砂砾料原级配现场相对密度试验在工程中的应用

曾 源

（新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队 新疆 昌吉 831100）

1 前言

新疆吉音水利枢纽挡水建筑物采用混凝土面板堆石坝，坝体填筑主要包括堆石料、垫层料及过渡料、任意料和土料填筑。实际测得C3料场砂砾料原料的比重为2.85～3.00，比重较大，且目前的振动碾压设备技术发展较快，激振力较大，而室内最大干密度试验装置粒径偏小，用等量替代法所测得的最大干密度和最小干密度较施工现场明显偏小，从而导致算出的相对密度远远大于设计相对密度，并不能反映工程现场情况。

因此，业主经论证决定，砂砾料相对密度试验采用砂砾料原级配现场相对密度试验，来求得原级配最大干密度及最小干密度，并绘制三因素（P5～ρd～Dr）关系曲线，从而指导工程现场相对密度试验。

2 试验目的、总体设计方案和引用标准

2.1 试验目的

（1）核实坝料设计填筑标准的合理性和可行性。

（2）确定达到设计填筑标准的施工方法(包括压实机械类型、机械参数、施工参数等)。

（3）检验所选用的压实机械的适用性及其性能的可靠性。

（4）研究确定坝料填筑工艺，为制定填筑施工实施细则确定依据。

2.2 试验总体设计方案

（1）先确定试验场地和碾压机具。

（2）然后进行筛料和配料，配料采用等量替代法，对原平均级配超径部分进行等量替代。

（3）最后对P5含量为40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂砾料进行最大干密度和最小干密度试验，算出相对密实度在0.70～1.00时的干密度。

（4）对砂砾料原级配现场相对密度试验进行分析，并绘制三因素（P5～ρd～Dr）关系曲线。

2.3 引用标准

（1）《土工试验规程》SL237-1999。

（2）《土石筑坝材料碾压试验规范》NB/T 35016-2013。

（3）《水利水电工程天然建筑材料勘探规程》SL251—2000。

3 试验

3.1 试验区场地选择

此次碾压试验场地选择在坝后左侧的砂砾石原基上，试验区场地使用“山推SD32”推土机进行整平，用水准仪进行测量，控制平整度，确保试验区场地坚实平整。然后使用22自行式振动碾的最大工作质量，按2km/h～3km/h的速度碾压，直到每碾压2遍后，全场平均沉降量不大于2mm，整场高差小于20cm且局部起伏小于5cm。

表1 振动碾相关参数

图1 密度桶布置示意图

图2 密度桶布置现场

表2 各级配制样数量

表3 最大干密度和最小干密度试验结果

表4 三因素曲线图

图3 三因素曲线图

3.2 试验碾压机具

砂砾料碾压机具采用山推工程机械股份有限公司生产的22t自行式振动碾，碾压机械的技术性能参数见表1。

3.3 场地要求和密度桶布置

此次碾压试验区范围为13m×40m（碾压方向长40m），每铺填一层试验料，将每碾压2遍后全场平均沉降量不大于2mm作为铺料厚度的控制基准。

加工4个带底无盖钢桶，密度桶壁厚为 20mm，直径为 140cm，高度为 80cm，标定每个桶的体积精确至1cm3，并给桶做编号。密度桶用挖槽布置，挖出5m×20m，深度1.0m的一个探槽，在试验场内预定位置安放四个密度桶，将其中心点位置用石灰石对应标识在试验场外，在桶底碾压体表面均匀铺一层厚度为5cm左右的细砂，静碾2遍。每个桶离槽边1.5m，桶与桶间距3m，密度桶布置见示意图，如图1、图2。

3.4 试验用料

本试验采用C3料场不大于600mm的砂砾石全料，符合现场填筑砂砾料粒径要求。振动碾采用拖式碾，振动相关参数符合规范要求。其试验过程均按规范进行。

首先进行筛料和配料，由于密度桶最大直径为140mm，因此试验最大粒径不能超过300mm，配料采用替代法对原平均级配超径部分进行等量替代，按照原位三因素P5和P超的关系以及比例，对筛分的每一级颗粒进行掺配，掺配成P5含量为40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂砾料。掺配表如表2。

3.5 最大干密度和最小干密度试验

3.5.1 最大干密度试验

将配制好的试验料搅拌均匀后，四分法人工装填并高出桶顶20 cm左右，用类型和级配大致相同的砂砾料铺填密度桶四周，高度与试验料平齐。将选定的振动碾在场外按预定转速、振幅与频率起动，行驶速度为2km/h～3km/h，振动碾压26遍后，在每个密度桶范围内微动进退碾压15min。在碾压过程中，应根据试验料及周边料的沉降情况，及时补充料源，使振动碾不与密度桶直接接触。碾压完成后，人工挖除桶上和桶四周的砂砾石至低于桶口10 cm左右为止，并防止扰动下部试样。用灌水法或灌砂法测料顶面到桶口的体积，将桶内试样全部挖出，称量桶内剩余试样质量，用已校核好的密度桶体积减去测料顶面到桶口10cm的体积，以求得剩余料体积，用称量好的桶内剩余试样质量，除以剩余料体积，求得最大干密度。

3.5.2 最小干密度试验

采用人工装填法按级配要求将砂砾料均匀松填于密度桶中，装填时将试样轻轻放入桶内，防止冲击和振动。装填的砂砾料低于桶顶10cm左右，用灌水法或灌砂法测料顶面到桶口的体积，其余步骤同最大干密度试验一样，以求得最小干密度。每个P5含量分别装两个桶，对试验结果求平均值，两次试验的干密度值不大于0.03g/cm3。灌水法试验和含水率试验符合规范的相关规定。试验结果如表3。

最后整理数据，绘制三因素曲线。见图3及表4。

4 结论

（1）通过对P5含量为40%、50%、60%、70%、80%、90%的混合砂砾料进行最大干密度和最小干密度试验，算出相对密实度在0.70～1.00时的干密度。

（2）对砂砾料原级配现场相对密度试验进行分析，并绘制三因素（P5～ρd～Dr）关系曲线，指导工程现场相对密度试验。

（3）根据以上碾压试验的成果分析，供选择的砂砾料施工参数为：C3料场砂砾料采用进占法卸料，铺料厚度80cm，天然含水状态碾压，22T自行式振动碾振动碾压8遍，行车速度≤3km/h，压实干密度可满足相对密度＞0.85的设计要求。陕西水利

[1]（NB/T35016-2013）土石筑坝材料碾压试验规范[S].北京:中国电力出版社，2013.

[2](SL237-1999)土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社，1999.