環刀新型取樣法在水庫管理所基礎中的應用

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地基承載力要求較低，但占地面積可達幾萬平方米，一般采用原土(素土、雜填土)或者置換土進行分層回填，分層厚度30 cm～40 cm，壓路機碾壓3～4遍直到壓實，壓實度采用環刀取土進行干容重及含水率試驗，檢驗合格后方可進行上部建筑物建設[1-2]。然而大面積回填層采用單個環刀檢測試驗需要耗費大量的人力及工時，取樣速度極慢，且不能全面真實反映檢測區的壓實情況，當回填土層數較多時，更無法真實反映回填土深層的壓實度和含水情況，目前很多檢測方只是為了趕工期并完成工程檢測，對回填土層壓實結果和質量把控不嚴，后期建筑物會出現大面積裂縫、坍塌或導致建筑物傾斜損壞。因此本人通過多年積累的檢測經驗及專門研究，在對大面積回填層壓實度采用環刀“1+1”取樣法進行檢測試驗，不僅提高了取樣速度和效率，而且可以真實的反應回填土層的壓實情況，得到了較為理想的結果，為今后水電站廠房、管理房的大面積回填層檢測中提供技術依據和保障。

2 方法介紹及原理

環刀“1+1”取樣法包括環刀平行“1+1”取樣和豎向“1+1”取樣，為便于分析研究，在平面直角坐標系上取X軸方向上兩個環刀同時取樣稱為平行“1+1”取樣，文中簡稱平行“1+1”法，主要優點是提高了取樣速度，加快工程建設進程，同時相對于單個環刀取樣，在兩個不同位置同時取樣，取樣結果更能真實、全面反映回填土層的土質情況；在Y軸方向上將兩個環刀套在一起的取樣稱之為環刀豎向“1+1”取樣，文中簡稱豎向“1+1”法，其優點是可以取到不同回填土層的土質情況，掌握深層土質的含水率和壓實度，從而判斷出大面積回填土層效果。現場取樣圖見圖1。

圖1 環刀平行“1+1”與豎直“1+1”現場取樣圖

3 工程實例分析

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

圖2 水庫管理所地面裂縫塌陷及墻壁傾斜情況

3.1 環刀取樣布置方案

水庫管理所場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，壓實后進行環刀取樣檢測試驗，本文以70 m×90m面積進行環刀取樣布置，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，根據規范要求[4]，在100 m2內取1個檢測點，在200 m2內取2個檢測點，為了能夠真實反映回填土層的壓實情況，4種環刀取樣方法分別布置10組檢測點，環刀取樣布置圖見圖3。

圖3 環刀取樣布置圖

3.2 取樣結果及對比分析

根據環刀取樣布置圖進行取樣試驗，可以得到不同方法測得的含水率和現場單位體積壓縮后的干容重，再根據實驗室得到的最優含水率、最大干容重，最后求得取樣點的壓實系數，根據規范壓實系數大面積回填取樣壓實系數不低于0.91判斷檢驗結果是否合格。本文四種方法可以分別得到10組、20組、20組及40組試驗數據，數據較多，采用表格列出時占用篇幅大，本文選取單環刀法求得的10組數據計算壓實系數的過程和結果見表1，將其他三組方法測得的結果通過計算得到的試驗結果分別見表2、表3和表4。

表1 單環刀法大面積回填素土壓實系數計算表

表2 平行“1+1”法大面積回填素土壓實系數計算表

表3 豎向“1+1”法大面積回填素土壓實系數計算表

表4 組合“1+1”法大面積回填素土壓實系數計算表

圖4 “1+1”法壓實系數情況

由表1可知，當用單個環刀取樣檢測時，壓實系數大于0.91的檢測點在90%以上，即使單環刀檢測能保證在其取樣范圍內的壓實度合格，也不能保證在取樣點外一定范圍內的部位壓實度合格與否，并且本文是在面積100 m2內取一個檢測點，實際工程中一般在300 m2取一個檢測點，因此單環刀取樣檢測壓實度檢測得到的結果是粗略的，不準確，存在明顯不合理性。

采用環刀平行“1+1”法取樣避免了這種不合理性，在取樣時不僅可以將檢測范圍面積增大，加快取樣速度，而且在一個取樣面積上同時下去兩個環刀，得到的結果能夠全面、真實反映土層壓實情況。從表2可知，同一個檢測范圍內的兩個環刀取樣結果在濕密度、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，如果采用單環刀取樣檢測，最后得到的壓實系數值在取樣點1-1、取樣點3-2及取樣點8-2的檢測結果合格的概率各占50%，采用平行“1+1”法取樣后，這三個取樣點全為不合格。最后由圖5可以看出，即使在同一個檢測范圍內的2個取樣點上壓實度滿足規范，壓實系數也相差較大，壓實系數相差較小的說明壓實均勻。

表3采用豎直“1+1”法取樣結果可知，最后得到取樣點的上層九組數據合格，只有一組檢測不合格，而下層有四組數據不合格，綜合后有四個取樣點壓實度不合格，主要歸結原因如下：(1)含水率太大，壓縮性大而強度低，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，上下兩層壓實度均不合格，如取樣點10的10-1，10-2。

表4中，在一個檢測面上只有四個環刀取樣的壓實系數滿足規范要求，該檢測面的壓實度才是合格的，因此組合“1+1”法得到的結果就更加真實準確了，試驗結果可直接指導上層建筑施工，在大面積回填后推薦使用，但是因為需要4個環刀進行，工程進度會變慢，但為了確保工程質量，避免應壓實度檢測不準確而后期發生質量問題返工，應使用組合“1+1”取樣檢測。

4 結論及建議

經過四種不同檢測方法得到的壓實系數來判斷大面積回填中的壓實度，可知四種取樣方法中，單環刀取樣檢測在工程實際中最為常用，但準確度不高，不能反映大面積回填層的壓實情況，平行“1+1”法和豎直“1+1”法是對單環刀檢測方法的改進，平行“1+1”法可以擴大取樣面積，提高檢測速度，并真實反映回填層壓實度，防止壓路機漏壓、未壓的區域；豎直“1+1”法可以取到更深層土質，試驗準確度高；環刀組合“1+1”是前兩種方法的結合，因為需要四個環刀取樣，取樣速度較慢，一般對工程回填壓實度要求較高時采用，以保證回填質量。此外，環刀“1+1”法取樣檢測不僅可以用于素土大面積回填檢測試驗中，也可用于黃土、拌合土等其他土質檢測中，可以是新建工程的回填層壓實度檢測，也可以用于單環刀取樣檢測后的復測(查)、抽測(查)，或著對出現工程質量問題的工程進行檢測鑒定。