郁 濤

（浙江翰達工程檢測有限公司，浙江 杭州）

引言

在水利工程建設中，粘性土由于滲透性差，大量應用于堤壩、壩體和建筑物回填等領域，粘性土雖然滲透性較差，但需通過機械碾壓以獲得較高壓實度，以確保其滲透性、強度、壓縮性、穩(wěn)定性等。填筑材料密實程度是工程質量的重要指標，其工程建設和工程完工后均要進行檢驗，如果不能滿足工程設計和技術規(guī)范的要求，將會引起壩體和壩體沉降過大、滲漏等問題。壓實度是在施工現場上進行碾壓后測量的干重與在室內進行實驗時所獲得的最大干重百分比，為了對壓縮過程進行精確、高效的控制，應正確、科學地測量最大干密度和現場感密度。在國內的設計中，一般都是以輕、重兩種方法來計算回填土的干重和水分含量，以求最大的干密和最佳的水分含量。一般使用環(huán)式、注砂法、核子計等對壓實進行檢測。在實際工程中，由于抽樣點設置不當、人工作業(yè)不夠標準、壓實數據不準確、天氣等原因導致測量結果不準確，會嚴重地制約施工質量和工程驗收。

1 壓實度含義與壓實度失真常見問題

1.1 含義

壓實度是指壓縮后土壤的干重與最大干重之間的比率，通常用百分數來表達。壓實性是衡量土層壓實程度的一個重要參數，它反映了土層在施工中的緊實性，其密度高表明土層密度大，施工場地的總體品質也較好。壓實度測試方法主要包含實驗室測試（即擊實實驗）和施工現場原位密度檢測[1]。

1.2 常見問題

在水利工程施工中，必須進行土壤置換、挖后充填、地基處理和回填方的壓實性檢驗。但在實際生產中，往往存在著超壓問題（如壓實率超過100%）。在工程施工中，從工程性質、經濟角度來看，在選擇測試方法、樣品均勻性、檢測點的代表性方面，都會影響到填料的現場選擇；對實驗資料進行了大量的修正。參考建筑工程施工現場的密實測試有水撼法、灌砂法、環(huán)刀法等[2]。

2 室內土工實驗

2.1 無粘性土最大干密度實驗

在計算無黏土壓實度（相對壓實度Dr）工藝中必不可少的一個參量(58.3)，也就是所謂的最小孔隙率。不同于常規(guī)方法獲得的最大干重，常規(guī)壓實實驗無法達到最大干重的要求。按加載特性將其最大干密度測定方法劃分為錘擊法和振錘法（60.61、62）。錘擊法是用于稍有黏性的砂土，這是一種采用JDM-1 型電動相對密度儀的非粘性土方法。實驗方法：（1） 土壤樣品準備：用砂土和河砂制作10 份土壤樣品，每批樣品按2%的比例混合，準備好后用塑料袋密封，放置一晚。（2） 測試作業(yè)：按規(guī)格填入土壤樣品，用容器固定土壤樣品，再將擊棒放下，開啟電閘；當振動時間設定好后，2、3 層均按以上步驟進行，振動結束后，將樣品取出并平整，記錄樣品的體積、質量，然后進行干燥、水分測定。在無黏土最大干密度測試中，應同時進行兩次平行測量，其密度差不能大于0.03 g/cm，兩次測量結果的平均值為164.651。采用機械振動錘擊方法，可以最大限度地滿足無黏土的最大干密度測量。（3） 繪制曲線圖：分別畫出砂土、河砂的最大干密度-最佳函數率關系，橫坐標是水分，縱坐標是干密度，曲線上的橫軸是指最大干重和最佳含水量。從砂地最大干重和最佳含水量的關系可知，最大干重為2.374 g/cm，最佳含水量為10.5%。從砂地最大干重和最佳含水量的關系可知，最大干重為2.082 g/cm，最佳含水量為9.0%[3]。

2.2 顆粒分析實驗

在土工測試規(guī)程中，0.075 mm 以上的土壤粒子必須采用篩分法進行分析測試，而0.075 mm 的土壤粒子應采用密度儀1661，根據測試結束后的資料，計算出不均勻系數Cu，曲率系數Cc，碎石含量Gravel，利用砂粒含量Sand，細料含量Fines 等參量，對兩種土壤進行了初步的分析。不均勻系數Cu 與不連續(xù)系數Cc 詳情見公式（1）與公式（2）。其中，Gravel 為土壤樣本當中的礫石含量百分比（4.75～75 mm）；Sand 為土壤樣本中砂含量百分比（0.075～4.75 mm）；Fines 為土壤樣本中粉料含量百分比（＜0.075 mm）。

式中：d60為限制粒徑，小于此粒徑的土壤含量占據土壤質量粒徑的60%；d10為有效粒徑，小于此粒徑的土壤含量占據土壤質量粒徑的10%。

式中：d30為閑置粒徑，小于此粒徑的土壤含量占據土壤質量粒徑的10%。

3 室內檢測

3.1 實驗土槽準備

為防止SDG 的電磁性能對測試造成影響，本實驗將使用木制的土槽。由于密度儀的基體直徑為28 cm，最大實驗深度為30 cm，因此，在計算邊界效應的作用下，該儀器具有較好的穩(wěn)定性，最后確定了長、寬各90 cm、高30 cm 的土槽。另外，鑒于在實驗期間必須采用水震砂工藝，所以事先在坑底及周圍加了一層厚塑料薄膜，以阻止水流從坑內漏出。結果表明，與實驗結果相符。另外，在凹槽的右邊，有一個可以從側面開啟的開關，考慮到第三階段的測試，需要對土壤進行排水，所以在實驗前就已經準備好了濾網，在裝填時，只要把濾網放在右邊的開關上，就能把濾網牢牢地鎖在里面[4]。

3.2 土壤樣本準備

本實驗所選用的土樣都是粒度優(yōu)良的無粘土，其中砂質含量高，且部分粒度太大，必須進行粗篩，而河砂物料中的石質含量低，沒有大顆粒的石塊，無需進行大量的加工。在實驗完成后，采用SDG 密度儀和水撼法對兩種材料進行了實驗，測定了水前、剛水、水震三種情況下的性能，前置參數預設菜單詳情見圖1。為了便于描述，將水撼前、剛水撼、水撼完成后三種狀態(tài)分別用一、二、三代替。

圖1 前置參數預設菜單

3.3 實驗操作

3.3.1 土壤樣本一實驗 首先，將土壤樣品裝入土槽，在充填過程中，要將濾網緊密地固定在開口部，在填土量達到要求的情況下，將土壤表面修整到平整，并確保與模型頂部的位置保持一致。接著，利用SDG密度儀對土壤進行檢測，以最大限度地從中間的位置進行實驗，以確定SDG 密度儀的穩(wěn)定性。然后，利用測量裝置的位置，對土壤各部位進行測量，將其作為水撼方法的對照點，以提高實驗精度；水撼實驗中，對相同的點進行兩次測量，將兩次測量的平均值作為最后的實驗結果，對SDG 密度儀實驗的適應性進行了分析。在SDG 密度儀測量完畢后，對其進行水撼實驗。在所有操作完成后，一次狀態(tài)測試至此結束。

3.3.2 土壤樣本二實驗 在水撼時，需要用振動桿將土壤壓實，然后在水撼時將振動棒插入土壤中，反復振搗，直到土壤不再滲入，當土壤完全飽和時，土壤就會被水淹沒。在地基震實后，必須對整個地基進行平整，以確保地基周圍的高度均勻。所有步驟結束后，重復狀態(tài)一實驗的各項操作，在此不再贅述。

3.3.3 土壤樣本三實驗 第二階段測試結束后，進行排水作業(yè)。開啟土槽一側的開關，用一把小刀在塑料薄膜上輕輕劃開，讓土壤中的水分不停地流出，直至沒有水分從土壤中流出，作業(yè)結束。之后的所有檢測工作均與狀態(tài)一、狀態(tài)二實驗相同，在此不再贅述。

3.4 土壤樣本不同狀態(tài)含水率實驗

由于SDG 密度儀能夠對土壤的濕密度、干密度、壓實度進行測量；在以往的實驗中，采用灌水方法對兩種樣品進行了濕密度、干密度和壓實度的測定，并對各種情況下的水分含量進行了測定。干燥器皿是在實驗室里使用的干燥容器，在不同的條件下，用托盤稱出不同的樣品，然后放到干燥箱中，溫度設定在105～110 ℃[5]。

4 SDG 土壤密度儀砂土檢測實驗

SDG 密度儀的實驗結果是否穩(wěn)定，是衡量其性能的一個重要指標，也是研究其在無粘土中應用的先決條件。假設同樣條件下，用電磁方法反復實驗，得到的結果會有很大的變化，那么操作者就不能確定這一點的真?zhèn)巍Ｒ虼?，不能采用SDG密度儀探測無粘性土體。其次，為了全面地評估電磁法在土壤中的應用，需要收集到大量的樣品檢驗資料，而在這些樣品中，每個樣品的測量值是構成大樣品數據的基礎。因此，用電磁方法對相同點的無粘性土進行反復測量是非常有意義的。采用電磁方法對土壤進行單點測量，其方法非常簡單，其工作原理是：首先，要在被測土壤中的任何一個點中選擇一個點作為測量點。再用電磁方法反復多次實驗，最終將實驗數據進行記錄和整理。本研究以砂土實驗資料為基礎，分別從不同情況下的單點實驗資料和各項指標資料，對電磁法在砂土中的實驗結果進行評估，詳情見表1、表2、表3。

表1 SDG 檢測砂土狀態(tài)一同一點數據

表2 SDG 檢測砂土狀態(tài)二同一點數據

表3 SDG 檢測砂土狀態(tài)三同一點數據

5 結論

本研究主要研究主體為SDG 密度儀在無粘性填土壓實領域當中的適用情況為目標，選取砂土與河砂兩種典型無粘性土材料，通過對二者不同狀態(tài)下測試數據進行對比、分析、總結后得出以下結論。

（1） 通過對不同條件下的多個單一點的反復實驗數據進行比較，發(fā)現在同一點上，每一次測量結果的誤差都是非常微小的。由此，可以斷定SDG密度儀在實驗中表現出很好的穩(wěn)定性。（2） 通過對SDG 密度儀和灌水方法進行對比分析，結果表明：SDG 密度儀測量無粘性土樣時，其壓實度和干密度指數與實際值相比有很大的差異，而水分指數的偏差情況與物料自身的水分含量有關。比如，在砂質和河砂的條件下，二者自身的水分含量都比較低，SDG 的測量結果與實際情況相差很大。但在后兩種情況下，二者的含水量都比較高，SDG 的測量結果與實際情況相近，甚至比實際情況稍好。結果表明，在SDG水分測量中，其自身的水分含量是決定其測量結果的關鍵。（3） SDG 密度儀在測量無粘性土體中的應用不如對粘質土進行測量，因為其粒徑一般都很大，所以測量出來的結果與實際值有很大的差異，但這并不意味著在這個時候測量的結果就不能被使用。將SDG測量的各個指標和灌水法的實測數據進行了擬合，結果表明，兩種測量方法的壓實度、干密度和含水率均存在較好的相關性，其擬合公式可靠性較高。即通過建立的擬合公式，能夠比較精確地求出各個指標的實際數值。以上結果表明，SDG 密度儀在測量無粘性土體的過程中具有很好的適用性，可以在無粘性土體的壓實度測量中得到很好的應用。（4） 應用單變量方法探討SDG 密度計測量中預參數變化對測量結果的影響。通過對不同條件下的河砂進行測量，得出了最大干密度、最佳含水率和曲率系數；在SDG密度計中，砂粒含量、細料含量等參數的變化不會使其測量結果產生明顯的影響。非均勻性是SDG 測量中最重要的一個先決條件，在不均勻系數值小于40 的情況下，SDG 測量結果比較穩(wěn)定，但一旦不均勻度大于40，干密度值出現了突變，與實際值相近；但在不均勻系數持續(xù)增加的情況下，其干密度沒有顯著的改變，說明非均勻系數40 時為一個臨界點。另外，應注意到，不均勻性系數的變化僅對干密度有一定的影響，而不會對含水量有任何影響。在干重和含水量兩方面都有影響的參數為礫石量，在礫石量低于10 時，其干重和含水量基本不變。但隨著砂礫含量的增加，其干重和含水量的變化都比較顯著，且干重逐漸增加，含水量逐漸減小。這種預設參數效應定律可以應用于SDG密度計測量各種非粘性土體。

6 結論

水利工程壓實度檢測精度對于工程整體質量有著直接影響，同時與施工進度也有著一定關聯，若想促使水利工程建設工作成效進一步提升，便需要相關單位加大對實驗測試結果準確性關注力度。同時，相關工作人員也需通過檢測工作不斷積累自身經驗，適當改進實驗檢測技術，從而為水利工程事業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎。