灌水法檢測(cè)尾礦壩密實(shí)度質(zhì)量影響因素分析

陳 華

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司， 四川攀枝花 617023)

灌水法檢測(cè)尾礦壩密實(shí)度質(zhì)量影響因素分析

陳 華

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司， 四川攀枝花 617023)

灌水法作為原位密度試驗(yàn)的一種,廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程中,如堆石壩、尾礦壩、碎塊石料填筑密實(shí)度的質(zhì)量檢測(cè)。試驗(yàn)過(guò)程中,很多因素均能影響灌水法測(cè)試成果的精度,有些工程施工檢測(cè)時(shí)得到的干密度明顯偏大,甚至是不合理的,因此有必要對(duì)影響因素作分析并提出減少或消除影響的措施。文中針對(duì)在對(duì)尾礦壩填筑用灌水法檢測(cè)壓實(shí)密度過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

尾礦壩; 密實(shí)度; 灌水檢測(cè)法

1 灌水法的適用性及缺點(diǎn)

灌水法適用于礫類(lèi)填土。在工程建設(shè)如尾礦壩、堤防填筑時(shí),填筑土料經(jīng)常用到砂礫石、碎塊石料,為了確保填筑質(zhì)量,一般采用碾壓參數(shù)和填筑體密實(shí)度兩種方法聯(lián)合控制?？刂颇雺簠?shù)的目的是為了控制填筑體的密實(shí)性，反映密實(shí)度的指標(biāo)如相對(duì)密度、孔隙率計(jì)算均需測(cè)得原位干密度。由于填筑土料粒徑較大且不均勻，空隙較大,不適用環(huán)刀法、核子射線(xiàn)法、灌砂法進(jìn)行原位干密度檢測(cè),而采用灌水法檢測(cè)較方便。在灌水法試驗(yàn)過(guò)程中,很多因素均會(huì)影響測(cè)試成果的精度,甚至得出不合理的結(jié)果,因此有必要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)影響因素作分析并提出減少或消除影響因素的措施。

2 試驗(yàn)基本原理及步驟

灌水法檢測(cè)的基本原理:在選定的測(cè)點(diǎn)上挖出試坑,稱(chēng)量從試坑中挖出的材料質(zhì)量；然后向試坑內(nèi)灌水,稱(chēng)量所灌滿(mǎn)水的質(zhì)量,換算出所挖試坑的體積；再用挖出的土料干質(zhì)量除以試坑體積計(jì)算出干密度(圖1)。《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE40-2007)中對(duì)灌水法試驗(yàn)的步驟作了介紹，再結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),總結(jié)的試驗(yàn)步驟為:(1)選擇現(xiàn)場(chǎng)有代表性的測(cè)點(diǎn),將測(cè)點(diǎn)處地面基本整平;(2)按測(cè)點(diǎn)部位土料的最大粒徑確定合適的試坑尺寸,選擇合適直徑的鋼套環(huán);(3)在地面上放置鋼套環(huán)并固定,在套環(huán)內(nèi)鋪設(shè)塑料薄膜,取水稱(chēng)量后灌入套環(huán)內(nèi)至一定高度,記錄灌入的第1次水質(zhì)量m1;(4)用安裝在方鋼尺上的水工測(cè)針確定參考水平面,記錄水工測(cè)針讀數(shù);(5)舀凈水并拿走塑料薄膜,按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線(xiàn),在廓線(xiàn)內(nèi)下挖至要求的深度;(6)將坑內(nèi)的試樣裝入土盤(pán)內(nèi),稱(chēng)量并取代表性的試樣測(cè)定含水率,計(jì)算土料的總干質(zhì)量m;(7)試坑挖好后,將大于試坑容積的塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼鋪設(shè),取水稱(chēng)量灌入試坑至參考水平面,計(jì)算灌入的總水質(zhì)量m2。填筑土干密度按以下公式計(jì)算:Qd=m(m2-m1) /Qw。

圖1 灌水法密度試驗(yàn)示意

3 影響密實(shí)度質(zhì)量的因素分析與措施控制

3.1 試坑填筑料的代表性

根據(jù)填料的最大粒徑和填筑層厚度選擇合適的試坑直徑和深度。當(dāng)試樣最大粒徑小于200 mm時(shí),試坑直徑可參考表1; 當(dāng)試樣最大粒徑大于200 mm時(shí),試坑直徑一般不應(yīng)小于填筑料最大粒徑的3倍;試坑深度可與壓實(shí)后的填筑層厚度相近。為了保持坑壁的穩(wěn)定,試坑形狀一般為上大下小的“鍋”形,而實(shí)際壓實(shí)情況通常為上密下松,這就造成所測(cè)干密度偏大;在挖試坑時(shí),根據(jù)填筑體的密實(shí)程度,選擇合適的坑壁坡度,在能保持坑壁穩(wěn)定的前提下,盡量選擇較陡的坡度,增加挖出的填筑料的代表性。表1為試坑尺寸與相應(yīng)最大粒徑表[1]。

表1 試坑尺寸與相應(yīng)最大粒徑表 mm

3.2 鋼套環(huán)位置的固定

填筑體土料粒徑大小不勻,碾壓面很難整平到水平面,試驗(yàn)時(shí)一般采用鋼套環(huán)來(lái)確定一個(gè)參考水平面。鋼套環(huán)的位置變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響極大,直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的正確性。為防止鋼套環(huán)的移動(dòng)導(dǎo)至參考水平面的變化,試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)鋼套環(huán)應(yīng)與地面壓緊并固定,不允許出現(xiàn)翹動(dòng)。挖坑過(guò)程中應(yīng)避免觸碰鋼套環(huán)。土樣應(yīng)從試坑中心向深度方向撬挖,并向邊緣逐漸擴(kuò)大直徑。如遇大塊石時(shí),應(yīng)先挖除大塊石周邊的較小料徑的土石料,待大塊石有松動(dòng)時(shí)用鋼釬小心挖出;塊石過(guò)大時(shí),量好其尺寸后進(jìn)行分解,分塊挖出。為了防止鋼套環(huán)因自身重量而壓入土中,鋼套環(huán)與地面接觸的底邊應(yīng)有足夠面積突出的“沿”。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼套環(huán)有明顯的移動(dòng)而影響試驗(yàn)結(jié)果時(shí),應(yīng)中止該點(diǎn)試驗(yàn)并重新選點(diǎn)。

3.3 參考水平面的測(cè)量

不僅鋼套環(huán)的位置變動(dòng)會(huì)造成參考水平面的變化,測(cè)量工具及人員變動(dòng)也會(huì)造成水平面的前后差異。測(cè)量工具可采用固定在方鋼尺上的水工測(cè)針,確定參考水平面時(shí)可在鋼尺及套環(huán)上做標(biāo)記并記錄水工測(cè)針讀數(shù),前后觀(guān)測(cè)人員也應(yīng)為同一人,這可保持參考水平面的前后一致。不建議在鋼套環(huán)上固定測(cè)針,因?yàn)樵阡撎篆h(huán)搬動(dòng)及試驗(yàn)時(shí),容易觸碰導(dǎo)致測(cè)針變形,甚至損壞測(cè)針。

3.4 坑壁形狀

由于填筑料大小不勻,坑壁往往凹凸不平,而其形狀的規(guī)則程度則直接影響與薄膜的貼合度,從而影響試坑測(cè)試體積的精度。當(dāng)試坑接近所要求的形狀時(shí),應(yīng)小心修整坑壁、坑底,清除表面松動(dòng)土料。遇塊石橫跨鋼套環(huán)等情況而使坑壁無(wú)法規(guī)則或出現(xiàn)較大倒坡時(shí),此試坑應(yīng)廢棄,重新取點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)填筑料含水率較大無(wú)法保持坑壁穩(wěn)定時(shí),試驗(yàn)不宜進(jìn)行。

3.5 塑料薄膜

塑料薄膜作為測(cè)量試坑體積的容器,其自身的厚度、柔軟性均影響體積的測(cè)試結(jié)果。薄膜越厚,柔順性越差,自身占用試坑的體積也越大,與坑壁越不容易貼合緊密,造成試坑的測(cè)量體積小;薄膜太薄,在水壓力的作用下,容易被頂破造成漏水而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。試驗(yàn)時(shí)宜根據(jù)試坑的大小、土料的磨圓度等選擇厚度適中、柔軟性較好的薄膜。灌水時(shí),應(yīng)緩慢注入,避免水流對(duì)薄膜的直接沖擊,并邊灌邊理順薄膜褶皺,排空薄膜與坑壁間的空氣,使坑壁與薄膜貼合緊密。

3.6 試樣及試驗(yàn)用水的稱(chēng)量

由于試坑體積往往較大,挖出的試樣及試驗(yàn)用水(純凈無(wú)雜質(zhì))均較多,需分次稱(chēng)量,要求選擇符合精度要求的稱(chēng)量工具;水灌入試坑時(shí),應(yīng)保證盛水容器內(nèi)無(wú)余水;試樣挖取及稱(chēng)量時(shí)應(yīng)無(wú)遺落、無(wú)黏帶。

3.7 試樣含水率測(cè)定

試驗(yàn)的主要目的是為了測(cè)得原位干密度，原位含水率并不是試驗(yàn)關(guān)心的指標(biāo)，因此只要含水率能代表試樣稱(chēng)量時(shí)的狀態(tài)就可以。對(duì)最大粒徑較小能取得代表性含水率的試樣可在全料中取;對(duì)最大粒徑較大無(wú)法在全料中取得代表性試樣的可先篩分后在每級(jí)土樣中取代表性試樣測(cè)含水率。當(dāng)土料較濕時(shí),可進(jìn)行翻曬后篩分、稱(chēng)重、取樣測(cè)含水率。

4 模擬分析

假設(shè)有一個(gè)試驗(yàn)：鋼套環(huán)直徑1.5 m,塑料薄膜厚度0.4 mm,試坑為直徑1.0 m、深度1.0 m的理想圓柱形試坑,挖取的土料干質(zhì)量1 670 kg。計(jì)算得到的理想試坑體積為0.785 m3(л=3.14),第1次注水量(不包括底部薄膜所占體積)m1=310 kg,水的密度為1.00 g/cm3。根據(jù)不同影響因素分以下八種情況討論：

(1)理想情況,試坑體積為計(jì)算得到的1 .256 m3;

(2)僅考慮薄膜體積的影響;

(3)第2次確定參考水平面時(shí),位置下降了0.5 cm;

(4)第2次確定參考水平面時(shí),位置下降了1.0 cm;

(5)考慮薄膜與試坑壁平均脫開(kāi)0.5 cm;

(6)考慮薄膜與試坑壁平均脫開(kāi)1.0 cm;

(7)綜合考慮(2)、(3)、(5)的情況;

(8)綜合考慮(2)、(4)、(6)的情況。

從表2可以看出,參考水平面的變動(dòng)、薄膜與坑壁的貼合度對(duì)干密度的影響較大。當(dāng)參考水平面降低1.0 cm時(shí),干密度增加2.30 %;當(dāng)薄膜與試坑壁平均脫開(kāi)1.0 cm時(shí),干密度增加0.42%;當(dāng)考慮薄膜體積、參考水平面降低1.0 cm,薄膜與試坑壁平均脫開(kāi)1.0 cm時(shí),干密度則增加2.96 %。因此,干密度的采用應(yīng)在試驗(yàn)得到的結(jié)果基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況,考慮各因素的影響大小,選取一個(gè)合適的折扣值。

表2 各種影響因素下的干密度計(jì)算表

5 結(jié) 語(yǔ)

灌水法檢測(cè)尾礦壩填筑密度試驗(yàn)的影響因素較多, 大部分因素均使試坑體積變小、干密度增大。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果不加分析的采用，就可能出現(xiàn)實(shí)際干密度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求而判斷為合格的情況，因此埋下安全隱患。在試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)人員應(yīng)樹(shù)立高度的責(zé)任心，細(xì)心規(guī)范操作，采取措施減少或者完全避免各種因素對(duì)干密度的影響。本文只是對(duì)用灌水法檢測(cè)尾礦壩填筑密度試驗(yàn)方法及影響因素進(jìn)行了一些淺顯的探討，若本文觀(guān)點(diǎn)與灌水法檢測(cè)密度試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，請(qǐng)以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。

[1] GB/T50123-1999 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG E40-2007 公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

陳華(1979～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

TV52+3

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[定稿日期]2015-01-28