葛 娟
(陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 咸陽 713800)
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。
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。
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)。
圖1 相對密度試驗流程圖
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
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
(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。
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。
(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
(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。
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。
(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
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。
(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。