灌水法大單容密度試驗在填筑土勘察中的應(yīng)用

許漢華，余紹維，劉文連，龔憲偉，槐以高，秦勇光，彭勇勝

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明650051）

在對巖土勘察中填筑土的大單容密度進行現(xiàn)場試驗時，灌水法是最常用的一種手段，灌水法適用于粗粒土，在工程建設(shè)如尾礦壩、提防填筑、機場建設(shè)時，填筑土料經(jīng)常用到碎塊石、砂礫石等，由于填筑土料粒徑一般較大、不均勻、孔隙率較大等原因，不適用環(huán)刀法、灌砂法、核子射線法進行原位現(xiàn)場大單容密度試驗，而采用灌水法操作方便[1]，該方法具有原理簡單、簡便易用和結(jié)果準確等優(yōu)勢，但在試驗過程中會受到各種因素的影響及現(xiàn)場條件的限制，對試驗結(jié)果的精度影響較大，其中大部分因素會使試坑體積實測結(jié)果變小，從而導(dǎo)致干密度實測結(jié)果偏大，給工程的后續(xù)建設(shè)埋下質(zhì)量安全隱患[2]，其影響因素包括：儀器和輔助材料（剛套環(huán)位置的固定、參考水平面的測量、水位測針、臺秤、塑料薄膜、試驗用水）、測點選擇與試坑開挖（測點選擇、試坑尺寸、坑壁形狀、開挖過程）、水位測量、試樣及試驗用水的稱量[3]、試坑填筑土料的代表性、試樣含水率測定等，在灌水法大單容密度試驗過程中，以上因素均會影響試驗成果的準確度，甚至得出不合理的結(jié)果產(chǎn)生錯誤判斷，因此亟需結(jié)合工程經(jīng)驗分析影響因素并提出減少影響因素的相關(guān)建議措施來提高灌水法大單容密度試驗的精準度。

1 工程概況

孟定鎮(zhèn)金都商貿(mào)城項目需對擬建工程填筑土進行了灌水法大單容試驗，目的是測定填筑土層的粗粒土密度，并評價試驗區(qū)域的填筑土密實程度。本次大單容試驗共設(shè)計6個點，每個試驗位置分不同深度做兩組，試驗數(shù)量共計12組。孟定鎮(zhèn)金都商貿(mào)城擬建場地采用石渣（碎石類土）填筑厚度4.20～6.50m，結(jié)構(gòu)中密～密實，填筑年限不少于3年。

2 灌水法密度試驗的基本步驟

灌水法大單容密度試驗依照 《土工試驗方法標準》（GBT50123-2019）[4]相關(guān)要求進行。試驗所用儀器設(shè)備為直徑均勻并附有刻度及出水管的儲水筒；稱量50kg，最小分度值為10g的臺秤。

2.1 灌水法密度試驗步驟

（1）根據(jù)試樣最大粒徑確定試坑尺寸如下：試坑底面積 1.00～1.20m2深度 0.50～0.80m。

（2）將選定試驗處的試坑地面整平，除去表面松散的土層。

（3）按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內(nèi)下挖至要求深度，邊挖邊將坑內(nèi)的試樣裝入盛土容器內(nèi)，稱試樣質(zhì)量mp和干質(zhì)量md，準確到10g，并應(yīng)測定試樣的含水率。

（4）試坑挖好后，放上相應(yīng)尺寸的套環(huán)，用水準尺找平，將大于試坑容積的塑料薄膜袋平鋪于坑內(nèi)，翻過套環(huán)壓住薄膜四周。

（5）記錄儲水簡內(nèi)初始水位高度，擰開儲水筒出水管開關(guān)，將水緩慢注入塑料薄膜袋中。當袋內(nèi)水面接近套環(huán)邊緣時，將水流調(diào)小，直至袋內(nèi)水面與套環(huán)邊緣齊平時關(guān)閉出水管，持續(xù)記錄儲水筒內(nèi)水位高度。當袋內(nèi)出現(xiàn)水面下降時應(yīng)另取塑料薄膜袋重做試驗。

2.2 計算

試坑體積計算公式[4]為：

Vp=(H1-H2)×Aw-Vo

式中：Vp——試坑體積（cm3）；

H1——儲水筒內(nèi)初始水位高度（cm）；

H2——儲水筒內(nèi)注水終了時水位高度（cm）；

Aw——儲水筒斷面積（cm2）；

Vo——套環(huán)體積（cm3）。

試驗的濕密度ρo計算公式為：

ρo=mp/Vp

式中：mp——取自試坑內(nèi)的試樣質(zhì)量（g）。

干密度ρd計算公式為：

ρd=md/Vp

式中，md——取自試坑內(nèi)的試樣干質(zhì)量（g）。

試樣含水率的計算公式為：

W=((mp/md)-1)×100

試樣顆粒的材料密度ρz的計算公式為：

ρz=mz/Vz

式中，mz——試樣顆粒干質(zhì)量（g）；

Vz——試樣顆粒的體積（cm3）。

填筑土孔隙率n的計算公式為：

n=（1-ρd/ρz）×100

3 現(xiàn)場試驗過程

現(xiàn)場試驗過程如圖1～6所示。

圖1 試坑初挖致試驗頂深度

圖2 試坑頂面找平

圖3 取樣后的試坑

圖4 試樣稱重

圖5 試坑灌水量測體積

圖6 涼曬試樣以測干密度

4 填筑土密實程度評價

根據(jù)表1數(shù)據(jù)分析，填筑土顆粒分析結(jié)果，本項目填筑土的填料以角礫為主，局部夾礫砂。

表1 填筑土顆粒分析結(jié)果表

本次采用 《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）[5]相關(guān)要求對本項目碎石類填筑土的密實程度進行評價。根據(jù) 《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）[5]第4.2.6條堆石（碎石類土）填筑采用孔隙率為設(shè)計控制指標的要求，孔隙率控制在20%～28%之間，堆石（碎石類土）填筑質(zhì)量達到密實狀態(tài)。根據(jù)表2和表3試驗成果表明，12組試驗中，有9組試樣的孔隙率在14.90%～27.45%之間，填筑質(zhì)量達到密實狀態(tài)。有3組試樣的孔隙率在34.53%～38.94%之間，填筑質(zhì)量達到中密狀態(tài)。表明本項目填筑土的密實程度以密實為主，局部中密，滿足作為壓實填土地基的要求。

表2 大單容密度試驗基本數(shù)據(jù)

表3 大單容試驗成果匯總表

根據(jù)試驗成果分析，本項目填筑土的綜合濕密度可取2.35g/cm3，綜合干密度可取 2.22g/cm3，綜合含水率可取6.45%。