淺談礫質土壩料的質量控制措施

【摘要】近幾十年來，隨著施工工藝及高壩建設的發展，寬級配礫質土作為防滲筑壩材料在土石壩中得到了普遍運用，礫質土是一種含有相當多粗顆粒（>5mm），也含有一定量的細粒土（<5mm）的天然土石混合物，在這種土料中粗顆粒起骨架作用，細粒土填充其孔隙中，因此礫質土往往即具有粘性土的某些特征，又具有砂性土的某些特征。根據所含細粒土中粘粒含量、塑性指數及礦化成份，使礫質土顯示出偏于粘性土或偏于砂性土的性質。其顆粒組成通常以5 mm分界分為粗料和細料兩部分，這兩部分組成含量的變化直接影響到它的工程性質，礫質土是一種良好的防滲材料，該土料級配優良具有較好的密實度，較高的抗剪強度和低壓縮性。便于施工，是一種良好的筑壩材料。本論文主要對礫質土在填筑過程中質量控制進行詳細的論述，證明三點擊實法用于礫質土的質量檢測是非常適宜的，特別在填筑礫質土均質壩時土料中含礫量變化較大，對三點擊實法在填筑質量檢測時有所改進，即快速測含水量和將測定全級配土料的壓實度改為測定小于5mm土料的壓實度。

【關鍵詞】礫質土壩料；質量控制措施

目前國內對寬級配礫質土主要以5 mm作為粗細料分級粒徑進行其壓實性能的試驗研究，研究多為天然礫質土，礫質土的壓實控制可采用全料壓實度控制和細料壓實度控制兩種方式，由于礫質土自身的特點，考慮其壓實性能的多變性，在其質量控制過程中采用動態控制，用三點擊實法對礫質土進行壓實度檢測是一種合理的檢測方法。

1、礫質土的壓實質量控制

1.1 礫質土的壓實性

含礫質土因有粗顆粒的存在，雖然礫石可能有不同成度的風化，但其密度仍大于土的密度，故當礫石含量被細顆粒所包圍時，其干密度較細粘土為高。其干密度增值的大小與礫石的風化成度有關，同樣的細粒土和含礫量，風化強的，干密度低；風化弱的，干密度高。通過對不同摻礫量的摻礫土進行擊實試驗，試驗結果表明：礫質土的最大干密度隨含礫量的增多而增大（即礫質土的干密度隨含礫質量的多少在變化，在含礫量為30%以下是一個線性關系），但當礫石含量超過某一級限值時，則出現架空現象，干密度反而降低。如圖1。

1.2 礫質土壓實質量控制

礫質土填筑的壓實質量應從多方位控制，從料場到壩上、從施工工藝到檢測手段各個環節進行多方面綜合控制。 1.2.1上壩料的控制

（1） 土料含礫量控制：依據含礫量與滲透系數的關系，一般控制含礫量在50 %以內，如果防滲性要求高時，應將含礫量控制在40%以下。采用實測和目測。

（ 2） 含水率控制：礫質土在不同擊實功能下，都有其最大干密度和最優含水率。同一礫質土的全料含水率與其細料含水率之間呈直線關系。所以，施工時可用細料含水率控制全級配含水率。采用實測和手感。

1.2.2施工工藝的控制

倒土、鋪土、平土等工序都要進行控制，如倒土要控制土石不能分離，鋪土要注意礫石不能產生線形分布，鋪土后要對壩面進行檢查，對于礫石集中之處必須處理，才能進行碾壓。平土時要求比細粒土更要平整。碾壓時嚴格控制碾壓遍數。

2、礫質土的控制標準

2.1 礫質土控制標準的確定

計算礫質土壓實度時，需要礫質土的最大干密度。礫質土最大干密度可直接或間接的求得，常用的方法有以下幾種。

礫質土最大干密度的推求：

（1）直接用大型擊實儀進行擊實試驗，求得含礫量與最大干密度曲線，得出全料干密度控制值。

（2）用細料壓實度來控制時，先根據大型擊實儀擊實試驗的結果，求得不同含礫量下全料最大干密度時細料的干密度，為控制值。

（3）如果缺乏大型擊實設備，可取其細料部分進行擊實試驗，然后再根據礫石含量，用以下理論公式進行修正。

當礫石含量較少時（一般認為小于30%〉：

ρ`dmax=1/（P/Gs2 ·ρw +（1-P）/ρdmax細） ------（2-1-1）

wop =（1-P）wop細+P·w礫 ---------------（2-1-2）

式中：

ρ`dmax—— 礫質土最大干密度， g /cm3 ；

P—— 大于5mm的礫石含量；（用小數表示）

Gs礫 —— 大于5mm的礫石比重；

ρdmax細—— 小于5mm的細粒土的最大干密度，g /cm3 ；

wOp—— 礫質土最優含水率， %

woP細——小于5mm的細粒土的最優含水率， %；

w礫——大于5mm礫石的吸水率， %。

3、礫質土的質量檢測方法

3.1檢測點最大干密度的推算

（1）在壩面取具有代表性礫質土小于5mm粒徑的細粒土10kg，進行三點擊實法試驗，求出細粒土的最大干密度ρd細與最優含水率Wop細。要求做兩組。作為校正礫質土最大干密度的參數。

（2）用試坑灌水法檢測填筑碾壓層的壓實密度ρ混。

（3）直接將現場測密度的礫質土質量M混濕，全部過5mm粒徑的篩，測定篩下細粒土的含水率W細。

（4）將篩上全部礫石用水清洗，把細粒土塊和礫石表面粘連的細粒土沖洗干凈，然后用毛巾把礫石表面的水份擦干（飽和面干），稱出礫石濕重M礫濕，精確至1g。用烘干法烘干，稱出干礫石重M礫干，精確至1g。

（5）計算：

5.1礫石吸水率

W礫=（M礫濕 / M礫干-1）×100%

5.2含礫量

P=M礫干 /（（M混濕-M礫濕）/（1+0.01W細）+ M礫干）

（3）檢測點礫質土含水率

W混=（1-P）W細+P·W礫

（6）將含礫量P，礫石比重Gs混和擊實最大干密度ρd細值代入（2-1-1）式推算出對應檢測點的最大干密度，與檢測點實測壓實干密度之比即可得出壓實度。

（7）將含礫量P，礫石吸水率W礫和擊實最優含水率Wop細值代入（2-1-2）式推算出對應檢測點的最大干密度下的最優含水率，與檢測點實測含水率差值能否滿足設計給定正、負3%的要求。

3.2 礫質土含礫量的測定

（1）在壩面上取碾壓前具代表性的礫質土10kg，精確至1g，全部過5mm粒徑的篩，測定篩下細粒土的含水率。

（2）其它步驟與“3.1檢測點最大干密度的推算”中第4、5步驟完全一樣，即可求出礫質土料的含礫量。

3.3 礫石比重測定

事先取砂巖、泥巖、風化料中各三種不同風化成度的礫石，采用虹吸筒法測定礫石比重。

（1）在壩上取準備要鋪設礫質土30kg，（下轉第頁）

（上接第頁）

全部過5mm的篩，同時測定細粒土的含水率，計算細料干土質量。

（2）取篩下細粒土10 kg進行三點擊實試驗，求最大干密度。

（3）將篩上全部的礫石進行洗篩，洗后浸泡24小時進行虹吸筒法比重試驗，測定礫石比重和吸水率。

（4）如果不需測定來料含礫量時，可不進行步驟⑴若是也不測定礫石比重時，只需要進行步驟⑵。

（5）采用灌水法測定碾壓層的濕密度。并將測定密度的全部濕土先過5mm的篩，測定篩下細粒土的含水率，同時把篩上礫石全部洗篩，洗后用毛巾擦干礫石表面上的水份，保持礫石飽和面干，進行稱飽和面干礫石的質量，然后全部用烘箱烘烤測定礫石吸水率。

（6）含礫量的計算

細料干土質量：

M細干=（M總濕—M礫濕）/（1+0.01W細）

礫石干質量：

M礫干=M礫濕/（1+0.01W礫）

含礫量：

P=M礫干/（ M細干+ M礫干）

式中：

M細干——小于5mm粒徑細料的干質量，g；

M礫濕——大于5mm粒徑礫石的濕質量，g；

M礫干——大于5mm粒徑礫石的干質量，g；

M總濕——礫質土總濕土質量，g；

W細——小于5mm粒徑細料的最優含水率，%；

W礫——大于5mm粒徑礫石的吸水率，%；

P ——大于5mm的礫石含量；（用小數表示）。

（7）按 ⑸、⑹兩個步驟將碾壓層各檢測點的含礫量測定出來，代入（2-1-1）式就可把對應各檢測點的最大干密度推算出來，再與各測點的碾壓后干密度之比求出壓實度。代入（2-1-2）式推算最大干密度下的最優含水率，與各測點實測含水率比較，是否滿足含水率要求。

（8）成果：上壩料含礫量、各碾壓層壓后含礫量、細料最大干密度、質量控制最大干密度、最優含水率、壓實干密度、壓實層含水率、壓實度、合格率、含水率合格率。