土石坝的压实标准与应用中存在的问题.doc

土石坝的压实标准及应用中存在的问题郭庆国(国家电力公司西北勘测设计研究院工程科研实验院,西安 710043)***徐彦文(陕西省水电工程局,西安 710068)    关键词:土石坝;土石料;压实标准;压实度;相对压实度   摘要:土石坝施工的核心是土石料的填筑压实,压实质量的好坏,关键在于能否正确执行压实标准。本文基于某些工程在执行压实标准中存在一些问题,对此作了简略的分析,以引起注意外,着重对压实标准的定义、条件、相互关系作了较全面的阐述,其目的旨在正确的应用压实标准,确保工程质量。1 压实标准及有关指标碾压式土石坝的施工,关键工序是对坝体土石料的分层填筑压实,压实效果,用测得的干密度反映出来,所以干密度是设计和施工质控的主要指标。一般当填筑的土石料较为均匀时,性质比较稳定,在同一压实条件下,干密度接近常数值,这时可用某一干密度作为设计和施工质控标准。但天然土石料往往是不均匀的,在同一压实条件下,干密度指标是不同的,若仍用某一干密度作为设计和施工质控标准,必然出现对易于压实的土石料,压实后的干密度值容易达到,而压实结果是偏松的,对不易压实的土石料,压实干密度不易达到,而压实结果是偏紧密的,这样形成不均匀土石料在同一压实条件下,紧密程度不同,容易发生不均匀变形,危及坝体安全。鉴于此种情况,在坝体设计中对不均匀土石料,不用某一固定干密度值作为设计和施工质控指标,而是对粘性土用压实度(见(1)式),对无粘性粗粒土用相对压实度(见(3)(4)式)作为设计标准和施工质控的依据。式中:D为压实度;ρd为干密度;ρdmax为最大干密度。由(1)式看出,D为压实度,是干密度与最大干密度比值,反映相对紧密度的一个无量纲标准值,值的大小,是依据土石坝工程的规模(坝高、工程量、库容等)、重要性(地理位置、效益、作用等),工程等级由规范确定,对某一工程而言,它是一个固定值,代表该土石坝的设计标准;ρd是土料压实后测出的干密度,反映了压实效果的指标值,ρdmax是对该土料用标准压实方法(如ASTMD698方法)[5]测得最优含水量的干密度值,亦称标准压实条件下的最大干密度指标,反映土料的压实特性指标值,ρd和ρdmax为同一种土料在两种压实条件下的两个密度指标值。按(1)式关系,只要现场测得压实后的干密度满足(2)式的质控标准,则压实合格,否则需进行补压处理,直到满足为止。强调一句,若不是同一土料的两个指标,没有可比性,两者相比没有任何意义。(2)、(3)、(4)式中:Dr为相对压实度;ρdmax、emin为最大干密度、最小孔隙比;ρdmin、emax为最小干密度、最大孔隙比;ρd、e0为现场测得压实后干密度,孔隙比。由(3)(4)式看出,Dr为相对压实度(已往称相对密度),它反映了无粘性粗粒土(砂石料)干密度(孔隙比)与最大干密度(最小孔隙比),最小干密度(最大孔隙比)相对关系的紧密度指标,该指标的大小是依据工程规模、重要性、等级由规范决定,对某一土石坝工程而言,是一常数值,反映该土石坝工程的设计标准。它涉及3个密度指标,其中Pd是现场测得压实后干密度指标,反映压实效果,ρdmax、ρdmin是用标准试验方法(如ASTMD4253[6])测得的最大、最小干密度指标,反映砂石料的压实特性指标。强调一点,ρd、ρdmax、ρdmin为同一砂石料不同压实条件下的三个密度指标值,若不是同一砂石料的指标则它们没有可比性,计算的Dr值毫无意义。只要现场测得压实干密度与该同一砂石料测得ρdmax、ρdmin满足(5)式施工质控标准,则压实结果满足设计要求,该土石坝是合格的。上述两种压实标准的适用范围,按一般****惯,压实度标准多用于粘性土的压实,相对压实度标准用于无粘性粗粒土(砂石料)的压实。近来有些国家考虑到测定无粘性粗粒土ρdmin的方法为徐徐松填法,不象测ρdmax那样由机械条件控制,测试结果稳定性差,也采用压实度标准。这里要说明一点,粘性土,无粘性粗粒土皆采用压实度标准时,测定ρdmax值方法不同,粘性土用标准击实试验(如ASTMD698),无粘性粗粒土用振动法(如ASTMD4253)标准试验,其原因,主要是粘性土颗粒间有粘结力的作用,采用击实试验方法效果好,无粘性粗粒土颗粒间没有粘结力,用振动试验方法效果好。压实标准采用压实度或相对压实度的好处,尽管因土石料不均匀,压实后测得的干密度值不同,但或达到同一压实度或同一相对压实度标准,反映出压实后紧密程度是相同的。2 关于Dr的名称从(3)式看,Dr是(e0-emin)与(emax-emin)之比,是一个无量纲的比值,从(4)式看,Dr是ρdmax(ρd-ρdmin)与ρd(ρdmax-ρdmin)之比,是两个密度量纲(g/cm3)积的比值,成为一个无量纲值。而密度本身是单体积的质量,是有量纲的如,g/cm3、