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渭河堤防工程无粘性土料填筑施工质量控制

2014-10-26吕正强唐列俊

陕西水利 2014年4期
关键词:料场土料粘性

吕正强 唐列俊

(陕西省宝鸡峡工程局 陕西 宝鸡 721001)

渭河堤防工程施工中,咸阳以西渭河河段筑堤材料多为砂、砂卵石和砂砾石。按照堤防工程设计规范和施工规范对堤防工程填筑材料的要求,渭河河滩内的砂、砂卵石和砂砾石均符合规范对筑堤材料的要求,是合格的筑堤材料。但由于从宝鸡到咸阳段,渭河河滩分布的筑堤材料沉积位置、成因、结构状态等因素,其物理力学性能、颗粒级配等指标呈现多样性和较大程度的变异性,渭河主河道以北以砂砾石为主,并夹杂较多泥沙;渭河主河道以南以砂卵石为主,土料含泥量较少;杨凌到咸阳段以砂为主,该段主河道以南,由于南山支流入渭口冲刷回流的因素,部分土料沉积点可能就是十分纯净的砂。堤防填筑以河道取土为主,人工不可能,也没有必要改变筑堤土料的级配状态,这就对填筑施工的质量控制指标的确定和质量控制方法提出了不同的要求。施工前和施工过程中,应该针对堤防工程取料场所处的位置,对填筑取土料场进行充分的调查试验。按照《堤防工程施工技术规范》(SL260)的要求,试验、调查料场无粘性土的自然颗粒级配情况,根据设计要求对料场土质做试验鉴别,对筑堤土料的适用性做初步评估,核查土料特性,做土料颗粒分析试验、无粘性土的相对密度试验等,为堤身填筑施工做好基本的技术准备,确定符合施工质量控制指标的施工碾压参数,满足设计图纸和规范对堤防工程的质量要求。

1 无粘性土筑堤材料的料场调查、试验和质量控制指标

按照土力学关于土料的分类命名,砂、砂卵石、砂砾石通称为无粘性土料。堤防工程设计和施工规范要求,用无粘性土料填筑堤防工程时,应该采用相对密度进行填筑质量控制。工程上为了反映和表明无粘性土料所达到的密实状态,采用将现场土的孔隙比e和该种土所能达到的最密实状态时的孔隙比emin和最疏松状态时的孔隙比emax相比对的方法,以此来表示孔隙比为e时土的密实程度。这种度量土料密实程度的指标称为相对密度Dr,相对密度表达公式为:

式中,e——现场土的空隙比;

emax、emin——土的最大孔隙比和最小孔隙比。

土工试验规程对土的最大孔隙比和最小孔隙比的试验方法作了明确规定,一般的土工试验室都能试验测定。

当Dr=0时,表示土料处于最疏松状态;当Dr等于1时,表示土料处于最密实状态。一般情况下,用相对密度判定无粘性土的密实标准:当Dr≤1/3时为疏松状态;当1/3

实际测定和检验试验土的压实密度时,一般直接测定无粘性土料的压实干密度,试验应该从满足和方便施工质量控制的角度进行安排,试验和测定质量控制指标。相对密度表达公式采用干密度指标时,其表达公式为:

式中,ρd——施工现场碾压土料的干密度;

ρdmax、ρdmin——试验室试验测定无粘性土料的最大干密度和最小干密度。

试验室进行相对密度试验时,按照土工试验规程测定土料的最大和最小干密度ρdmax、ρdmin。然而在实际施工中,料场所取送的试样级配,因为料场土料位置、分区、成因等实际颗粒级配的变异性,可能不能完全代表料场土料的全部情况,应该进行试验组别试验。试验组别一是可以在料场不同区域,取送数组试样进行试验;二是可以根据料场情况进行试样制备,制备不同小于5mm含量的试样。已成无粘性土填筑施工工程的实践证明,土料级配中,粒径小于5mm的组分含量和ρdmax、ρdmin成一定的线性关系,所以,试验室可以按照粒径小于5mm的组分含量的不同情况,按照粒径小于5mm含量10%、20%、30%、40%等情况进行试样制备,分组进行相对密度试验,绘制粒径小于5mm的组分含量与ρdmax、ρdmin关系曲线,并根据公式计算某一控制相对密度下的施工控制干密度。在同一曲线图上绘制粒径小于5mm的不同组分含量与填筑碾压控制干密度ρd的关系曲线,该曲线就可以作为施工碾压质量的控制标准。因此,施工质量控制指标不是一个简单的干密度指标,这点与粘性土碾压干密度控制指标不同,应该是一个相对的指标概念,是一个质量数据系统,具体执行的质量标准应该与填筑土料小于5mm含砂量对应。

2 碾压试验和施工参数的确定

试验室完成无粘性土料的相对密度试验后,如何在施工中具体运用就需要具体确定施工参数。按照《堤防工程施工技术规范》(SL260)要求,应该通过现场碾压试验进行试验验证,并确定施工控制参数。碾压试验的目的为:一是核查土料压实后是否能够达到设计文件和规范规定的相对密度值;二是检查压实机具的性能是否满足施工要求;三是选定合理的施工压实参数、铺土厚度、压实方法和压实遍数;四是确定有关质量控制的技术要求和检测方法。

碾压试验的基本要求:一是试验应在开工前完成;二是试验所用的土料应具有代表性,并符合设计要求;三是试验时采用的机具应与施工时使用机具的类型、型号相同。

碾压试验方法及质量检测项目:在试验场地中设置若干个试验区,摊铺不同厚度的土料;每个试验区域按预定的试验计划、规定的操作要求,碾压至某一遍数后,在填筑碾压作业面上取样做填筑干密度检测。机械碾压时应控制行车速度,一般不宜超过下列规定:平碾和振动碾为2km/h,铲运机为2档。取样时,应同时用5mm分析筛对土样进行筛分、称重,计算小于5mm粒径组分百分含量,与试验室相对密度试验报告ρdmax、ρdmin关系曲线进行对照。每个试验区每次的取样数应达12个,测定干密度值。测定压实后土层厚度,并观察压实土层底部有无虚土层、上下层面结合是否良好,并作记录。如果压实机具种类不同,碾压试验应至少各做一次;若需对某参数做多种调控试验时,应适当增加试验次数。碾压试验的抽样合格率,宜比大规模施工时规范规定的合格率提高3个百分点。

碾压试验完成后,应对试验资料进行整理分析,绘制不同铺土厚度时的干密度值或相对密度值与碾压遍数的关系曲线等。根据碾压试验结果,出具碾压试验报告,提出正式施工时的铺土厚度、碾压遍数、相对密度控制指标等施工碾压参数。由于粗粒料的无粘性特征,碾压试验和施工质量控制一般不对土料含水量进行控制。

3 无粘性土料填筑施工质量控制与评定

《堤防工程设计规范》规定,无粘性土料堤防的填筑质量标准应该按照相对密度确定,1、2级以及高度超过6m的3级堤防,填筑相对相对密度Dr不应小于0.65;低于6 m的3级及3级以下堤防填筑相对密度Dr不应小于0.60。采用无粘性土料筑堤时,施工填筑干密度合格率,1、2级堤防应大于等于90%,3、4级堤防应大于等于85%,并同时规定,不合格样的干密度值不得小于设计干密度值的96%。实际填筑碾压施工过程中,通过试验室试验和现场碾压试验,已经确定了基本的碾压施工参数和根据相对密度控制指标计算的控制干密度。但如前所述,现场实际的碾压干密度与填筑土料中小于5mm粒径组分的百分含量有关,所以,每次取样检验、试验压实质量时,要对取样坑中所取得的土样用5mm筛进行筛分,计算其百分含量,在控制干密度ρd与小于5mm粒径组分含量的曲线上截图查取一个所取土样的实际控制干密度,或者通过内插法计算一个控制干密度,用测定所取探坑的干密度和查得或计算所得的控制干密度进行比对。实测干密度大于或等于控制干密度,则该探坑试样合格,碾压质量合格。

4 结语

采用控制相对密度Dr~控制干密度ρd曲线控制无粘性土料的碾压质量,可以比较如实客观的反映土料在不同物理力学、不同颗粒级配状态下的填筑质量,避免了现场填筑碾压施工过程质量检验、试验结果出现的假性合格和假性不合格。同时,由于在Dr~ρd曲线上查取和计算对应于小于5mm组分含量的控制干密度十分简单快捷,也方便了现场碾压填筑的质量控制,在无粘性土料填筑碾压质量控制过程中值得采用。

[1]孙陶,高希章.土石坝无粘性粗粒料填筑标准和质量评价探讨[J].四川水利发电,2006(4).

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