統(tǒng)的灌水法進行比較，找出在特定的條件下兩者之間的一般關系。

【關鍵詞】大壩填筑；坑測干密度；相關性

0.工程概況

某水電站混凝土面板堆石壩壩頂高程1626.00m，壩基最低高程1471.00m，最大壩高155m。壩頂長525.328m，壩頂寬12m，壩底最大寬度455m，壩頂上游側設4.2m高混凝土防浪墻，墻頂高程1627.20m。壩體從上游向下游依次分為墊層區(qū)（2A）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游干燥堆石區(qū)（3C）、下游堆石排水區(qū)（3D），在周邊縫下設特殊墊層區(qū)（2B）。在面板上游面下部設上游鋪蓋區(qū)1A及蓋重區(qū)1B。

1.附加質量法

附加質量法又稱為△m法，其基本原理為：第一，將測點抽象為“質彈體系”振動模型；第二，用附加質量法測量測點處的地基剛度K和地基土參振質量m0；第三，用體積相關法求解地基填筑體的濕密度ρ；第四，用等體積法求取測點地基填筑體的干密度ρ；第五，利用濕密度ρ和干密度ρ求解含水率ω。

本工程附加質量法的主要設備配置：WYS密度檢測儀、頻率27Hz～100Hz拾震器、半徑25cm，重量80㎏的圓形鋼質承壓板5塊、50kg擊震錘等。

2.傳統(tǒng)灌水法

灌水法又名坑測法，適用于各類土。其試驗過程為：第一，找平需要試驗的部位，安放套環(huán)；第二，將塑料薄膜鋪設在套環(huán)底部，然后將套環(huán)注滿水至與套環(huán)頂面齊平并計算水質量m；第三，排出套環(huán)內水，取出薄膜，在套環(huán)內挖坑取樣，計算取樣質量m；第四，在試坑內鋪設薄膜，注水至與套環(huán)齊平，計算水質量m。據此計算試樣濕密度ρ；

ρ=·ρ

式中：

ρ——試坑土的濕密度，g/cm3；

m——注入套環(huán)內水的質量，g；

m——試樣的質量，g；

m——注入套環(huán)和試坑內水的質量，g；

ρ——水的密度，g/cm3；

3.現場試驗檢測

附加質量法測點按單元面積進行控制，粗堆石料按面積2000m2一個測點進行控制，細堆石料按面積500m2一個測點進行控制，并保證每個填筑單元布置一個測點。對檢測不合格的部位及時進行補碾，補碾后用灌水法或附加質量法進行復測。附加質量法的實驗結果按2.3g/cm3控制，即小于2.3g/cm3，的測點為不合格測點，灌水法按設計壓實干密度控制。

4.試驗結果統(tǒng)計

截止到2012年11月底，完成大壩填筑453.56萬方，其中2A料12.102萬方，2B料1.32萬方，3A料45.218萬方，3B料253.24萬方，3C料53.216萬方，3D料168.24萬方。

完成附加質量法測點5357個，完成灌水法測點681個。以上測點數據包含對不合格點的復測數據。

5.試驗結果對比

2A料：兩種干密度測試方法的干密度最小值相同，而附加質量法干密度的最大值和平均值較灌水法偏高，分別高102.90%和 101.73%。兩種測試方法干密度的離散程度相差不大，兩者相比灌水法的離散性稍好。

2B料：附加質量法干密度實驗數據范圍較灌水法寬泛，由此可見附加質量法實驗結果離散性較灌水法大，其中最大值前者是后者的104.62%，最小值前者是后前的96.90%，平均值前者是后者的100.87%。

3A料：灌水法干密度的最大值和最小值較附加質量法都偏大，數據顯示最大值、最小值前者比后者分別大105.58%、104.27%。雖兩者的平均值相同，但灌水法干密度的離散性較附加質量法的大。

3B料：如同2B料，附加質量法干密度的數據范圍較灌水法寬，標準差顯示附加質量法干密度實驗結果的離散性較大。最大值前者是后者的134.57%，最小值前者是后者的92.14%。平均值兩者相差不大，前者是后者的99.41%。

3C料：附加質量法干密度的數據范圍較灌水法寬，但平均值相近。干密度最大值前者是后者的102.53%，最小值前者是后者的97.35%，平均值前者是后者的100.43%，前者數據的離散性較后者稍大。

3D料：灌水法干密度的最大值和最小值較附加質量法都大，但兩者平均值和標準差都相近。最大值前者是后者的101.21%，最小值前者是后者的104.63%，平均值前者是后者的100.43%。后者數據的離散性稍大。

6.數據分析

2A料：兩種干密度測試方法的樣本數量都足夠大，從數據上來看實驗結果的最大值和最小值有少許差異，但都在3%以內。兩者的標準差都不大，在0.04以下，且兩者標準差的數值相差較小，說明實驗結果的離散性不大，在一定的、合理的范圍內波動。如以兩種方法的平均值代替兩組樣本數據，則其數值關系為：

△m=1.0173ρ

2B料：因2B料的填筑方量不大，且填筑面積較小，故兩種干密度實驗方法的樣本數量都不大。從僅有的數據分析，兩者無論最小值、最小值或者是平均值的數值差異都在5%以內。附加質量法的樣本數量較少，故數值的離散性較大。2B料兩種干密度測試方法的數值關系不做相關性分析。

3A料：兩種干密度測試方法的樣本數量都足夠大，具有一定的代表性。從數據上來看，灌水法干密度的最大值較附加質量法大了105.58%，但從總體樣本上看，灌水法干密度大于2.5g/cm3的測點僅此一個，因此可以將該點從樣本總數里面扣除，扣除后的樣本最大值是2.5g/cm3，平均值幾乎不受影響，而此時灌水法干密度的標準差為0.0366，與附加質量法相差無幾。故在樣本數量足夠大時，可以認為附加質量法與灌水法能相互代表。即：

△m=ρ

3B料：可以認為兩種測試方法的樣本數量足夠大，具有一定的代表性。從數據上來看，附加質量法的干密度最大值3.27g/cm3明顯是不合理的（實驗得出此種料的綜合比重僅為2.91g/cm3），如忽略最小值相差較大的因素，可以認為兩種干密度實驗方法的結果可以用兩組樣本的平均值代替，則其數值關系為：

△m=0.9916ρ

3C料：為下游干燥堆石區(qū)，截止到目前填筑方量不大，故兩種方法的實驗測點數都比較小。從數據上看兩者的最大值、最小值和平均值的差異都在3%以內，且兩者的標準差也在0.04左右，數據的離散性程度相近。但因兩種方法的樣本數量都不大，故不作相關性分析。

3D料：為主堆石區(qū)，填筑方量較大，測點較多。從數據表中可以看出灌水法的最大值、最小值和平均值比附加質量法的都略大，前者分別是后者的101.21%、104.63%和100.43%，兩組數據差異在5%以內，且兩者標準差都在0.04左右，數據的離散程度相仿。在此條件下，如用平均值代表兩組樣本，則其數值關系為：

△m=0.9958ρ

以上式中：

△m——附加質量法試驗密度

ρ——灌水法試驗密度

7.結論

附加質量法密度檢測技術，是一種原位、快速和無損的密度測定新方法，特別是在大粒徑的堆石區(qū)，其快速、準確的優(yōu)越性更加明顯。在測試中，需要選取合適的測試參數和技術，才能達到滿足工程條件和規(guī)范的質量檢測。在上述兩個情況不同的實例中，附加質量法密度測試結果與灌水法實驗值比較，附加質量法的測試精度絕大部分高于95%，相對誤差一般小于5%，個別點位誤差為5%-6%。附加質量法測試結果達到了施工設計要求，同時也滿足了快速、高強度生產條件下施工質量要求。