统计分析法评价某坝体填筑压实质量的工程应用

张家柱

统计分析法评价某坝体填筑压实质量的工程应用

张家柱

统计分析法是研究随机现象的统计规律，由于随机现象的普遍性，使得统计分析法具有极其广泛的应用。压实干密度作为坝体的主要控制指标受到土料含水率、铺筑厚度、土质性质、压实功能等诸多因素的影响。坝体填筑施工采用分层填筑、分层压实。每一填筑层施工完成后随机均匀地抽测压实层的压实干密度值来进行质量控制。本文借助统计分析法的频率分布图、极差控制图来综合分析和评价坝体的压实质量状况，分析相关规律。

一、工程概况

某水库大坝为均质土坝，坝高18.0m，大坝原设计标准采用50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，后经规划调整变更为按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。根据加固设计的要求需要对原土坝坝体进行加高培厚，大坝加高4.0m，坝顶宽度5.0m。大坝加培采用土料取自库区上游的料场内，填筑土料的颗粒组成为：砂粒（0.1～0.05）14%，粉粒（0.05～0.005）54%，黏粒（0.005）32%。塑限ωp=23.4%，液限ωL10=37.1%（ωL17= 43.1%），塑性指数Ip10=13.6（Ip17=19.7）。填筑土料的最大干密度为1.67 g/cm3，最优含水率ωop=18.8%。经现场压实试验确定的施工方法：每层虚铺土厚度35～40cm,铺土过程中采用推土机整平后，用振动平压实。设计要求填筑压实层的控制干密度为1.57g/cm3,最小干密度不小于1.51g/cm3。

二、坝体填筑压实干质量控制与分析

1.压实干密度控制

每个压实层面按照要求施工完成后，在层面内随机均匀地抽取10处检测点，开挖探坑深至压实层底部，检测试样取自每处压实层厚度的下三分之一部位，整个坝体加固填筑范围内共抽取16层计160组干密度试样。其干密度值为：1.40～1.76g/cm3。对于抽检的压实层干密度达不到要求的，一律进行处理直至满足要求。若属于压实层过厚的，需要铲簿铺土层后重新压实；属于压实遍数不够的，需增加压实遍数；属于填土层含水率过大的，则需要将压实层返工、晾晒填筑土料使其含水率达到规定的要求后，重新进行整平和压实。为了便于比较，返工后的取样检测数量与返工前的基本一致。

2.压实干密度的频率直方图

对于每个分层得出的检测干密度值，以组距0.036g/cm3进行分组，依次分10组，统计落在每组内的干密度的出现次数，再将各组出现次数与总次数160相除得到频率值。然后再算出干密度自小到大的累积出现次数和累计频率。由于工程上的要求，坝体内压实干密度的最小值不应小于1.51g/cm3。因此，压实土坝的每一个填筑层都要进行严格的干密度控制。凡是在随机抽取的样本中发现有不合格者，均对检测试样所包含的范围进行处理直至合格为止。将不合格部位的干密度指标用经过局部返工处理后的干密度指标替代，重新统计出的干密度频率，详见表1。由表1的结果分别绘制频率直方图见图1～图2。

不考虑局部返工处理情况，采用16个压实层的平均干密度值计算出的标准差Sρd=0.053g/cm3，极差R的标准差SR=0.071g/cm3。因此，每个填筑层内的平均干密度值以及层内干密度之间的极差值见表2。

表1 坝体压实干密度频率分布表

表2 不考虑返工处理各填筑压实层压实干密度平均值与极差值表

表3 考虑返工处理各填筑压实层压实干密度平均值与极差值表

图1 不考虑局部返工处理时坝体内干密度频率分布图

图2 考虑局部返工处理后坝体内干密度频率分布图

图3 未返工处理时坝体内压实层平均干密度质量控制图

图4 局部返工处理后坝体内压实层平均干密度质量控制图

图5 未返工处理时坝体内压实层干密度极差控制图

图6 局部返工处理后坝体内压实层干密度极差控制图

考虑局部返工处理情况，用返工后检测的干密度指标代替原不合格的指标，用每个压实层平均干密度计算出的标准差Sρd=0.023g/cm3，极差R的标准差SR=0.056g/cm3。因此，每个填筑层内平均干密度值以及层内干密度之间的极差值见表3。

依据表2、表3的成果绘制的质量控制图分别见图3、图5和图4、图6。

4.坝体填筑压实质量分析与评价

（1）由图1可以看出，直方图的形状很接近于正态分布，说明压实坝体的干密度在整个坝内的分布服从于数理统计的一般规律—正态分布规律。比较图1、图2可以得出：图2的直方图明显为偏峰状。由此可以认为，压实土坝施工过程中对每个压实层进行检测是必须的，如果不进行局部返工处理，这将会存在将近35%的不合格干密度试样。由于对每个压实层面都进行了现场施工检测，及时进行了处理，保证了坝体的施工质量。

（2）图1、图2可以显示：压实干密度在1.60g/cm3的频率较高，设计干密度以1.57g/cm3作为控制标准是比较合适的。从表1和图2的频率图得出：坝体内不合格干密度占比为7.5%。因此，填筑层经过局部返工处理后大坝坝体质量是符合设计要求的。

（3）图3、图5是未经返工处理情况，压实层平均干密度质量控制图和极差控制图，两图的波动较大，有一部分控制点超出了控制线的范围，产生这种波动的原因是坝体填筑土料的含水率波动较大所造成的。由击实试验可知要达到设计控制的压实干密度值，其填筑土料的最大含水率不得超过25%，而实际压实层中干密度达不到要求的多是填筑土料的含水率大于25%。统计得出检测试样中填筑土料含水率大于25%占到整个填筑坝体土料的38%。而不合格试样中，含水率大于25%的试样就占92%。

（4）图4是对每个压实层不合格部位进行返工处理后的平均干密度质量控制图。其波动均在控制线范围内，说明经过返工局部处理后的质量是合格的，坝体压实质量处于正常状态。此时，坝体内压实填土的平均干密度由处理前的1.58g/c m3提高到1.61g/cm3，大于设计值1.57g/cm3，合格率为92.5%，最小干密度值为1.51g/cm3。达到了预期的效果。

（5）图6是局部返工处理后的压实层干密度极差控制图。从图中看出仍有部分控制点超出控制线的范围，产生这种情况的原因是：对不合格部位虽经过了翻晒、晾干和重新压实，但处理后的部位仍然存在有近8%达不到设计要求值的不合格试样，导致部分压实层内的干密度极差过大。但整个坝体内压实层干密度的最大极差值由处理前的0.31降至0.23；平均极差值由处理前的0.183降为0.14。

三、结语

采用统计分析法原理对坝体填筑压实干密度进行统计分析，由于工程上的要求，坝体内的压实干密度值必须达到设计要求值，因此对坝体填筑过程中不合格的部位进行了返工处理。借助于统计直方图、极差管理图对返工前、后的压实干密度进行统计分析，找出不合格产生的主要原因，及时地采用相应的处理措施，使得坝体压实干密度达到了设计规定的要求。提出了在坝体质量评价时，对不合格的返工部位应采用返工处理后的压实干密度指标，使得评价的结果更符合工程实际■

（作者单位：安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院233000）