統計分析法評價某壩體填筑壓實質量的工程應用

張家柱

統計分析法評價某壩體填筑壓實質量的工程應用

張家柱

統計分析法是研究隨機現象的統計規律，由于隨機現象的普遍性，使得統計分析法具有極其廣泛的應用。壓實干密度作為壩體的主要控制指標受到土料含水率、鋪筑厚度、土質性質、壓實功能等諸多因素的影響。壩體填筑施工采用分層填筑、分層壓實。每一填筑層施工完成后隨機均勻地抽測壓實層的壓實干密度值來進行質量控制。本文借助統計分析法的頻率分布圖、極差控制圖來綜合分析和評價壩體的壓實質量狀況，分析相關規律。

一、工程概況

某水庫大壩為均質土壩，壩高18.0m，大壩原設計標準采用50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，后經規劃調整變更為按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。根據加固設計的要求需要對原土壩壩體進行加高培厚，大壩加高4.0m，壩頂寬度5.0m。大壩加培采用土料取自庫區上游的料場內，填筑土料的顆粒組成為：砂粒（0.1～0.05）14%，粉粒（0.05～0.005）54%，黏粒（0.005）32%。塑限ωp=23.4%，液限ωL10=37.1%（ωL17= 43.1%），塑性指數Ip10=13.6（Ip17=19.7）。填筑土料的最大干密度為1.67 g/cm3，最優含水率ωop=18.8%。經現場壓實試驗確定的施工方法：每層虛鋪土厚度35～40cm,鋪土過程中采用推土機整平后，用振動平壓實。設計要求填筑壓實層的控制干密度為1.57g/cm3,最小干密度不小于1.51g/cm3。

二、壩體填筑壓實干質量控制與分析

1.壓實干密度控制

每個壓實層面按照要求施工完成后，在層面內隨機均勻地抽取10處檢測點，開挖探坑深至壓實層底部，檢測試樣取自每處壓實層厚度的下三分之一部位，整個壩體加固填筑范圍內共抽取16層計160組干密度試樣。其干密度值為：1.40～1.76g/cm3。對于抽檢的壓實層干密度達不到要求的，一律進行處理直至滿足要求。若屬于壓實層過厚的，需要鏟簿鋪土層后重新壓實；屬于壓實遍數不夠的，需增加壓實遍數；屬于填土層含水率過大的，則需要將壓實層返工、晾曬填筑土料使其含水率達到規定的要求后，重新進行整平和壓實。為了便于比較，返工后的取樣檢測數量與返工前的基本一致。

2.壓實干密度的頻率直方圖

對于每個分層得出的檢測干密度值，以組距0.036g/cm3進行分組，依次分10組，統計落在每組內的干密度的出現次數，再將各組出現次數與總次數160相除得到頻率值。然后再算出干密度自小到大的累積出現次數和累計頻率。由于工程上的要求，壩體內壓實干密度的最小值不應小于1.51g/cm3。因此，壓實土壩的每一個填筑層都要進行嚴格的干密度控制。凡是在隨機抽取的樣本中發現有不合格者，均對檢測試樣所包含的范圍進行處理直至合格為止。將不合格部位的干密度指標用經過局部返工處理后的干密度指標替代，重新統計出的干密度頻率，詳見表1。由表1的結果分別繪制頻率直方圖見圖1～圖2。

不考慮局部返工處理情況，采用16個壓實層的平均干密度值計算出的標準差Sρd=0.053g/cm3，極差R的標準差SR=0.071g/cm3。因此，每個填筑層內的平均干密度值以及層內干密度之間的極差值見表2。

表1 壩體壓實干密度頻率分布表

表2 不考慮返工處理各填筑壓實層壓實干密度平均值與極差值表

表3 考慮返工處理各填筑壓實層壓實干密度平均值與極差值表

圖1 不考慮局部返工處理時壩體內干密度頻率分布圖

圖2 考慮局部返工處理后壩體內干密度頻率分布圖

圖3 未返工處理時壩體內壓實層平均干密度質量控制圖

圖4 局部返工處理后壩體內壓實層平均干密度質量控制圖

圖5 未返工處理時壩體內壓實層干密度極差控制圖

圖6 局部返工處理后壩體內壓實層干密度極差控制圖

考慮局部返工處理情況，用返工后檢測的干密度指標代替原不合格的指標，用每個壓實層平均干密度計算出的標準差Sρd=0.023g/cm3，極差R的標準差SR=0.056g/cm3。因此，每個填筑層內平均干密度值以及層內干密度之間的極差值見表3。

依據表2、表3的成果繪制的質量控制圖分別見圖3、圖5和圖4、圖6。

4.壩體填筑壓實質量分析與評價

（1）由圖1可以看出，直方圖的形狀很接近于正態分布，說明壓實壩體的干密度在整個壩內的分布服從于數理統計的一般規律—正態分布規律。比較圖1、圖2可以得出：圖2的直方圖明顯為偏峰狀。由此可以認為，壓實土壩施工過程中對每個壓實層進行檢測是必須的，如果不進行局部返工處理，這將會存在將近35%的不合格干密度試樣。由于對每個壓實層面都進行了現場施工檢測，及時進行了處理，保證了壩體的施工質量。

（2）圖1、圖2可以顯示：壓實干密度在1.60g/cm3的頻率較高，設計干密度以1.57g/cm3作為控制標準是比較合適的。從表1和圖2的頻率圖得出：壩體內不合格干密度占比為7.5%。因此，填筑層經過局部返工處理后大壩壩體質量是符合設計要求的。

（3）圖3、圖5是未經返工處理情況，壓實層平均干密度質量控制圖和極差控制圖，兩圖的波動較大，有一部分控制點超出了控制線的范圍，產生這種波動的原因是壩體填筑土料的含水率波動較大所造成的。由擊實試驗可知要達到設計控制的壓實干密度值，其填筑土料的最大含水率不得超過25%，而實際壓實層中干密度達不到要求的多是填筑土料的含水率大于25%。統計得出檢測試樣中填筑土料含水率大于25%占到整個填筑壩體土料的38%。而不合格試樣中，含水率大于25%的試樣就占92%。

（4）圖4是對每個壓實層不合格部位進行返工處理后的平均干密度質量控制圖。其波動均在控制線范圍內，說明經過返工局部處理后的質量是合格的，壩體壓實質量處于正常狀態。此時，壩體內壓實填土的平均干密度由處理前的1.58g/c m3提高到1.61g/cm3，大于設計值1.57g/cm3，合格率為92.5%，最小干密度值為1.51g/cm3。達到了預期的效果。

（5）圖6是局部返工處理后的壓實層干密度極差控制圖。從圖中看出仍有部分控制點超出控制線的范圍，產生這種情況的原因是：對不合格部位雖經過了翻曬、晾干和重新壓實，但處理后的部位仍然存在有近8%達不到設計要求值的不合格試樣，導致部分壓實層內的干密度極差過大。但整個壩體內壓實層干密度的最大極差值由處理前的0.31降至0.23；平均極差值由處理前的0.183降為0.14。

三、結語

采用統計分析法原理對壩體填筑壓實干密度進行統計分析，由于工程上的要求，壩體內的壓實干密度值必須達到設計要求值，因此對壩體填筑過程中不合格的部位進行了返工處理。借助于統計直方圖、極差管理圖對返工前、后的壓實干密度進行統計分析，找出不合格產生的主要原因，及時地采用相應的處理措施，使得壩體壓實干密度達到了設計規定的要求。提出了在壩體質量評價時，對不合格的返工部位應采用返工處理后的壓實干密度指標，使得評價的結果更符合工程實際■

（作者單位：安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院233000）