砾石土工艺参数条件下碾压与击实效果匹配度的评价方法

摘要

本发明公开了一种砾石土工艺参数条件下碾压与击实效果匹配度的评价方法，包括：1)确定砾石土料不同全料压实度下不同砾石含量细料压实度的理论数值；2)试验测定现场填筑料的细料、全料压实度；3)细料压实度及砾石含量内插法得到不同全料压实度下，不同砾石含量细料压实度的理论数值关系表，得到对应的理论全料压实度；4)现场实际全料压实度与内插法得到的对应理论全料压实度之比为全料压实度的匹配度。本发明解决了大坝心墙砾石土料填筑压实度控制难度大、质量评价标准单一的问题，进而可以合理选择施工设备和确定最优的施工工艺参数，从而达到经济高效的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及土石坝施工中的心墙防渗土料填筑领域，具体是一种砾石土工艺参数条件下碾压与击实效果匹配度的评价方法。

背景技术

土石坝工程中，针对砾石土料的填筑压实指标是通过压实度体现的。按照室内大型击实试验确定土料的最大干密度，碾压施工作业面经过碾压设备碾压后采用灌水法得到现场实测干密度，现场实测干密度与室内最大干密度之比为对应填筑料的压实度。

砾石土料室内最大干密度确定的传统试验方法：1)室内掺配不同砾石含量(0％、10％、20％、30％...90％)的砾石土料，根据不同砾石含量的砾石土料分别进行室内大型5点击实试验；2)根据不同砾石含量砾石土料室内击实试验结果，绘制击实曲线，曲线的峰值点对应的干密度值为不同砾石含量的最大干密度；3)将不同砾石含量(0％、10％、20％、30％...90％)砾石土料的干密度绘制成曲线，曲线的峰值点即为砾石土料的最大干密度与最优P₅(粒径大于5.0mm含量的百分比)含量；4)实际施工过程中，根据施工允许范围内的P₅含量，采用内插法确定不同砾石含量对应的最大干密度，用于砾石土料的填筑施工质量评价。

砾石土料现场干密度计算方法：1)确定施工参数后对砾石土料进行填筑碾压施工；2)在碾压合格后的面上选取具有代表性的区域进行现场检测，将需检测的表面清除10cm高度，然后将直径50cm、高10cm的钢套环安放在需要检测的面上；3)将事先准确称量过的水注入钢套环内，记录此时钢套环内的用水量W₂(g)；4)钢套环内的水舀出，沿钢套环内侧挖至整个碾压层厚，将坑内的试样装入盛土容器进行准确称量，其质量为m(g)；5)将事先准确称量后的水注入试坑内，注水至钢套环内的水即将溢出钢套环最低处为止，并记录此时试坑与钢套环内的用水量W₁(g)；6)计算现场湿密度：ρ_湿＝m×G_W/(W₁-W₂)式中G_W为水的密度，取1.00g/cm³；7)取钢套环内的代表性土样进行含水率试验，计为：w₀；8)计算现场干密度：ρ_干＝ρ_湿/(1+w₀)，压实度＝ρ_干/ρ_max。

土石坝中砾石土料的压实度是按照室内大型击实为基础进行计算的，然而现场实际碾压过程与室内击实过程是两种完全不同的作用方式，主要体现在：1)现场与室内作业环境、场地不同；2)压实(击实)功不同；3)土料级配不一致；4)试验方法有不一致；5)整个作业精准度不一致等。由于上述诸多问题的产生，无法对砾石土料现场实际碾压过程与室内击实过程两种作用效果进行匹配。随着国内外高、超高土石坝的建设，其压实标准不断提高，导致砾石土料填筑质量控制标准高、难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种砾石土工艺参数条件下碾压与击实效果匹配度的评价方法，解决大坝心墙砾石土料填筑压实度控制难度大、质量评价标准单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种砾石土工艺参数条件下碾压与击实效果匹配度的评价方法，包括以下步骤：

步骤1：取砾石土料进行室内重型击实试验，完成不同细料含量下最大干密度试验，得到全料最大干密度，记为ρ_d全max；

步骤2：取砾石土料进行室内细料轻型击实试验，取得细料最大干密度试验结果，得到细料最大干密度，记为ρ_d细max；

步骤3：利用公式ρ_d细＝(100-P₅)/(A-B)计算不同全料压实度下不同砾石含量细料室内干密度，其中，A＝100/(ρ_d全max×D_全)，B＝P₅/(G_s×ρ_w)；式中：ρ_d细：细料干密度，g/cm³；ρ_d全max：全料最大干密度，g/cm³；D_全：全料压实度，％；ρ_w：水的密度，g/cm³；G_s：砾石比重，g/cm³；P₅：大于5mm砾石含量，％；

步骤4：利用公式D_细＝ρ_d细/ρ_d细max计算细料压实度；式中：D_细：细料压实度，％；ρ_d细：细料干密度，g/cm³；ρ_d细max：细料最大干密度，g/cm³；

步骤5：得到不同细料压实度D_细和不同P₅含量情况下的全料压实度的理论数值，即全料理论压实度D_全理；

步骤6：全料压实度D_全与全料理论压实度D_全理之比为全料压实度匹配度，全料压实度匹配度越接近100％，表明现场碾压施工工艺效果与室内评价击实功的效果一致或者相当。

进一步的，所述步骤1中，取砾石土料进行室内重型击实试验，完成不同细料含量下最大干密度试验具体是：按照室内大型击实试验确定土料的最大干密度。

进一步的，所述步骤2中，取砾石土料进行室内细料轻型击实试验，取得细料最大干密度试验结果具体是：按照室内大型击实试验确定细料的最大干密度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：综合反应了砾石土料设备性能(型号、吨位)及施工参数(设备碾压行驶速度、激振力大小等)、土料性质等碾压时的工作状态与室内击实工作状态效果的接近程度，是透过具体全料压实度、细料压实度数值本身大小而对施工工艺过程作业效果进行评价。根据现场碾压试验做功方法与室内击实做功匹配程度的研究，可以合理选择施工设备和确定最优的施工工艺参数，从而达到经济高效的目的。本发明适用于有土料填筑施工的各类工程、填筑压实质量控制采用压实度以及室内击实得到的最大干密度结果与现场实际碾压得到干密度结果相差较大的工程。

具体实施方式

本发明方法包括：一、确定砾石土料不同全料压实度下不同砾石含量细料压实度的理论数值；二、确定现场砾石土料压实度；三、确定现场碾压效果与室内击实功能的匹配度。详述如下：

一、不同砾石含量下细料压实度的理论数值计算

砾石土料同全料压实度下不同砾石含量细料压实度的理论数值计算方法，主要确定评价基础室内击实全、细料压实度关系，具体如下：

1)、取砾石土料进行室内重型击实试验，完成不同细料(以5mm为例)含量下最大干密度试验系列试验，记为：ρ_d全max；

2)、取砾石土料进行室内细料轻型击实试验，取得细料(以5mm为例)最大干密度试验成果(砾石含量为0％)，记为：ρ_d细max；

3)、利用如下公式计算不同全料压实度下不同砾石含量细料室内干密度：ρ_d细＝(100-P₅)/(A-B)试中：A＝100/(ρ_d全max×D_全)；B＝P₅/(G_s×ρ_w)；ρ_d细：细料干密度，g/cm³；ρ_d全max：全料最大干密度，g/cm³；D_全：全料压实度，％；ρ_w：水的密度，g/cm³；G_s：砾石比重；g/cm³；P₅：大于5mm砾石含量，％。

4)、利用公式D_细＝ρ_d细/ρ_d细max计算细料压实度，试中：D_细：细料压实度，％；ρ_d细：细料干密度，g/cm³；ρ_d细max：细料最大干密度，g/cm³。

5)、根据类似工程砾石构成、全料压实度控制标准情况，建立不同细料含量及全料不同压实度下细料压实度的理论计算数值关系，即得到不同细料压实度D_细和不同P₅含量情况下的全料压实度的理论数值，即全料理论压实度D_全理。以细料按照5mm控制，确定全料理论压实度D_全理理论关系见下表1。

表1不同细料含量及全料不同压实度下细料压实度的关系对比表

二、确定现场砾石土料实际压实度

现场砾石土料实际压实度的确定重点计算三个指标：P₅含量、全料压实度、细料压实度。其中，细料压实度的计算方法分为以下几步：a、根据试坑取样得到的试坑砾石土料的总质量、总体积；b、总体积减去砾石体积(排水法)得到试坑内细料体积；c、总质量减去砾石质量(筛分后称量确定)得到试坑内细料的质量；d、细料质量与细料体积之比为现场细料湿密度；e、将试坑内的细料进行室内标准三点击实，确定细料的最大变换湿密度；f、现场细料湿密度与最大变换湿密度之比为细料压实度。

三、确定现场碾压效果与室内击实功能的匹配度

确定现场碾压效果与室内击实功能的匹配度按照如下步骤进行：

1)通过现场碾压试验或施工过程实测数据，确定细料含量(n)、全料压实度(D_全)、细料压实度(D_细)；

2)通过实测细料含量(n)、不同细料含量下细料压实度(D_细)，利用表1内插确定全料理论压实度(D_全理)；

3)全料压实度(D_全)与全料理论压实度(D_全理)之比为全料压实度的匹配性，例如：n＝39.5％，D_全＝99.5，细料压实度D_细＝103.3％，查表1得到全料理论压实度D_全理＝98.5，匹配度＝D_全/D_全理*100％＝99.5/98.5*100％＝101.01％，匹配度越接近100％，表示现场质量保证率越高。

本发明方法具体实施注意事项如下：1)试验用料应具有代表性，应与实际施工保持一致；2)用于击实试验的相关仪器使用前应进行检定，保证试验数据的真实性，以指导后续实际施工；3)各试验环节试验应满足规范要求，保证试验准确性；4)现场碾压、填筑施工参数应与试验确定的施工参数一致；5)试验数据应进行反复论证，加大试验工作量，保证后续施工数据具有参考性及实用性；6)现场试验料应与室内用料保持一致，确保试验数据的一致性；7)各步骤操作应规范，保证数据的真实性。

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段。挡水建筑物为砾石土心墙堆石坝，最大坝高295.00m，坝体共分为防渗体、反滤层、过渡层和坝壳四大区。大坝心墙砾石土设计填筑量441.14万m³，接触粘土设计填筑量17.96万m³。

两河口水电站作为当今建设的超高心墙土石坝，土料填筑量巨大。工程土料施工压实标准控制采用本发明方法进行，在不增加施工工序及施工成本的前提下对土料的施工质量极其控制标准进行了良好控制。目前已采用该方法进行了土料的填筑施工质量检测与评价，试验结果表面填筑土料质量控制良好，大量数据统计表明全料压实度的匹配度均在98％～102％。