试论砂砾料相对密度试验方法在水利工程质量控制中的应用

试论砂砾料相对密度试验方法在水利工程质量控制中的应用

发表时间：2019-03-05T10:13:42.210Z 来源：《建筑细部》2018年第16期作者：侯世昌[导读] 砂砾料属无黏性粗粒土，因其分布广、性能指标优，被广泛应用于工程建设中。河北省水利水电勘测设计研究院天津 300000 摘要：砂砾料属无黏性粗粒土，因其分布广、性能指标优，被广泛应用于工程建设中。通过对砂砾料相对密度不同试验方法所得试验结果的对比分析，结合工程实际应用效果，提出适宜砂砾料作为填筑坝料时的相对密度试验方法，从而合理确定砂砾料填筑的控制指标。

关键词：砂砾料；相对密度；试验方法；应用砂砾石料属可自由排水的无黏性粗粒土，具有压实性能及透水性好、抗剪强度高、沉陷变形小、承载力高等工程特性，按照《水工混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-2013 中控制要求，土石坝砂砾石料在大坝填筑时控制标准根据坝高不同控制标准不同：坝高小于 150m 时，D r 控制标准为 0.75 ～0.85；坝高在 150 ～ 200m 时，D r 控制标准为0.85 ～0.90，但控制标准并未明确所采用的试验规程及方法。而现行国家及行业规范中确定砂砾料相对密度有两种试验方法。方法一：DL/T5356 或 SL237 规程的室内相对密度试验方法。该方法采用对设计给定的原级配进行缩尺、缩尺后最大限制粒径为 60mm、室内采用振动台法确定相对密度。由于受数学模型建立的偏差影响，很难取得较为真实的控制标准，规范的不确定性，也常常造成执行过程中的偏差较大，导致砂砾料控制标准偏低，压实实际效果较差，填筑体沉降量较大。方法二：NB/T35016 中采用现场原型级配料测定相对密度试验方法，试验最大限制粒径 600mm。目前筑坝砂砾料的最大粒径一般在 200 ～600mm 范围。该试验方法试验工程量大、技术要求高，但试验结果与坝体填筑实际吻合。这两种方法由于砂砾料最大粒径、级配、最大干密度试验机理等不同，导致相对密度相同时现场控制指标差别较大。本文从相对密度试验的级配选择、试验方法、室内实验结果理论推算验证等分析入手，结合工程实际应用，确定适宜工程实际的相对密度试验控制方法。

1、相对密度试验

1.1 相对密度试验级配

影响砂砾料相对密度试验结果的主要因素有砂砾料级配、最大粒径及砾石含量等，目前工程中砂砾料级配一般采用设计提供由地勘资料确定的设计线或料源复查时的实测级配线，这两种级配线均为现场原级配线，建议在可能的情况下采用料源复查时实测级配线为依据进行试验。

1.1.1 室外相对密度试验级配线

某工程料场复查实测级配线见的室外相对密度试验级配采用原型级配与实测线一致。

1.1.2 室内相对密度试验级配线

室内相对密度试验依据 DL/T5356 或 SL237 中“粗粒土相对密度试验方法”进行，室内试验时对砂砾料原型级配料进行了缩尺，根据室内试验桶尺寸、采用等量替换法缩尺后的最大粒径为 80mm。

1.2 室内相对密度试验

室内相对密度试验砾石含量分别为 65%、71%、75%、77%、79%、83%、87%，采用振动台法进行试验。

1.3 室外原型级配料相对密度试验

按照料场实测级配线、依据 NB/T35016-2013中“砂砾料原级配现场相对密度试验”进行在现场进行相对密度试验。

1.4 推算室外最大、最小干密度试验成果根据相关试验规程条文说明及以往一些工程试验的经验，为解决砂砾石料填筑碾压中相对密度大于 1 及现场控制标准合理性的问题，一些工程中也采用了在室内最大、最小干密度试验成果的基础上，采用三点近似法、系列延伸法、渐近线辅助法等确定现场控制标准。某工程坝料碾压试验中采用“三点近似法”推算方法对室内最大、最小干密度进行了两个数学模型的修正。

1.5 试验结果分析

（1）室内缩尺后最大干密度、最小干密度与现场原型级配料试验成果相比均在降低，室内结果比现场原级配线最大干密度分别降低0.024。以室内试验作为控制标准时，将会导致现场压实度降低。由此可见直接采用室内缩尺后试验成果将会降低工程现场控制标准，给工程质量造成隐患，特别是坝高超过 200m 以上的工程，更应慎重地选择现场的控制标准。

（2）采用密度桶法进行砂砾料原型级配相对密度试验成果和在室内试验成果基础上进行推算结果比较，得到的最大干密度对应的砾石含量下移，由于推算模型不同还存在一定差异。

2、工程应用

2.1 施工现场含水率检测及使用方法

砂砾料无黏性粗粒土填筑施工中，填筑料的湿密度检测一般采用灌砂法或灌水法进行，现场检测小于 5mm 料的含水率，并按事先采用不同砾石含量、不同含水率、不同砾石含量情况下通过试验求得的小于 5mm 料的含水量与全料含水率关系曲线，查出全料的含水率计算干密度，用三因素相关图（表）评价压实质量。

2.2 实际工程应用

2.2.1 陕西黑河金盆水利枢纽工程

黑河金盆水利枢纽工程“密度桶法”试验结果；密度桶直径 120cm、壁厚 12mm、桶高 100cm。黑河金盆水利枢纽工程 2001年8月底前，坝壳料填筑 341万m 3，（坝壳砂卵石料总量 600 多万m 3）取样1371组。从试验结果看，现场坝料填筑满足设计相对密度 0.80的要求，合格率为 100%。

2.2.2 黄河上游公伯峡水电站工程

黄河公伯峡水电站工程现场砂卵石料原级配“密度桶法”试验；公伯峡砂砾石料填筑90万m3，取样177 组。结果表明，设计相对密度Dr ≥0.8，最大值1.0，最小值0.80，平均相对密度0.87，合格率100%。

2.2.3 湖北潘口水电站工程

湖北潘口水电工程现场砂卵石料原级配“密度桶法”试验；潘口砂砾石料填筑60万m3，取样178组，试验结果看，设计相对密度D r≥0.85，实测最大值 0.98，最小值0.85，平均相对密度0.89，合格率100%。

2.2.4 国内某工程碾压试验数据分析

通过室内试验确定料场砂砾料相对密度。最大值2.33g/cm 3，最小值1.83g/cm 3。现场碾压试验过程中，洒水10%、铺料60.9cm、拖式振动碾碾压 12、实测相对密度为1.03；洒水10%、铺料62.3cm、82.1cm、102.3cm时，自行式振动碾碾压12遍时，相对密度分别为1.02、1.03、1.0，检测试验时出现了相对密度大于1的数据，由此可断定，推荐的干密度最大、最小值并未完全反应原型级配料的现场碾压工况。

3 结语

目前有些工程施工中直接依据室内试验成果和设计给定参数确定现场控制标准，导致实际施工中现场检测结果出现相对密度大于 1 的现象，这与工程实际情况不符。其主要原因是砂砾料缩尺的室内相对密度试验完全改变了现场砂砾料的最大粒径和原型级配结构、室内试验振动台法与现场振动碾压实机理不同，最大干密度及最大干密度所对应的砾石含量低于现场原型级配试验结果，所以室内缩尺后试验结果不宜直接作为现场控制指标。在 DL/T5356-2006 试验规程条文说明中“对于粒径大于 60mm 的砂砾料，室内缩尺振动台法试验结果必须通过一定的数学模式推算”，而每种数学模型均有一定的局限性，推算结果与工程实际仍存在差异，容易造成施工质量控制上的偏差，推算结果在应用时慎重考虑。从目前多个工程的应用效果看，“砂砾料原级配料现场相对密度试验“采用与实际施工相同的原级配砂砾料和施工中采用的压实机械确定相对密度，实测的最大、最小干密度试验结果与施工实际情况十分吻合，能真实反应砂砾料的压实性能，该方法作为砂砾料现场控制标准是科学和可靠的。

参考文献：

［1］NB/T35016-2013．土石筑坝材料碾压试验规程［S］．

［2］DL/T5129-2013．碾压式土石坝施工规范［S］．

［3］DL/T5128-2009．混凝土面板堆石坝施工规范［S］．

［4］DL/T5356-2006．水电水利工程粗粒土试验规程［S］．

［5］赵继成，易永军．载荷板检测坝料填筑质量技术在潘口面板坝工程应用．水利规划与设计，2012（05）：40-43．［6］赵继成．土石坝粗粒料碾压前后级配变化试验研究．水利技术监督，2013，21（05）：50-54．