土石坝的压实标准及应用中存在的问题

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；ρ

d 为干密度；ρ

dmax

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；ρ

d

是土料压实后测出

的干密度，反映了压实效果的指标值，ρ

dmax

是对该土料用标准压实方法（如

ASTM

D698

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，ρ

d 和ρ

dm 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：D

r 为相对压实度；ρ

dmax

、e

min

为最大干密度、最小孔

隙比；ρ

dmin 、e

max

为最小干密度、最大孔隙比；ρ

d

、e

为现场测得压实后干密度，

孔隙比。

由（3）（4）式看出，D

r

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P

d

是现场测得压实后干密度指标，反

映压实效果，ρ

dmax 、ρ

dmin

是用标准试验方法（如ASTM

D4253

［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，ρ

d 、ρ

d max

、ρ

dmin

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D

r

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

ρ

d max 、ρ

dmin

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ρ

dmin 的方法为徐徐松填法，不象测ρ

dm 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ρ

dm ax

值方法不同，粘性土用标准击实试验（如

ASTM

D698），无粘性粗粒土用振动法（如ASTM

D4253

）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D r的名称

从（3）式看，D

r 是（e

－e

min

）与（e

m ax

－e

min

）之比，是一个无量纲的比值，

从（4）式看，D

r 是ρ

dmax

（ρ

d

－ρ

dmin

）与ρ

d

（ρ

dmax

－ρ

d min

）之比，是两个密度

量纲（g／cm3）积的比值，成为一个无量纲值。而密度本身是单体积的质量，是有量纲的如，g／cm3、t／m3等。一个公式的合理与否，它的数值计算应是严密的，物理量应是清楚的，合理的，故D

r

关系式从量纲方面讲，原来称为相对密度是不确切的，从（3）式看，它是反映土体压实后孔隙比与极限孔隙比（最大、