浅谈面板堆石坝中的堆石体密度检测的方法

浅谈面板堆石坝中的堆石体密度检测的方法

发表时间：2017-09-22T11:57:05.693Z 来源：《基层建设》2017年第14期作者：时晓龙许国标王康[导读] 【摘要】随着国家对西部水电资源的快速开发,加上堆石坝填筑碾压施工具有受气候影响较小,可分层、分区进行大规模机械化快速填筑施工等优点,因而成为21 世纪最具竞争优势的坝型之一。

葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌 443002【摘要】随着国家对西部水电资源的快速开发,加上堆石坝填筑碾压施工具有受气候影响较小,可分层、分区进行大规模机械化快速填筑施工等优点,因而成为21 世纪最具竞争优势的坝型之一。目前堆石体的密度测试就是控制和评价大坝填筑施工质量的一种方法。为了更好

的运用此种方法来控制填筑质量，本文结合四川省大渡河猴子岩水电站现场碾压试验来探讨一下堆石体中密度检测的方法。

关键词：面板堆石坝大坝填筑施工质量密度检测前言

面板堆石坝坝体庞大，常常需要在多仓面进行高强度的填筑施工。为保证大坝质量，需要对填筑坝体的干密度进行实时检测。本文主要探讨一下试坑法、压实计法及附加质量法各自的试验方法、优缺点及发展前景。 1原理

1.1试坑法

试坑法包括现场灌水法和灌砂法两种，本次碾压试验使用现场灌水法。现场灌水法的原理即同体积代换，利用试坑中水的体积代换出试坑体积，再用试坑中所挖出的骨料质量除以代换出的试坑体积即可得到试坑密度。此种方法为传统的检测技术，在施工过程中进行人工挖坑试验。

1.2附加质量法检测的基本原理

设堆石土测点的振动规律符合质量、弹簧模型。为测量堆石土的参振质量m0、刚度K，须在测点加上适当的刚性质量体△m，△m称为振动体系的附加质量。设振动体系的位移函数。依据单自由度弹簧体系的振动理论，其振动方程和刚度有如下表达式：

(1) md2Z/dt2+KZ=0

(2) K= mω2

式中：Z——振动位移函数； t——振动时间； ω——体系振动圆频率； K——体系动刚度； m——振子质量。

依据单自由度理论模型，将附加质量、压板等效为一根弹簧，实际构造的数学模型与理想模型的差别在于弹簧体上，弹性堆石体是具有质量和体积的，而理想模型弹簧体是没有质量和体积的，为了解决这个因素，将振动单子改成一个可随时改变的等差质量体Δm（附加质量），测出各级质量下所对应的振动频率f，根据f与Δm的关系，即可求得压板下的参振质量m0、刚度K；然后，利用K、m0、或f与ρ的相关关系计算密度。

1.3压实计法检测的基本原理

在大坝坝料开始碾压时，由于填料比较疏松，可近似看作是一个松软的弹塑性体。振动轮在其上振动时，受到的反作用力较小，基本作正弦运动。随着振动压路机压实工作的进行，填充料的密实度和弹性模量不断增加，填充料与压实轮之间的相互作用力也不断增大，所以压实轮的加速度幅值也在不断增大，由此可见，振动碾振动波性畸变程度与填料压实程度之间存在着一定的相关关系如右图所示；从而可以通过检测加速度幅值变化间接测出填料的压实状况，另一方面通过振动轮的动态响应来检测填料压实度情况，能更好的反映填筑层状况及承载力。加速传感器安装在钢轮上，连续传送经过处理（处理方法：快速傅里叶变换FFT）的信号并以数值CMV形式显示在ICCC检测仪上。与传统检测的压实度相比，压实度连续检测仪的误差控制在2%以内，并通过经验数据及现场标定进行修正，采用ICCC检测仪后，驾驶员从显示器上随时查看压实情况，振动频率，能够实现质量的实时控制，并能保存数据以备其他数据处理使用。 2现场工作的试验方法

2.1试坑法试验方法

现场灌水法测密度主要参照DL/T5356-2006规范要求，主要有以下几个步骤： 1）台秤放置相对较平坦的地方调平。 2）选定钢环固定好，试验时不得移动。 3）将薄膜铺平与钢环内表面紧贴，注意不要用脚踩到。 4）灌水，并记好灌入质量。灌满，标记溢流处，放空薄膜内的水。 5）挖坑，要挖穿该铺土层，应将试坑修成半球形，将周围浮土剥掉，凹凸处填平。记下挖出土的质量，并将其分级配堆放。 6）记下坑深、坑的直径等相关信息。 7）铺薄膜灌水，判断是否灌满，以第一次灌满水标记处为准。 8）清理现场，并把工具收好放好。

2.2附加质量试验方法

2.2.1m0、K测试方法

m0的测定采取现场测试与数学计算相结合的方法来进行。 1）在所选的测点上，平整场地；

2）铺上2cm左右的细砂以作藕和用； 3）将承压板平放在铺平砂土的测点上； 4）将拾振器粘合在承压板中央； 5）质量块均匀地放置于承压板上； 6）将拾振器和电源与仪器正确连接，打开仪器（WYS虚拟信号仪），设置好信号采集参数； 7）提起激振锤距离地面0.2m，使其能够自由下落于压板旁堆石体上（激振锤距离压板约15cm，且激振锤下也应该铺设2cm左右细砂），WYS虚拟信号仪能自动记录测试信号，并进行FFT变换，得到频谱曲线并保存该曲线，每级至少获取2条相似的曲线，且记录每级下的振动频率；

8）重复第五、第六、第七步，直到测定5级附加质量相应的振动信号即完成了一个测点的现场测试工作。

2.3压实计试验操作方法 2.

3.1、加速度传感器的安装

用502胶水将加速度传感器垂直粘接在振动碾振动轮的内侧机架上，加速度传感器X轴指向应与振动碾的轨迹一致，安装时注意应避开有减震器的一侧。

2.3.2 CMV值的测试 1）将设备打开，然后选择到碾压模式； 2）输入文件名及碾压参数，然后点击确定； 3）开始碾压时，点击主机屏幕中开始键，主机将自动采集实时的CMV值； 4）碾压完成后点击保存，数据将保存在仪器中。

该设备可以每秒采集1000个加速度值，然后通过公式计算得出CMV值（每两秒计算一个），其相当于加速度的叠加值，CMV为无量纲。如下式所示：

其中C=300，为一次谐波值，为二次谐波值。

将每个条带下测试得到的CMV值进行平均，求取其平均值。 3结合猴子岩水电站碾压试验密度检测，分析各个检测方法 3.1试坑法之现场灌水法

坑测法，它是堆石体密度检测的传统方法，结果相对准确，但检测效率低、代表性差、费时、费力、耗资大，且具有破坏性，是一种以点带面的方法，难以客观、全面地反映大坝填筑整体质量。

结合在实际检测中遇到的一些问题，发现试坑法的检测结果容易受到一些客观因素影响：1、人为因素：人为出现称量错误，漏记，试坑没有将凹凸部分修平整。2、非人为因素：薄膜系数的修正，对试坑密度存在一定的影响：薄膜系数每变化0.01可能对密度影响0.03（g/cm3）-0.05（g/cm3）。

3.2附加质量法

附加质量法是一种新兴的堆石坝密度无损检测技术，其优点是检测速度快，效率高，不具破坏性，可多点覆盖检测面，省时省力;但缺点是目前技术还不成熟、前期需要采集大量试坑法相关数据建立数据库等等。

附加质量法的主要影响因素有:1、骨料含水会降低其频率；2、铺料厚度为质量板直径的2倍为其可测深度；3、铺料方法反铲铺料与推土机铺料两种方式对试验结果影响不同；4、测得的结果随时间的延长而改变，前期快，后期变缓。

3.3压实计法

压实计是一种实时检测技术，它是随着液压技术、电子控制技术发展而出现的。在振动碾上配置压实计可以随时检测压实材料的压实程度，从而提高压实作业质量和效率，减少了寿命周期成本，连续压实检测系统无疑是未来大坝压实质量智能化控制系统的必备条件。

压实计的主要影响因素：1、铺料厚度、碾压遍数：在相同的条件下,不同的厚度和碾压遍数，压实计采集数据CMV值会不同；2、振动碾的频率及击震力：需要前期进行比对试验，选择最优的频率和击震力。

4、结束语

通过本文对面板堆石坝密度检测方法的探讨，附加质量法和压实计法相对于试坑法更加方便有效，在未来控制和评价大坝填筑施工质量检测技术中有很好的发展前景。试坑法虽然缺点很多，但现在依然是堆石体密度检测的主要方法，同时也是新型检测技术的重要参考指标。