宋德明，張存暖，史新軍

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

土壩填筑質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著土壩的穩(wěn)定和安全。壩體填筑質(zhì)量檢測主要是壓實(shí)度實(shí)體檢測。壓實(shí)干密度的檢測方法一般有環(huán)刀法、核子密度儀法、灌水法、灌砂法等，通過測定土層的濕密度和含水率來計算干密度；但壓實(shí)度的檢測還必須再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，測定該土的最大干密度，最后計算壓實(shí)度。在設(shè)計壓實(shí)度的范圍內(nèi)，最大干密度和控制干密度的差值范圍很小，如設(shè)計壓實(shí)度0.98時，實(shí)測控制最小干密度僅比最大干密度小0.04。然而，上壩土料是不均勻的，最大干密度也不可能是一個常數(shù)。因此，相應(yīng)各實(shí)測點(diǎn)要做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)測定最大干密度的工作量大，時間長，很不適應(yīng)上壩土料的施工。

三點(diǎn)擊實(shí)法又稱快速壓實(shí)控制法，是美國工程師Hilf研究出來的土石料壓實(shí)快速質(zhì)量控制方法,1957年試用，2001年錄用于《碾壓式土石壩施工規(guī)范》（DL/T5129—2001）的附錄C4。該法不需要測定含水率，僅在測定密度后用測定密度試驗(yàn)的土樣做3種含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，測定3個擊實(shí)濕密度，就可以確定填土的壓實(shí)度 （D）和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值（Zm）。壓實(shí)度計算公式如下：

式中:ρdf為填土實(shí)測干密度;ρdmax為標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)最大干密度；ωf為填土含水率。

從（1）式可知：由于含水量相同，所以濕密度比等于干密度比。ρdf(1+ωf)為填土濕密度，用環(huán)刀取土稱其濕土重再除以環(huán)刀容積即可。ρdmax(1+ωf)為相同含水量土的最大濕密度，土源來自環(huán)刀取土的位置。其計算最簡便快速的方法就是三點(diǎn)擊實(shí)法。

1 三點(diǎn)擊實(shí)法的應(yīng)用

三點(diǎn)擊實(shí)法有圖解法和數(shù)解法。圖解法經(jīng)過多次豎、橫向的畫線定點(diǎn)，累計誤差較大，精度較差，不宜推廣使用。下面只介紹數(shù)解法的應(yīng)用。

1.1 數(shù)解法操作方法

1）用環(huán)刀法測定填土濕密度ρf。

2）首先取保持原有填土含水率的土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，得ρ1,變換濕密度ρ1′＝ρ1/(1+0)。

3）原有填土含水率土樣加水2%,拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)第 2 點(diǎn)，得ρ2，變換濕密度ρ2′＝ρ2/(1+0.02)。

4）最后取原有填土含水率的土樣加水4%,拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)第 3 點(diǎn)，得ρ3，變換濕密度ρ3′＝ρ3/(1+0.04)；繪制（ρ1′,0），（ρ2′,0.02）,(ρ3′,0.04)三點(diǎn)拋物線圖。

5）變換最大濕密度（ρm）的計算公式：

6）最優(yōu)含水率與填土含水率的差值Zm的計算公式：

式中：yb=ρ2′-ρ1′，yc=ρ3′-ρ1′

7）壓實(shí)度(D)計算公式：

1.2 數(shù)解擴(kuò)展法操作方法

三點(diǎn)擊實(shí)—數(shù)解法的使用條件是三個擊實(shí)土樣都必須加水（低于最優(yōu)含水率），并且加水遞增率必須是2%。但是筑壩土的實(shí)際情況并非如此。上壩土料大于最優(yōu)含水率時，必須遞減水2%方可做出三點(diǎn)曲線圖；上壩土料為最優(yōu)含水率時，必須先加后減方可做出三點(diǎn)曲線圖。因此，原“三點(diǎn)擊實(shí)”的檢測方法是有使用限制條件的，為了在任何條件下都能使用三點(diǎn)擊實(shí)法檢測壓實(shí)度，對三點(diǎn)擊實(shí)法進(jìn)行了擴(kuò)展使用的研究，即采用數(shù)解擴(kuò)展法操作方法如下：

1）首先取保持原有填土含水率的土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)第 1 點(diǎn)，得ρ1,變換濕密度ρ1′＝ρ1/(1+0)。

2)原有填土含水率的土樣加水2%,拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)第 2 點(diǎn)，得ρ2，變換濕密度ρ2′＝ρ2/(1+0.02)。

3）當(dāng)?shù)?點(diǎn)的變換濕密度小于第1點(diǎn)時，第3點(diǎn)必須將原有填土含水率的土樣減水2%,拌勻后標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí),得ρ3，變換濕密度ρ3′＝ρ3/(1-0.02)。

繪制（ρ1′,0），（ρ2′,0.02）,(ρ3′,-0.02)三點(diǎn)拋物線。

4）當(dāng)填土含水率大于最優(yōu)含水率時，第2點(diǎn)可以直接將原有填土含水率的土樣減水2%、第3點(diǎn)減水 4%；或者從第 1 點(diǎn)就開始逐級減水 2%；將（ρ1′,0），（ρ2′,0.02）,(ρ3′,-0.04)繪制三點(diǎn)拋物線。

5）當(dāng)填土含水率小于最優(yōu)含水率時，可以直接將原有填土含水率的土樣加水2%、第2點(diǎn)加水4%、第 3 點(diǎn)加水 6%。 將（ρ1′,0.02），（ρ2′,0.04）,(ρ3′,0.06)繪制三點(diǎn)拋物線。

1.3 數(shù)解擴(kuò)展法的計算方法

三點(diǎn)加-減水、三點(diǎn)減水、三點(diǎn)加水等情況下的最大變換濕密度計算和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算，不能直接使用（2）、（3）式，可以采用三點(diǎn)擊實(shí)曲線平移法（參見圖1），將水平坐標(biāo)的負(fù)值部分平移至水平坐標(biāo)的正值部分后再利用（2）、（3）式計算。最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算，是平移后利用（3）式計算。因此，算出的最優(yōu)含水率與填土含水率的差值要加上平移部分。下面驗(yàn)證平移法的正確性：

1）圖2是依據(jù)三點(diǎn)加-減水法擊實(shí)數(shù)據(jù)繪制的三點(diǎn)曲線，進(jìn)行多項(xiàng)式回歸分析，利用回歸公式計算最大濕密度為1.942。2）同理，依據(jù)平移后的三點(diǎn)擊實(shí)曲線，進(jìn)行多項(xiàng)式回歸:Y=-129.5X2+3.92X+1.9124，代入最大濕密度點(diǎn)的加水量值，計算最大濕密度等于1.942。 3）按小—大的順序排列后用（2）式計算最大濕密度也等于1.942。

驗(yàn)證表明：因?yàn)樗揭苿硬挥绊懬€的縱坐標(biāo)值。所以，任意條件下的三點(diǎn)擊實(shí)最大濕密度計算可以直接采用(2)式計算，但是ρ′1，ρ′2，ρ′3必須按小—大的順序排列。最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算也可以采用（3）式計算，但是必須將計算結(jié)果加最大減水量值（水平移動的部分）。

2 三點(diǎn)擊實(shí)操作中容易出現(xiàn)的錯誤

2.1 形不成三點(diǎn)曲線

越加水擊實(shí)濕密度越大，直線上升。原因：填土含水量過低，加水量增加到4%時還未超過最優(yōu)含水率。因此，曲線無下降拐點(diǎn)。填土含水量過高時擊實(shí)曲線也形不成三點(diǎn)凸線 （見圖3）。或填土含水量過高，減水量減到2%時還未低于最優(yōu)含水率。因此，曲線無拐點(diǎn)。

2.2 加水反弧線（見圖4）

原因是未執(zhí)行“第2點(diǎn)小于第1點(diǎn)時，第3點(diǎn)應(yīng)減水”的重要原則。第3點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)加水，而應(yīng)當(dāng)減水。

2.3 減水反弧線（見圖5）

原因是未執(zhí)行“第2點(diǎn)大于第1點(diǎn)時，第3點(diǎn)應(yīng)繼續(xù)加水”的重要做法。第3點(diǎn)不應(yīng)減水，而應(yīng)加水。

2.4 弧線平滑

填土含水率大，第3點(diǎn)減水太少（3點(diǎn)的濕密度應(yīng)低于1點(diǎn)）。同理，填土含水率小，第3點(diǎn)加水太少，都形成平滑弧線。

3 最大濕密度的計算方法

3.1 三點(diǎn)加水擊實(shí)法最大濕密度

首先計算濕密度，變換濕密度的計算是點(diǎn)不加水形成反弧將濕密度除以（1+加水量）。變換最大濕密度可直接用（2）式計算。

3.2 填土減水情況下三點(diǎn)擊實(shí)的最大濕密度

填土減水情況下的三點(diǎn)擊實(shí)最大濕密度可以直接利用（2）式計算。 但是必須將 ρ′1，ρ′2，ρ′3按小—大排列，計算如表1示。最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算也可以采用（3）式計算。但是必須將計算結(jié)果加上最大減水量值（Zmax）水平移動的部分。

表1 填土減水情況下三點(diǎn)擊實(shí)的最大濕密度計算表

最優(yōu)含水率與填土含水率的差值為負(fù)值時，表明上壩土料含水率大于最優(yōu)含水率；為正值時表明上壩土料含水率小于最優(yōu)含水率。

3.3 非常情況下的計算

1）填土含水量大于最優(yōu)含水率3%時。減水2%后還未出現(xiàn)凸型曲線時，再繼續(xù)減水4%形成凸型曲線（見圖6）。去掉加水的第2點(diǎn)，重新按小—大順序排列 ρ′1，ρ′2，ρ′3。最大濕密度可以直接利用（2）式計算。最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算，必須將計算結(jié)果加上最大減水量值。

2）填土含水量小于最優(yōu)含水率4%時。連續(xù)2次加水至4%后還未出現(xiàn)凸型曲線時，再繼續(xù)加水6%后形成凸型曲線。去掉第1點(diǎn)，繪制3點(diǎn)擊實(shí)曲線圖，最大濕密度直接利用（2）式計算，最優(yōu)含水率與填土含水率的差值計算，必須將計算結(jié)果加上0.02（加水量值水平移動的部分）。

3.4 三點(diǎn)擊實(shí)的數(shù)量

在上壩土料不均勻的情況下宜采用三點(diǎn)擊實(shí)法，每個測點(diǎn)做出相應(yīng)的最大濕密度，計算出的壓實(shí)度具有客觀真實(shí)性。但是，每個環(huán)刀取樣都做“三點(diǎn)擊實(shí)”會增加了檢測的工作量。為此，建議以“單元工程為檢測批”進(jìn)行實(shí)測濕密度統(tǒng)計分析：以濕密度的平均值暫定為0.98的壓實(shí)度，平均值/0.98＝合格上限值。濕密度＞合格上限值為上限不合格批;：濕密度＜平均值為下限不合格批。對上、下限不合格批的濕密度再按0.04的級差進(jìn)行加(或減)細(xì)分類。統(tǒng)計各分類的檢測組數(shù)，按每個實(shí)測濕密度的分類最少做一組“三點(diǎn)擊實(shí)”，最后統(tǒng)計需要“三點(diǎn)擊實(shí)”的數(shù)量如表2示。

表2 用濕密度實(shí)測統(tǒng)計資料確定三點(diǎn)擊實(shí)數(shù)量分析表

值得提醒的是每個檢測點(diǎn)在環(huán)刀取樣的同時必須取三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)用土，并做好土料與環(huán)刀取樣的記錄標(biāo)簽，密封保護(hù)送至試驗(yàn)室。試驗(yàn)室按照不合格類別的檢點(diǎn)找出相應(yīng)密封的三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)土樣加做“三點(diǎn)擊實(shí)”。這樣，一個單元工程的壓實(shí)度檢測大約20～30個測點(diǎn)，需要三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)的8個左右。

4 結(jié)語

一個完整的三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)過程大約需要1 h左右的時間，最快速度40 min。其計算方法及曲線圖的繪制，已編制成程序，可適用于任何含水率狀態(tài)下的三點(diǎn)擊實(shí)成圖和計算，現(xiàn)正在南水北調(diào)山東段的三個平原水庫圍壩施工中應(yīng)用，效果良好。