任务二　压实质量的控制与检查

土石料的压实,是保证土石坝施工质量的关键。维持土石坝自身稳定的土料内部阻力(黏聚力和内摩擦力)、土料的防渗性能等,都随土料密实度的增加而提高。

一、土石料的压实特性

土石料压实特性与土石料本身的性质、颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。黏性土料与非黏性土料的压实有着显著的差别。

(1)一般黏性土料的黏聚力较大,内摩擦力较小,具有较大的压缩性。但由于其透水性小,排水困难,压缩过程慢,所以很难达到固结压实。而非黏性土料黏聚力小,内摩擦力大,具有较小的压缩性,但由于透水性大,排水容易,压缩过程快,能很快达到密实。

(2)土料颗粒粗细组成也影响压实效果。颗粒越细,孔隙比就越大,所含矿物分散度越高,就越不容易压实。所以黏性土的压实干表观密度低于非黏性土的压实干表观密度。颗粒不均匀的砂砾料比颗粒均匀的砂砾料可能达到的干表观密度大一些。

(3)土料的含水量是影响压实效果的重要因素之一。用击实仪(原南京水利实验处提出,简称南实仪)对黏性土的击实试验,得到一组击实次数、干表观密度与含水量的关系曲线,如图1-31所示,图中n为击实次数,G为饱和度。

在某一击实次数下,干表观密度达到最大值时的含水量为最优含水量;对每一种土料,在一定的压实功能下,只有在最优含水量范围内,才能获得最大的干表观密度,且压实也较经济。非黏性土料的透水性大,排水容易,压缩过程快,能够很快达到压实,不存在最优含水量,含水量不作专门控制。这是非黏性土料与黏性土料压实特性的根本区别。

(4)压实功能的大小,也影响着土料干表观密度的大小,从图1-31可以看出,击实次数增加,干表观密度也随之增大,而最优含水量则随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度并不是一个恒定值,而是随压实功能的不同而异。

一般说来,增加压实功能可增加干表观密度,这种特性,对于含水量较低(小于最优含水量)的土料比对于含水量较高(大于最优含水量)的土料更为显著。

二、土石料的压实标准

土石料压实得越好,物理力学性能指标就越高,坝体填筑质量就越有保证,但土石料的过分压实,不仅提高了压实费用,而且会产生剪切破坏,反而达不到应有的技术经济效果。土石料的压实标准是根据水工设计要求和土料的物理力学特性提出来的。

黏性土的压实标准,主要以压实干表观密度γd和施工含水量这两个指标来控制。

判断非黏性土密实度最简便的方法是根据孔隙比的大小来进行,但这种方法有其不足之处,因为颗粒的形成和级配对孔隙比的影响很大,故孔隙比不能表明某一土地松密,只有拿相同的土处于最松与最密实状态的孔隙比来和所碾压的土料孔隙比作比较,才能判断非黏性土的松密,因此,非黏性土料(如砂土及砂砾石)以相对密度D来控制。

石渣或堆石体则可用孔隙率作为压实指标。根据国内外的经验,碾压堆石坝体压实后孔隙率应小于32%,为了防止过大的沉陷,一般规定为22%～28%。

在现场用相对密度来控制施工质量不太方便。通常将相对密度转换成对应的干表观密度来控制,其大小按非黏性土不同砾石含量,分别确定不同标准,其换算公式为

式中 γ1、γ2——土料极松散和极紧密时的干表观密度,t/m3。

三、压实质量检查

填筑体填筑时,应对铺土厚度、填土块度、含水量大小、压实后的干表观密度等进行检查,并提出质量控制措施。对黏性土,含水量的检测是关键。简单办法是“手检”,即手握土料能成团,手指撮可成碎块,则含水量合适。手试法靠经验估计,不十分可靠;工地多用取样烘干法,如酒精灯燃烧法、红外线烘干法、高频电炉烘干法、微波含水量测定仪等;采用核子水分密度仪能够迅速准确地测定压实土料的含水量及表观密度。

压实表观密度的测定,黏性土一般可用体积为200～500cm3的环刀测定;砂可用体积为500cm3的环刀测定;砾质土、砂砾料、反滤料用灌水法或灌砂法测定。堆石因其空隙大,一般用灌水法测定。当砂砾料因缺乏细料而架空时,也用灌水法测定。

灌砂法试验时在试验地铲平一块40cm×40cm地面,找出试坑口轮廓线,向下挖至要求深度,将试坑内的试样装入塑料袋内称重,并测量试样含水量(%)。

容砂瓶装满砂后,称出瓶和砂的质量,将容砂瓶的砂子倒入试坑内,直到砂子灌满试坑,称剩下砂子和容砂瓶的质量,计算出注满试坑所用砂子的质量,则可计算出试样密度和干密度:

知识技能训练

一、思考题

1.水利工程施工中常用土依开挖难易程度如何分类?

2.土方开挖机械有哪些?土方运输机械有哪些?各有什么特点?

3.常用的炸药有哪几种?分别适用于哪些场合?

4.浅孔阶梯爆破的炮孔布置的主要参数哪些?怎么设计?

5.爆破作业的防护安全措施有哪些?

6.土石方压实机械有哪些?适用哪些情况?

7.土石方压实标准有哪些?如何测定?

二、案例

某水利枢纽岩石边坡开挖,边坡高7m,开挖厚度3～5m,试作爆破设计,设计爆破参数、起爆网络及安全防护措施等。