土石坝的压实标准及应用中存在的问题详解.docVIP

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） 李鹏　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ρdm ax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、ρd max、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ρd max、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，按一般习惯，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ρdm ax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ρdm ax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（em ax－emin）之比，是一个无量纲的比值，从（4）式看，Dr是ρdmax（ρd－ρdmin）与ρd（ρdmax－ρd min）之比，是两个密