葛 娟

(陜西省涇惠渠灌溉中心，陜西 咸陽 713800)

1 概述

按照規(guī)范標準方法， 采用大型相對密度桶(直徑 120 cm)進行相對密度試驗，進一步校核大壩填筑設(shè)計標準，為壩料碾壓試驗和大壩碾壓施工質(zhì)量檢測提供堅實依據(jù)，對工程施工質(zhì)量、進度、經(jīng)濟效益等方面有著重要的影響。

2 適用范圍

適用于碾壓砂礫石料壩施工中相對密度試驗參數(shù)確定，為大壩填筑提供施工質(zhì)量控制標準。

3 相對密度試驗目的

通過對大壩填筑砂礫石料原型級配相對密度試驗，確定出滿足設(shè)計相對密度(≥0.85)要求的干密度控制指標，為大壩砂礫石料填筑提供控制依據(jù)。

4 相對密度試驗流程及操作要點

4.1 碾壓工藝試驗流程

圖1 相對密度試驗流程圖

4.2 相對密度試驗操作要點

4.2.1 砂礫石料現(xiàn)場原型級配相對密度試驗方案的確定

砂礫石料要確定設(shè)計相對密度所對應(yīng)的干密度指標，首先應(yīng)進行最大、最小干密度試驗，形成ρd-P5-Dr的三因素相關(guān)性成果，以便碾壓試驗確定能達到該密度的設(shè)計指標及施工參數(shù)。

為取得真實可靠的相對密度及最大干密度指標，本次試驗在依托某項目進行，對料場砂礫石料原型級配的不同礫石含量，依據(jù)NB/T 35016-2013規(guī)程進行現(xiàn)場原型級配料最大干密度、最小干密度試驗(相對密度試驗)。

4.2.2 相對密度試驗級配的選擇

現(xiàn)場相對密度試驗是參照設(shè)計文件中的原型級配線的基礎(chǔ)上,再根據(jù)砂礫石料場復查形成的料場上下級配包線試驗成果，進行比較后，確定料場級配滿足設(shè)計級配范圍要求后，采用料場全級配料，按照現(xiàn)場“密度桶法”進行現(xiàn)場最大、最小干密度試驗。礫石含量按照砂礫石料料場全級配線礫石含量，試驗組不少于5個礫石含量，礫石含量分別為上包線礫石含量66.7%，料場上平均線礫石含量71.8%、料場平均線礫石含量76.9%、料場下平均線礫石含為82.0%、料場下包線礫石含量為87.1%，進行最大、最小干密度試驗，據(jù)此計算得出不同礫石含量、干密度情況下對應(yīng)的相對密度控制標準。見相度密度試驗選擇的級配曲線表1、圖2。

圖2 砂礫石料現(xiàn)場原型級相對密度試驗配曲線圖

4.3 密度桶加工及使用

試驗加工密度桶直徑為120 cm，高80 cm，壁厚12 mm的鋼桶。將人工配置的原型級配料，按照級配摻合后松填入試驗桶內(nèi)，表面整理平整，測得原型級配最小干密度。再將砂礫石料填高于試驗桶頂20 cm左右，用26 t自行式振動碾，振動碾壓26遍，再定點振動碾壓15 min，挖除表面多余料，表面整理平整，測其干密度作為該碾壓機具情況下的最大干密度。

表1 砂礫石料現(xiàn)場原型級配相對密度試驗級配表

4.4 按下式計算不同礫石含量砂礫石料最大、最小干密度

(1)

(2)

式中：ρdmax為風干砂礫石料最大干密度，g/cm3；mj為風干砂礫石料壓實后質(zhì)量，g；Vt為密度桶體積，cm3；ρdmin為風干砂礫石料最小干密度，g/cm3；ms為風干砂礫石料松填質(zhì)量，g。

按下式計算砂礫石料相對密度Dr：

(3)

式中：Dr為相對密度；ρd為砂礫石料填筑干密度，g/cm3。

計算不同礫石含量對應(yīng)的干密度、相對密度Dr數(shù)值，繪制Dr-Pd-P5三因素相關(guān)圖，在施工中做為質(zhì)量控制標準。

4.5 試驗場地布置

在平坦部位布置現(xiàn)場最大干密度試驗場地，試驗場地的地基處理振動碾壓16遍，基礎(chǔ)堅實不再沉降，大壩填筑砂礫石料原型級配相對密度試驗平面布置如圖3。

4.6 現(xiàn)場操作方法

(1)密度桶體積測量

用水量的方法測出密度桶體積Vt，精度為0.1 cm3。

(2)密度桶的布置

在試驗場選定位置安放5個密度桶，將密度桶位置對應(yīng)標識在試驗場外。

(3)級配料配置和試驗料裝填

鋼桶按照1#～5#統(tǒng)一編號，按照以往工程經(jīng)驗及本工程砂礫石料特性選擇密度2.55 g/cm3配置試驗料總量，裝填后略剩余，將料分層平鋪，人工摻配后均勻裝填。密度桶周圍人工配合機械鋪填砂礫石料，5個桶內(nèi)人工松填經(jīng)摻配好的不同礫石含量的級配料，測定最小干密度，然后在頂部覆蓋同級配料20 cm左右，密度桶周邊用人工或機械平整表面，做好試驗密度桶的位置標識，振動碾在桶上振動碾壓26遍，再定點振動碾壓15 min，碾壓至無明顯沉降，再靜壓兩遍找平，人工挖除法測定桶內(nèi)料的干密度作為最大干密度。

(4)試驗結(jié)果處理：依據(jù)每個級配、每個礫石含量對應(yīng)的最大、最小干密度的平均試驗結(jié)果；繪制不同砂礫石料的三因素相關(guān)圖表。

圖3 砂礫石料原型級配相對密度試驗碾壓示意圖

4.7 最小干密度測定

(1)采用固定體積法測定最小干密度，人工用鐵鏟將砂礫石料松填于密度桶中。裝填時應(yīng)使鐵鏟中試樣徐徐滑于桶內(nèi)，直至裝填的砂礫石料與桶頂基本水平，再人工精確找平(直板尺測量)。當有大顆粒露頂時，凸出桶頂?shù)念w粒體積應(yīng)能近似地與桶頂平面以下的大凹隙體積相當。裝填過程中不得將試樣從桶口處直接倒入。

(2)稱量裝入密度桶內(nèi)的砂礫石料質(zhì)量ms。

(3)松填法測得的干密度為最小干密度。

4.8 最大干密度測定

1)裝料

(1)將備好的不同礫石含量試驗料用四分法分樣，人工用小桶倒入密度桶內(nèi)，直到與密度桶口齊平為止，過程每次稱量裝入密度桶的試驗料質(zhì)量，求和算出總裝料質(zhì)量，最后將剩余的同級配料全部裝入密度桶的上部。

(2)將級配相同的砂礫石料填入密度桶周邊，直到比密度桶口略低一些，防止桶周邊料碾壓時進入密度桶內(nèi)。

(3)密度桶內(nèi)及桶周邊補充級配相同試驗料，保持試驗料高出桶口約20 cm高度。

2)振動碾壓

(1)碾壓時選用振動輪寬度不小于200 cm的振動碾。

(2)將選定的振動碾在場外按預定轉(zhuǎn)速、振幅與頻率起動，達到正常工況。由試驗人員指揮進入試驗場地，行駛速度1～2 km/h，以前進、后退全振動依次碾過全部密度桶，前進、后退均計碾壓遍數(shù)，碾完最后一個密度桶，退出至少2 m遠外停車換檔，振動碾按照原軌跡后退到出發(fā)位置。

(3)往返碾壓26遍后，再依次分別在每個密度桶上定點振動碾壓不少于15 min。

3)最大干密度測試時，挖除桶口多余的及桶周圍的砂礫石料，將桶頂受擾動的砂粒料刮除，能人工找平的人工找平，無法人工找平的采用灌砂法量測試樣頂面到桶頂?shù)目障扼w積Vk。

4)挖出密度桶內(nèi)砂礫石料，稱其質(zhì)量mj。

5)最大干密度測定按照規(guī)程規(guī)范進行。

6)對碾壓后的級配再進行顆粒分析，檢測碾壓后的級配破碎情況。

4.9 相對密度試驗成果

(1)砂礫石料相對密度試驗，本次試驗采用料場原型級配的平均級配線求得最大干密度2.414 g/cm3，對應(yīng)的最小干密度2.052 g/cm3，最大干密度所對應(yīng)的最優(yōu)礫石含量76.9%。

(2)根據(jù)最大干密度試驗成果，選擇最大干密度峰值所對應(yīng)的最優(yōu)級配礫石含量，進行復核試驗，求得最大干密度2.423 g/cm3，對應(yīng)的最小干密度2.064 g/cm3，最大干密度所對應(yīng)的最優(yōu)礫石含量79.4%。

(3)從現(xiàn)場原型級配相對密度筒法試驗結(jié)果可以看出，采用料場原型級配進行的最大、最小干密度試驗結(jié)果最能切合工程施工實際情況，當?shù)[石含量79.4%時，所對應(yīng)的干密度值最大。選定的最優(yōu)礫石含量在76.9%～82.0%之間，可達到最大干密度2.423 g/cm3。

(4)根據(jù)不同礫石含量、最小干密度、最大干密度所對應(yīng)的相對密度試驗結(jié)果如表2，繪制出砂礫石料ρd-P5-Dr三因素相關(guān)圖見圖4。

表2 不同礫石含量、施工填筑干密度所對應(yīng)的相對密度

圖4 砂礫石料ρd-P5-Dr三因素相關(guān)圖

圖5 砂礫石料現(xiàn)場原型級配相對密度試驗碾壓前后級配曲線

4.10 砂礫石料的碾壓前后顆粒級配變化分析

對不同級配的砂礫石料碾壓后進行顆粒級配分析，了解砂礫石料在多次碾壓后的級配變化特性。通過碾壓現(xiàn)場目測和試驗結(jié)果可以看出，砂礫石料表面圓滑光潔，結(jié)構(gòu)密實，顆粒碾壓后不易破碎, 從圖5中看到碾壓前后小于5 mm含量為12.9%～35.2%，礫石含量64.8%～87.1%，對照碾壓前后砂礫石級配變化不大，說明本砂礫石料碾壓后對原顆粒級配變化很小，可以忽略不計。

5 結(jié)語

(1)根據(jù)“密度桶法”現(xiàn)場原級配相對密度試驗成果，最大干密度達到了2.423 g/cm3，全級配相對密度試驗克服了縮尺效應(yīng)的影響，能反映壩料實際物理性能。試驗全級配相對密度試驗，最優(yōu)礫石含量是79.4%，最大干密度達到了2.423 g/cm3，與其他同類工程比較，在數(shù)量級上基本是一致的。檢測上包線、上平均線、平均線、下平均線、下包線、最優(yōu)礫石含量曲線6個不同礫石含量確定的砂礫石料最小、最大干密度是準確可靠的，可以作為工程現(xiàn)場砂礫石料控制相對密度≥0.85要求的依據(jù)，砂礫石料ρd-P5-Dr三因素相關(guān)圖作為施工現(xiàn)場質(zhì)量控制標準。

(2)在后續(xù)的碾壓試驗及實際壩料填筑施工中，可以對本次的試驗成果進一步驗證。原型級配相對密度試驗規(guī)范了試驗標準，節(jié)約了成本和工期，加快了施工進度,間接的增加了經(jīng)濟效益，提高了質(zhì)量控制標準，促進了新技術(shù)的推廣使用。