環(huán)刀新型取樣法在水庫(kù)管理所基礎(chǔ)中的應(yīng)用

張 坤

(山西東山供水工程有限公司，山西 太原 030001)

1 引言

水利工程中廠房、泵站以及管理站等低層建筑物對(duì)地基承載力要求較低，但占地面積可達(dá)幾萬平方米，一般采用原土(素土、雜填土)或者置換土進(jìn)行分層回填，分層厚度30 cm～40 cm，壓路機(jī)碾壓3～4遍直到壓實(shí)，壓實(shí)度采用環(huán)刀取土進(jìn)行干容重及含水率試驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行上部建筑物建設(shè)[1-2]。然而大面積回填層采用單個(gè)環(huán)刀檢測(cè)試驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的人力及工時(shí)，取樣速度極慢，且不能全面真實(shí)反映檢測(cè)區(qū)的壓實(shí)情況，當(dāng)回填土層數(shù)較多時(shí)，更無法真實(shí)反映回填土深層的壓實(shí)度和含水情況，目前很多檢測(cè)方只是為了趕工期并完成工程檢測(cè)，對(duì)回填土層壓實(shí)結(jié)果和質(zhì)量把控不嚴(yán)，后期建筑物會(huì)出現(xiàn)大面積裂縫、坍塌或?qū)е陆ㄖ飪A斜損壞。因此本人通過多年積累的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及專門研究，在對(duì)大面積回填層壓實(shí)度采用環(huán)刀“1+1”取樣法進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，不僅提高了取樣速度和效率，而且可以真實(shí)的反應(yīng)回填土層的壓實(shí)情況，得到了較為理想的結(jié)果，為今后水電站廠房、管理房的大面積回填層檢測(cè)中提供技術(shù)依據(jù)和保障。

2 方法介紹及原理

環(huán)刀“1+1”取樣法包括環(huán)刀平行“1+1”取樣和豎向“1+1”取樣，為便于分析研究，在平面直角坐標(biāo)系上取X軸方向上兩個(gè)環(huán)刀同時(shí)取樣稱為平行“1+1”取樣，文中簡(jiǎn)稱平行“1+1”法，主要優(yōu)點(diǎn)是提高了取樣速度，加快工程建設(shè)進(jìn)程，同時(shí)相對(duì)于單個(gè)環(huán)刀取樣，在兩個(gè)不同位置同時(shí)取樣，取樣結(jié)果更能真實(shí)、全面反映回填土層的土質(zhì)情況；在Y軸方向上將兩個(gè)環(huán)刀套在一起的取樣稱之為環(huán)刀豎向“1+1”取樣，文中簡(jiǎn)稱豎向“1+1”法，其優(yōu)點(diǎn)是可以取到不同回填土層的土質(zhì)情況，掌握深層土質(zhì)的含水率和壓實(shí)度，從而判斷出大面積回填土層效果?，F(xiàn)場(chǎng)取樣圖見圖1。

圖1 環(huán)刀平行“1+1”與豎直“1+1”現(xiàn)場(chǎng)取樣圖

3 工程實(shí)例分析

以潼南縣大石橋水庫(kù)工程管理所為例，在水庫(kù)管理所內(nèi)硬化地面、活動(dòng)場(chǎng)地、草坪等出現(xiàn)大面積裂縫，深陷塌方，外圍墻體及保安室等建筑物出現(xiàn)裂縫及傾斜，補(bǔ)救方法只能通過二次回填土碾壓修補(bǔ)后重新檢測(cè)壓實(shí)度情況，并對(duì)地上已建建筑物進(jìn)行加固維修，不僅造成投資增加，也給施工單位造成了不好的影響。水庫(kù)管理局委托我公司進(jìn)行二次回填碾壓后壓實(shí)度、含水率檢測(cè)，并進(jìn)行三層管理房地基大面積回填土層檢測(cè)試驗(yàn)[3]，檢測(cè)方法采用環(huán)刀平行“1+1”法和豎向“1+1”法，并與單環(huán)刀取樣的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析待建管理房大面積回填場(chǎng)地的壓實(shí)情況，管理所地面裂縫塌陷及墻壁傾斜情況見圖2。

圖2 水庫(kù)管理所地面裂縫塌陷及墻壁傾斜情況

3.1 環(huán)刀取樣布置方案

水庫(kù)管理所場(chǎng)地采用大面積分層回填、灑水碾壓，分2～3層，層厚控制在30 cm～40 cm以內(nèi)，壓實(shí)后進(jìn)行環(huán)刀取樣檢測(cè)試驗(yàn)，本文以70 m×90m面積進(jìn)行環(huán)刀取樣布置，分三層回填碾壓，在第二層取樣，布置方式為單環(huán)刀取樣、平行“1+1”法、豎直“1+1”法及平行“1+1”法和豎直“1+1”法組合取樣，根據(jù)規(guī)范要求[4]，在100 m2內(nèi)取1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在200 m2內(nèi)取2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，為了能夠真實(shí)反映回填土層的壓實(shí)情況，4種環(huán)刀取樣方法分別布置10組檢測(cè)點(diǎn)，環(huán)刀取樣布置圖見圖3。

圖3 環(huán)刀取樣布置圖

3.2 取樣結(jié)果及對(duì)比分析

根據(jù)環(huán)刀取樣布置圖進(jìn)行取樣試驗(yàn)，可以得到不同方法測(cè)得的含水率和現(xiàn)場(chǎng)單位體積壓縮后的干容重，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)室得到的最優(yōu)含水率、最大干容重，最后求得取樣點(diǎn)的壓實(shí)系數(shù)，根據(jù)規(guī)范壓實(shí)系數(shù)大面積回填取樣壓實(shí)系數(shù)不低于0.91判斷檢驗(yàn)結(jié)果是否合格。本文四種方法可以分別得到10組、20組、20組及40組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)較多，采用表格列出時(shí)占用篇幅大，本文選取單環(huán)刀法求得的10組數(shù)據(jù)計(jì)算壓實(shí)系數(shù)的過程和結(jié)果見表1，將其他三組方法測(cè)得的結(jié)果通過計(jì)算得到的試驗(yàn)結(jié)果分別見表2、表3和表4。

表1 單環(huán)刀法大面積回填素土壓實(shí)系數(shù)計(jì)算表

表2 平行“1+1”法大面積回填素土壓實(shí)系數(shù)計(jì)算表

表3 豎向“1+1”法大面積回填素土壓實(shí)系數(shù)計(jì)算表

表4 組合“1+1”法大面積回填素土壓實(shí)系數(shù)計(jì)算表

圖4 “1+1”法壓實(shí)系數(shù)情況

由表1可知，當(dāng)用單個(gè)環(huán)刀取樣檢測(cè)時(shí)，壓實(shí)系數(shù)大于0.91的檢測(cè)點(diǎn)在90%以上，即使單環(huán)刀檢測(cè)能保證在其取樣范圍內(nèi)的壓實(shí)度合格，也不能保證在取樣點(diǎn)外一定范圍內(nèi)的部位壓實(shí)度合格與否，并且本文是在面積100 m2內(nèi)取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，實(shí)際工程中一般在300 m2取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，因此單環(huán)刀取樣檢測(cè)壓實(shí)度檢測(cè)得到的結(jié)果是粗略的，不準(zhǔn)確，存在明顯不合理性。

采用環(huán)刀平行“1+1”法取樣避免了這種不合理性，在取樣時(shí)不僅可以將檢測(cè)范圍面積增大，加快取樣速度，而且在一個(gè)取樣面積上同時(shí)下去兩個(gè)環(huán)刀，得到的結(jié)果能夠全面、真實(shí)反映土層壓實(shí)情況。從表2可知，同一個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)的兩個(gè)環(huán)刀取樣結(jié)果在濕密度、含水率上存在較大差異性，如6-1和6-2，8-1和8-2，可以反映出分層碾壓過程中的灑水、碾壓不均勻。同時(shí)，如果采用單環(huán)刀取樣檢測(cè)，最后得到的壓實(shí)系數(shù)值在取樣點(diǎn)1-1、取樣點(diǎn)3-2及取樣點(diǎn)8-2的檢測(cè)結(jié)果合格的概率各占50%，采用平行“1+1”法取樣后，這三個(gè)取樣點(diǎn)全為不合格。最后由圖5可以看出，即使在同一個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)的2個(gè)取樣點(diǎn)上壓實(shí)度滿足規(guī)范，壓實(shí)系數(shù)也相差較大，壓實(shí)系數(shù)相差較小的說明壓實(shí)均勻。

表3采用豎直“1+1”法取樣結(jié)果可知，最后得到取樣點(diǎn)的上層九組數(shù)據(jù)合格，只有一組檢測(cè)不合格，而下層有四組數(shù)據(jù)不合格，綜合后有四個(gè)取樣點(diǎn)壓實(shí)度不合格，主要?dú)w結(jié)原因如下：(1)含水率太大，壓縮性大而強(qiáng)度低，如3-2、9-2；(2)含水率太小，土體顆粒之間摩擦力大而不易壓縮，如7-2；(3)上層壓實(shí)度不夠，或者灑水不均，水滲入下層，下層含水率增大，上下兩層壓實(shí)度均不合格，如取樣點(diǎn)10的10-1，10-2。

表4中，在一個(gè)檢測(cè)面上只有四個(gè)環(huán)刀取樣的壓實(shí)系數(shù)滿足規(guī)范要求，該檢測(cè)面的壓實(shí)度才是合格的，因此組合“1+1”法得到的結(jié)果就更加真實(shí)準(zhǔn)確了，試驗(yàn)結(jié)果可直接指導(dǎo)上層建筑施工，在大面積回填后推薦使用，但是因?yàn)樾枰?個(gè)環(huán)刀進(jìn)行，工程進(jìn)度會(huì)變慢，但為了確保工程質(zhì)量，避免應(yīng)壓實(shí)度檢測(cè)不準(zhǔn)確而后期發(fā)生質(zhì)量問題返工，應(yīng)使用組合“1+1”取樣檢測(cè)。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過四種不同檢測(cè)方法得到的壓實(shí)系數(shù)來判斷大面積回填中的壓實(shí)度，可知四種取樣方法中，單環(huán)刀取樣檢測(cè)在工程實(shí)際中最為常用，但準(zhǔn)確度不高，不能反映大面積回填層的壓實(shí)情況，平行“1+1”法和豎直“1+1”法是對(duì)單環(huán)刀檢測(cè)方法的改進(jìn)，平行“1+1”法可以擴(kuò)大取樣面積，提高檢測(cè)速度，并真實(shí)反映回填層壓實(shí)度，防止壓路機(jī)漏壓、未壓的區(qū)域；豎直“1+1”法可以取到更深層土質(zhì)，試驗(yàn)準(zhǔn)確度高；環(huán)刀組合“1+1”是前兩種方法的結(jié)合，因?yàn)樾枰膫€(gè)環(huán)刀取樣，取樣速度較慢，一般對(duì)工程回填壓實(shí)度要求較高時(shí)采用，以保證回填質(zhì)量。此外，環(huán)刀“1+1”法取樣檢測(cè)不僅可以用于素土大面積回填檢測(cè)試驗(yàn)中，也可用于黃土、拌合土等其他土質(zhì)檢測(cè)中，可以是新建工程的回填層壓實(shí)度檢測(cè)，也可以用于單環(huán)刀取樣檢測(cè)后的復(fù)測(cè)(查)、抽測(cè)(查)，或著對(duì)出現(xiàn)工程質(zhì)量問題的工程進(jìn)行檢測(cè)鑒定。