三点击实法在东湖水库围坝填筑过程中的应用

谢志平，魏光银

(浙江省水电建筑安装有限公司，浙江杭州 310051)

1 工程概况

东湖水库是围坝平原水库，围坝轴线长度8 125 m，最大坝高13.7 m，总库容为5 377万 m3，调节库容4 698万m3.主要包括围坝、干渠分水闸及穿小清河倒虹、入库泵站、入(出)库涵闸和放水洞等.坝体座落在砂壤土地基上，筑坝土料采用库内砂壤土、裂隙粘土和壤土，共需土方填筑量约700万m3.围坝防渗结构分别采用C10塑性混凝土防渗墙和复合土工膜，上游坝面采用开孔垂直联锁混凝土预制砌块护坡，下游设有压重平台和排水体系.

2 筑坝质量检测的重要性和检测方法

土坝填筑过程中的质量检测是施工中质量控制的重要手段，也是及时撑握坝体实体质量和收集土坝填筑主要相关数据的重要阶段，为建筑实体的评价提供质量检测依据.因此，司洪洋等［1］规定了检测项目和检测的频率，在监理规范中明确了平行检测和跟踪检测的数量，建设单位委托第三方检测，质量监督部门不定期抽检，共同形成了质量管理的检测体系.

填土质量控制设计指标是压实度0.98，在保证施工质量的同时保证施工进度，选取何种检测方法能快速准确的检测出压实度指标是关键.经过专家组多次商讨，最终确定采用三点击实法作为现场填筑质量检测的主要方法.该方法“不需要测定含水率，仅在测定密度后用测定密度试验的土样做三种含水率的击实试验”［2］，就可以确定填土的压实度和最优含水率，并能适应不同土料压实性的变化.

2.1 三点击实法的原理

2.1.1 土的容重比C

依据土的击实原理

C=填土实密度(ρf)/含水量相同的土用标准击实的湿密度(ρo)

其中:ρdf—填土实测干密度;

ρdo—标准击实的干密度;

ωf—填土含水率.

2.1.2 压实度D

从上式可知:由于含水量相同，所以湿密度比等于干密度比.

ρdf(1+ωf)—填土湿密度，用环刀取土称其湿土重再除以环刀容积即可.

ρdma(1+ωf)—相同含水量土的最大湿密度，土源来自环刀取土的位置.

ρdma(1+ωf)用“三点击实法”实验计算.该法的优点在于能较好的考虑土料压实性的变化.

2.2 三点击实试验法的操作方法

2.2.1 图解法

三点击实控制图见图1.

图1 三点击实控制图

(1)需要预先绘制一张“三点击实控制图”

(2)测定填土湿密度ρf，标在横坐标为0的相应纵坐标上.

(3)将三个测得击实密度(ρ1、ρ2、ρ3)依据各自的加水率(Z=0、2、4)点在各自的斜线上，然后做垂线交于Z=0的斜线上，最后做水平线交与各自的Z=0、2、4 位置上.

(4)将(1)(2)(3)点连成光滑曲线，取其顶峰数值即为变换最大湿密度.

(5)求压实度D，由最高点引水平线与Z=0%的斜线相交，再由相交点作铅直线与ρf引出的水平线相交，查出此交点在斜线的读数.

D=100+(斜线读数)%

(6)求最优含水=率与填土含水率差值Zm=最大纵坐标点的横坐标读数.

图解法经过多次竖、横向的画线定点，累计误差较大，精度较差.

2.2.2 加水条件下的数解法操作方法［1］

(1)用环刀法测定填土湿密度ρf;

(2)取保持原有填土含水率的土样进行标准击实，得 ρ1，变换湿密度 ρ'1= ρ1/(1+0);

(3)取保持原有填土含水率的土样加水2%，拌匀后标准击实，得 ρ2，变换湿密度 ρ'2=ρ2/(1+2%);

(4)取保持原有填土含水率的土样加水4%，拌匀后标准击实，得 ρ3，变换湿密度 ρ'3=ρ3/(1+4%);

绘制(ρ'1，0)，(ρ'2，2)，(ρ'3，4)三点抛物线图，用下式计算变换最大湿密度ρm和最优含水率与填土含水率的差值Zm.

其中:Yb=ρ'2-ρ'1Yc=ρ'3-ρ'1

公式推导条件:(1)三点击实试验为加水情况;(2)加水率Z=0.02.

2.2.3 加、减水条件下的数解法操作方法

(1)取保持原有填土含水率的土样进行标准击实，得 ρ1，变换湿密度 ρ'1= ρ1/(1+0);

(2)取保持原有填土含水率的土样加水2%，拌匀后标准击实，得 ρ2，变换湿密度 ρ'2=ρ2/(1+2%);

(3)当(2)点的变换湿密度小于(1)点时，将原有填土含水率的土样减水2%、拌匀后标准击实得ρ3，变换湿密度 ρ'3= ρ3/(1-2%);绘制(ρ'1，0)，(ρ'2，2)，(ρ'3，4)三点抛物线.

(4)当填土含水率大于最优含水率时，第(2)点可以直接将原有填土含水率的土样减水2%、第(3)点减水4%、或者从第(1)点开始就逐级减水2%;将(ρ'1，0)，(ρ'2，-2)，(ρ'3，-4)绘制三点抛物线.

(5)当填土含水率小于最优含水率时，可以直接将原有填土含水率的土样加水2%、第(2)点加水4%、第(3)点加水6%.将(ρ1'，2)，(ρ'2，4)，(ρ'3，6)绘制三点抛物线.

3点加-减水、4点加减水、4点加水等情况下的最大变换湿密度计算和最优含水率与填土含水率的差值计算，不能直接使用(2)和(3)式，可以采用三点击实曲线平移法，将水平坐标的负值部分平移至水平坐标的正值部分后再利用加水三点击实计算.加-减水量曲线平移至加水量曲线见图2.

图2 加、减水量曲线平移至加水量曲线

最优含水率与填土含水率的差值计算，是平移后变为“三点加水”情况下利用(3)式计算.平移前后最大变换湿密度的数值不变.

因此，算出的最优含水率与填土含水率的差值要加上平移部分.

下面验证平移法的正确性:

A按从小～大的顺序排列后用(2)式计算最大湿密度1.942;

B上图是平移后的击实曲线，利用多项式回归公式计算最大湿密度1.942;

C下图是原始击实曲线，利用多项式回归公式计算得的最大湿密度也是1.942;

验证表明:因为水平移动不影响曲线的纵坐标值.所以.减水条件下的最大湿密度计算可以直接采用(2)式计算，但是(ρ'1)，(ρ'2)，(ρ'3)必须按从小到大的顺序排列.

最优含水率与填土含水率的差值计算也可以采用(3)式计算，但是必须将计算结果+最大减水量值(水平移动的部分).

此法不需要测定含水率，仅用测定密度试验的土样做三种含水率的击实试验，就可以确定压实度和最优含水率与填土含水率的差值.

3 三点击实操作中容易出现的错误

3.1 形不成三点凸线

(1)由于填土含水量过低，加水量增加到4%时还未超过最优含水率，因此，水量越加的多，击实湿密度越大，呈直线上升，出现曲线无下降拐点.

(2)填土含水量过高，减水量减到2%时还未低于最优含水率，填土含水量过高时击实曲线也形不成三点凸线，因此，曲线无拐点.

3.2 加水反弧线

加水反弧线实际检测记录见表1.

表1 实际检测记录

原因是未执行“第2点小于第1点时，第3点应减水”的重要原则.第3点不应当加水二应当减水.加水反弧线图见图3.

图3 加水反弧线图

3.3 减水反弧线

原因是未执行“第2点大于第1点时，第3点应继续加水”的重要做法.第3点不应减水，而应加水.减水反弧线图见图4.

图4 减水反弧线图

3.4 弧线平滑

填土含水率大，第3点减水太少(3点的湿密度应低于1点)同理，填土含水率小，第3点加水太少.检测记录见表2，平滑图见图5.

表2 弧线平滑检测记录表

4 最大湿密度的计算方法

4.1 三点加水击实法的最大湿密度的计算

检测记录表见表3，计算简图见图6.

表3

图6 最大湿密度计算简图

可以直接使用(2)(3)式算:

计算 ρm=1.835 7/1.835 7

填土含水率小于最优含水率时，2点和3点的击实加水为0.02与0.04，最大湿密度的计算使用公式(2);最优含水率与填土含水率的差值计算用(3)式.另外用电子表格绘制加水量与变换湿密度的关系图，再用多项式回归计算，图中显示出抛物线和回归公式.找出最大湿密度的加水量值，代入公式计算最大湿密度.得出结论是在加水的情况下数值法计算和图解法计算结果一致.

图5 弧线平滑图

4.2 填土减水情况下三点击实的最大湿密度的计算

填土减水情况下的三点击实最大湿密度可以直接利用(2)式计算.但是(ρ'1)，(ρ'2)，(ρ'3)必须按从小到大的顺序排列.

表4 填土减水情况下三点击实的最大湿密度

最优含水率与填土含水率的差值计算也可以采用(3)式计算.但是必须将计算结果=最大减水量值(水平移动的部分).

4.3 非常情况下的计算

4.3.1 填土含水量大于最优含水率3%

减水-2%后还未出现凸形曲线时，再继续减水-4%形成凸形曲线.去掉加水的(2)点，重新按从小到大的顺序排列 ρ1'，ρ2'，ρ3'.最大湿密度可以直接利用(2)式计算.最优含水率与填土含水率的差值计算，必须将计算结果 +最大减水量值(-0.04是最大减水值的水平移动部分).

4.3.2 填土含水量小于最优含水率4%

连续两次加水至4%后还未出现凸型曲线时，再继续加水6%后形成凸型曲线.去掉(1)点，绘制三点击实曲线图，最大湿密度直接利用(2)式计算，最优含水率与填土含水率的差值计算，必须将计算结果+0.02(加水量值水平移动的部分).

4.4 三点击实的数量规定

经对实测干密度统计资料的分析，大约有40%的测点(包括压实度＜0.98和＞1.0)不合格，原因是用了一个共用的最大干密度.在上坝土料不均匀的情况下宜采用“三点击实法”，每个点都相应的做最大湿密度.这样就增加了检测的工作量，甚至出现实验室应对不了大量的检测任务.但是，从实测资料来看:不均匀坝体所占的比例40%左右，并且分为＜0.98和 ＞1.0的两种不合格类型.建议以“一批检测量”为单位进行简单的实测湿密度资料统计分析;取其平均值作为0.98的控制干密度，再上推确定压实度100%的控制干密度值，以控制干密度的上下限为“不合格划分线”，这样就把该批的统计资料划分为三部分，做三个“三点击实试验”就可以了.

但是，注意每个检测点必须同时取“三点击实试验”用土，并做好土料与环刀取样的记录标签，密封保护送至实验室.实验室按照两类不合格的检点找出相应密封的“三点击实试验”土样加做三点击实试验.

由于掺和土料的复杂性，可能会出现一些特殊的不合格湿密度检点，也要及时补做三点击实试验.一批压实度检测资料大约做3～5个三点击实试验.

5 结语

三点击实试验法最大的优点是不需要测定含水率，并适用于不同土料压实性的变化，能快速检测出压实度指标.所以东湖水库工程围坝土方填筑采用该方法后，大大缩短了土料上坝等待时间，加快了土方填筑的施工进度，也保证了工程施工质量的需要.

［1］中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5129-2001碾压式土石坝施工规范［S］.北京:中国电力出版社出版，2001.

［2］中华人民共和国水利部.SL237-1999队土工试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［3］中华人民共和国建设部.JGJ79-2002，J220-2002建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社出版，2002.

［4］江志峰.平原水库围坝填筑压实质量控制技术［J］.科技促进发展:应用版，2011(2):114-116.