快速檢測方法在大壩礫石土心墻填筑中的應(yīng)用

江 萬 紅，　車 維 斌，　陳 世 文，　陳　希

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 康定　626001)

快速檢測方法在大壩礫石土心墻填筑中的應(yīng)用

江 萬 紅，車 維 斌，陳 世 文，陳希

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 康定626001)

摘要：礫石土料填筑質(zhì)量控制需要測定土料含水率和礫石(P5)含量，若采用常規(guī)方法則用時(shí)較長，介紹了一種新的礫石土填筑質(zhì)量控制的快速檢測方法。闡述了該方法的基本原理以及該方法在長河壩水電站大壩礫石土心墻填筑中的具體運(yùn)用。該方法在礫石土填筑質(zhì)量控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：長河壩水電站；快速檢測方法；應(yīng)用

1概述

長河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃三庫22級(jí)開發(fā)中的第10級(jí)電站，是以發(fā)電為主的大型水庫電站，電站總裝機(jī)容量為2 600MW。工程為一等大(1)型工程,攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240m，屬超高型大壩。大壩防滲體采用礫石土直心墻，心墻頂寬6m，心墻頂高程為1 696.4m，心墻上、下游坡度均為1∶0.25，心墻底寬125.7m，心墻防滲料填筑量約為428.32萬m3。

對(duì)壩體填筑質(zhì)量控制需要測定土料含水率和礫石(P5)含量，其中含水率是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，若采用常規(guī)方法(標(biāo)準(zhǔn)烘干法)檢測，至少需要8h以上，因其用時(shí)較長，極大地影響了施工進(jìn)度，因此，如何快速檢測土料的含水率就顯得十分重要。目前采用的快速檢測方法有核子測定法、酒精燃燒法、比重法等，其中酒精燃燒法適用于簡易測定細(xì)粒土含水率，比重法適用于砂類土，核子測定法對(duì)不勻礫質(zhì)土也不適用。筆者針對(duì)礫石土料填筑質(zhì)量控制需要測定土料含水率和礫石(P5)含量的具體情況，介紹了一種新的快速檢測方法進(jìn)行填筑的質(zhì)量控制，取得了較好的效果，達(dá)到了對(duì)礫石土全料含水率和礫石(P5)含量等指標(biāo)快速檢測的目的。

2快速檢測方法的原理

該試驗(yàn)方法原理簡單、操作方便、省時(shí)省力，是一種礫石土填筑的檢測方法和質(zhì)量控制手段。

按照設(shè)計(jì)要求，長河壩水電站礫石土心墻填筑壓實(shí)質(zhì)量用全料壓實(shí)度和細(xì)料壓實(shí)度進(jìn)行雙控。首先利用試坑注水法測得試坑體積，稱量試坑土全料質(zhì)量m。然后將稱量后的試坑土樣全部過5mm篩干篩后，將留篩土樣用水洗、篩干凈并用濕毛巾擦去表面水分后稱量可得試坑中粒徑大于5mm礫石飽和面干質(zhì)量m2，再利用酒精燃燒法快速檢測試坑中粒徑小于5 mm的細(xì)料含水率ω1。利用以往系列試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)得出的平均值作為粒徑大于5 mm礫石飽和面干吸水率ω2及視比重GS2。再利用式(1)～(5)計(jì)算得出試坑全料和細(xì)料的各項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)礫石(P5)含量查出該礫石(P5)含量對(duì)應(yīng)的室內(nèi)最大干密度，再根據(jù)現(xiàn)場干密度和室內(nèi)最大干密度的比值計(jì)算全料壓實(shí)度。細(xì)料壓實(shí)度采用三點(diǎn)擊實(shí)法快速測定，即將挖出的試坑土樣過5 mm篩，利用粒徑小于5 mm的土料進(jìn)行三點(diǎn)擊實(shí)，求得細(xì)料壓實(shí)度。

礫石土全料含水加權(quán)計(jì)算理論公式：

ω=(1-P5)ω1+ω2P5

(1)

式中ω為礫石土全料計(jì)算含水率；P5為粒徑大于5 mm礫石含量；ω1為粒徑小于5mm細(xì)料含水率；ω2為粒徑大于5 mm礫石飽和面干吸水率。

P5含量計(jì)算公式：

(2)

式中ms1為試坑中粒徑小于5 mm細(xì)料干質(zhì)量；ms2為試坑中粒徑大于5 mm礫石干質(zhì)量。

全料干密度計(jì)算公式：

(3)

式中ρd為試坑土全料壓實(shí)干密度；V為試坑體積，由注水法檢測得到。

試坑中粒徑小于5mm細(xì)料濕密度及干密度計(jì)算公式：

(4)

(5)

式中ρ1為試坑中粒徑小于5mm細(xì)料壓實(shí)濕密度；ρd1為試坑中粒徑小于5mm細(xì)料壓實(shí)干密度；m1為試坑中粒徑小于5mm細(xì)料質(zhì)量，m1=m-m2；m2為試坑中粒徑大于5mm礫石飽和面干質(zhì)量；GS2為礫石視比重，即礫石飽和面干質(zhì)量與其排開水體積之比，計(jì)算時(shí)不考慮礫石表面含水率的影響；ρω為水的密度(取1g/cm3)。

2.1含水率的快速檢測

粒徑小于5 mm土樣的含水率采用酒精燃燒法測定。酒精燃燒法使用的酒精為工業(yè)酒精，純度大于95%，燒三遍，然后根據(jù)測得的礫石(P5)含量計(jì)算其全料加權(quán)含水率。

2.2礫石(P5)含量的快速測定

為指導(dǎo)下一層填筑作業(yè)，需要快速得到試驗(yàn)成果，因此，對(duì)礫石(P5)含量的測定也是一個(gè)重要的指標(biāo)。在現(xiàn)場測定出濕密度后，將挖出的全部土料稱重，用5 mm的篩干篩粒徑5 mm以下的土料供三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)，篩余土料用粒徑5 mm的篩洗篩干凈，用濕毛巾擦去表面水分稱其飽和面干質(zhì)量，再利用飽和面干吸水率計(jì)算其干質(zhì)量，用試坑料質(zhì)量減去篩洗后的礫石(P5)含量，得到試坑中的細(xì)料質(zhì)量，根據(jù)酒精燃燒法測出的細(xì)料含水率可以計(jì)算得到細(xì)料干質(zhì)量，從而可以計(jì)算出試坑土的總干土質(zhì)量及礫石(P5)含量，根據(jù)灌水體積計(jì)算得到全料壓實(shí)干密度，再根據(jù)礫石(P5)含量所對(duì)應(yīng)的室內(nèi)最大干密度計(jì)算壓實(shí)度。

3工程實(shí)際應(yīng)用情況

長河壩水電站礫石土心墻料于2013年7月開始填筑，填筑開始后，為了驗(yàn)證、修正快速檢測方法的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和有效性，每組試驗(yàn)均采用快速檢測與標(biāo)準(zhǔn)烘干兩種方法進(jìn)行檢測，經(jīng)過對(duì)比分析，兩種方法檢測得到的各項(xiàng)指標(biāo)基本吻合，其偏差均在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的允許誤差范圍之內(nèi)，能滿足大壩礫石土心墻料填筑質(zhì)量控制評(píng)定要求。

3.1礫石飽和面干吸水率及飽和面干視比重測定

為了確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、真實(shí)及可靠性，在大壩填筑前，針對(duì)影響快速檢測結(jié)果的兩個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行了檢測，以便于及時(shí)、調(diào)整檢測計(jì)算參數(shù)。

表1　礫石飽和面干吸水率和飽和面干視

對(duì)表1的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得知，土樣礫石飽和面干吸水率為1.73%～2.76%，平均為2.298%；飽和面干視比重為2.61～2.7，平均為2.654。礫石飽和面干吸水率和飽和面干視比重均有一定變化，但總體變化不大。因此，在進(jìn)行全料含水率及礫石(P5)含量計(jì)算時(shí)飽和面干吸水率取平均值2.3%，在進(jìn)行粒徑小于5mm細(xì)料體積計(jì)算時(shí)，飽和面干視比重取平均值2.65。

3.2快速檢測與常規(guī)方法(烘干法)壓實(shí)質(zhì)量成果對(duì)比

目前，大壩礫石土心墻料已填筑199.49萬m3，占總填筑方量的46.6%，共抽樣檢測5 346組，快速檢測法與標(biāo)準(zhǔn)烘干法現(xiàn)已有大量的成果數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行對(duì)比分析，從對(duì)實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行分析看，兩種方法的試驗(yàn)結(jié)果均在規(guī)程誤差要求范圍內(nèi)，均能滿足試驗(yàn)現(xiàn)場質(zhì)量控制要求。但在試驗(yàn)時(shí)間上看，快速檢測方法可大幅度縮短檢測時(shí)間，2h內(nèi)可以得到全料及細(xì)料壓實(shí)度，而標(biāo)準(zhǔn)烘干法則需要8h以上的時(shí)間。

表2為常規(guī)方法(烘干法)與快速檢測法檢測部分成果比較情況。由于取樣組數(shù)較多，因此，只選取了其中70組檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，表中全料最優(yōu)含水率和全料最大干密度為室內(nèi)不同礫石含量重型擊實(shí)成果回歸分析的計(jì)算結(jié)果。快速檢測法礫石飽和面干吸水率取平均值2.3%；視比重取平均值2.65，標(biāo)準(zhǔn)烘干法是采用烘箱進(jìn)行含水率檢測的，之后再進(jìn)行礫石(P5)含量檢測。

表2　標(biāo)準(zhǔn)烘干法與快速檢測法檢測成果比較表

(上接表2)

礫石(P5)含量/%全料含水率/%最大干密度/g·cm-3P5含量對(duì)應(yīng)的最大干密度/g·cm-3全料壓實(shí)度/%標(biāo)準(zhǔn)烘干法快速檢測法標(biāo)準(zhǔn)烘干法快速檢測法標(biāo)準(zhǔn)烘干法快速檢測法標(biāo)準(zhǔn)烘干法快速檢測法標(biāo)準(zhǔn)烘干法快速檢測法全料含水率差值/%全料壓實(shí)度差值/%46.546.58.88.92.1692.1672.1722.17299.899.8-0.1040.340.19.69.72.1262.1242.1482.1479998.9-0.10.147.247.28.68.52.1642.1662.1752.17599.599.60.1-0.144.944.79.39.42.1592.1572.1662.16599.799.6-0.10.137.637.69.79.92.1152.1112.1382.13898.998.7-0.20.242.142.18.88.92.1422.142.1552.15599.499.3-0.10.145.745.58.48.52.1592.1572.1692.16999.599.5-0.1038.338.19.49.42.1122.1122.142.1498.698.70-0.147.247.28.58.62.1662.1642.1752.17599.699.5-0.10.146.346.28.78.52.1712.1752.1722.171100100.20.2-0.242.242.28.88.62.1512.1552.1562.15699.81000.2-0.240.540.59.79.62.1242.1262.1492.14998.898.90.1-0.141.941.99.910.12.1382.1342.1552.15599.299.1-0.20.144.944.98.98.92.1662.1662.1662.1661001000048.348.59.49.52.1762.1742.1792.1899.899.7-0.10.145.845.68.38.52.1892.1852.172.169100.9100.7-0.20.240.340.310.410.22.1192.1232.1482.14898.698.80.2-0.242.842.898.92.1562.1582.1582.15899.91000.1-0.147.1478.992.1762.1742.1752.174100.1100-0.10.141.341.19.79.82.1332.1312.1522.15199.199.1-0.1040.840.810.110.22.1252.1232.152.1598.898.8-0.1045.245.18.78.92.1622.1582.1672.16799.799.6-0.20.137.937.99.69.72.1262.1242.1392.13999.499.3-0.10.146.346.398.92.1652.1672.1722.17299.799.80.1-0.147.547.58.78.52.1712.1752.1762.17699.899.90.2-0.137.637.59.69.82.1262.1222.1382.13799.499.3-0.20.142.542.59.49.52.132.1282.1572.15798.798.7-0.1047.2479.59.62.1742.1722.1752.17499.999.9-0.1040.740.71010.22.1272.1232.152.159998.8-0.20.248.548.58.98.92.1852.1852.182.18100.2100.20042.342.499.12.1382.1362.1562.15699.199-0.10.146.846.89.19.32.1812.1772.1742.174100.4100.2-0.20.235.235.2109.82.12.1042.1282.12898.798.80.2-0.140.139.99.79.62.1332.1352.1472.14799.399.50.1-0.241.341.39.69.62.1442.1442.1522.15299.699.60045.845.79.29.12.172.1722.1702.169100100.10.1-0.148.348.39.39.42.1412.1392.1792.17998.298.1-0.10.139.739.89.59.42.1282.132.1462.14699.299.20.10

從表2中的70組土樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)烘干法與快速檢測法檢測結(jié)果對(duì)比分析得出：用標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測全料含水率為8.3%～10.4%，平均為9.2%；快速檢測法檢測全料的含水率為8.4%～10.2%，平均為9.2%。

兩種方法檢測全料含水率的結(jié)果很接近，含水率差值為-0.2%～0.2%，平均為0%。試驗(yàn)偏差均在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的允許平行差值范圍內(nèi)。從圖1可以看出：兩種方法檢測得到的含水率線性關(guān)系較好。

用標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測得到的全料干密度為2.1～2.189g/cm3，平均為2.146g/cm3；快速檢測法檢測得到的全料干密度為2.104～2.185g/cm3，平均為2.145g/cm3；兩種方法檢測的全料干密度值非常接近，干密度差值為-0.004～0.004g/cm3，平均為0g/cm3。試驗(yàn)偏差均在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的允許平行差值范圍內(nèi)。

用標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測得到的全料礫石(P5)含量為35.2%～48.8%，平均值為43%；快速檢測法檢測得到的全料礫 石 (P5)含 量 為 35.2%～48.8%，平均值為42.9%；兩種方法檢測得到的全料礫石(P5)含量非常接近，礫石(P5)含量差值為-0.3%～0.2%，平均值為0%。試驗(yàn)偏差均在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的允許誤差范圍之內(nèi)。從圖2可以看出，采用兩種方法檢測得到的礫石含量線性關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)為0.999。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)烘干法與快速檢測法含水率成果對(duì)比圖

圖2　標(biāo)準(zhǔn)烘干法礫石P5含量與快速法檢測礫石P5含量成果對(duì)比圖

用標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測得到的全料壓實(shí)度為98.2%～100.9%，平均為99.4%；快速檢測法檢測得到的全料壓實(shí)度為98.1%～100.7%，平均為99.4%；采用兩種方法檢測得到的全料壓實(shí)度非常吻合，全料壓實(shí)度差值為-0.2%～0.2%，平均為0%。試驗(yàn)偏差均在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的允許誤差范圍之內(nèi)，從圖3可以看出：采用兩種方法檢測得到的含水率線性關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)為0.959 7。

圖3　標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測得到的壓實(shí)度與快速法檢測得到的壓實(shí)度成果對(duì)比圖

在長河壩水電站，我們采用快速檢測法對(duì)大壩礫石土心墻填筑進(jìn)行質(zhì)量控制，并與標(biāo)準(zhǔn)烘干法試驗(yàn)成果進(jìn)行了比對(duì)，比對(duì)結(jié)果分析表明：快速檢測法試驗(yàn)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)烘干法試驗(yàn)結(jié)果很吻合，快速檢測法各項(xiàng)檢測指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)烘干法各項(xiàng)檢測指標(biāo)均滿足質(zhì)量控制評(píng)定要求，其偏差均在規(guī)程規(guī)定的允許范圍內(nèi)。綜上所述，可以認(rèn)為快速檢測法適用于大壩礫石土心墻料填筑質(zhì)量控制檢測，其各項(xiàng)檢測指標(biāo)均滿足質(zhì)量評(píng)定要求。

4結(jié)語

(1)快速檢測法和標(biāo)準(zhǔn)烘干法檢測結(jié)果非常接近，試驗(yàn)偏差均滿足試驗(yàn)規(guī)程要求；

(2)快速檢測方法能夠在2h內(nèi)得到試坑壓實(shí)度，與常規(guī)方法相比較，可以縮短6h，從而大大提高了檢測的速度，該試驗(yàn)方法原理簡單、操作方便、省時(shí)省力，為礫石土填筑的質(zhì)量控制提供了一種快速、有效、合理的試驗(yàn)方法；

(3)快速檢測得到的各項(xiàng)檢測指標(biāo)均可作為質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定的依據(jù)。

江萬紅(1971-)，男，重慶忠縣人，科研咨詢公司副總經(jīng)理，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

車維斌(1987-)，男，甘肅定西人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

陳世文 (1991-)，男，甘肅武威人，檢測員，從事水利水電工程試驗(yàn)檢測工作；

陳希 (1990-)，男，四川南充人，檢測員，從事水利水電工程試驗(yàn)檢測工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

ABSTRACTWater content in soil material and gravel (P5) concentration should be tested in quality control of gravel soil placement . The conventional test method will last longer time . In this paper , a new rapid testing method for quality control of gravel soil placement is described . Firstly , the basic principles of the method is presented, then the application of this method in placement of gravel soil core of Changheba dam is described . Broad application prospect for quality control of gravel soil core placement is expected.

Application of Rapid Testing Method in Placement of Gravel Soil Core of Dam

JIANG WanhongChe WeibinCHEN ShiwenCHEN Xi

(Changheba Construction Bureau of Sinohydro Engineering Bureau 5 Corporation,

Kangding , Sichuan , 626001, China)

Key words:Changheba hydropower station ; rapid test method ; application

收稿日期:2015-05-05

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0015-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV541;TV52;TV522

作者簡介: