專利名稱：填筑土料快速擊實(shí)控制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于土方工程及建筑地基等的填筑土料快速擊實(shí)控制法，尤其適用于土石壩中不能規(guī)則分區(qū)的土料及人工摻用礫石的礫質(zhì)土的心墻壓質(zhì)量控制。

背景技術(shù)：
土石壩的心墻用料一般為粘性土或礫質(zhì)土。粘性土心墻的壓實(shí)控制，在土料場(chǎng)土類分區(qū)比較明確時(shí)，可以用常規(guī)的擊實(shí)試驗(yàn)和壓實(shí)試驗(yàn)方法控制，但如果土料場(chǎng)的土質(zhì)較為復(fù)雜的情況下，就不能用常規(guī)的方法進(jìn)行控制了，因?yàn)橐l繁的做擊實(shí)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)間至少要兩天，不能滿足目前碾壓式土石壩快速施工的要求。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，為了解決心墻沉降問(wèn)題，許多壩體心墻是在粘性土料中適當(dāng)摻用礫石和風(fēng)化巖石，或采用風(fēng)化巖石直接碾壓而成，其土料中含有一定數(shù)量的礫石，為礫質(zhì)土，而美國(guó)人海爾夫(Hilf)三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法的基本技術(shù)是建立在土料按《試驗(yàn)規(guī)程》要求通過(guò)5mm篩的基礎(chǔ)上的，由于＜5mm的土料不能完全代表礫質(zhì)土填筑特性；并且在填土含水情況下過(guò)5mm篩難度非常大，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，約在3小時(shí)左右，因此三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法在應(yīng)用中試驗(yàn)操作難度很大，為試驗(yàn)人員所不能接受，也不能保證快速施工。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于土石壩粘性土及摻用礫石的礫質(zhì)土做為填筑土料的快速擊實(shí)控制法，該方法實(shí)施簡(jiǎn)單，試驗(yàn)周期短并且與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法得出的結(jié)果基本一致。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是一種填筑土料快速擊實(shí)控制法，該方法包括以下步驟 1)對(duì)于不能規(guī)律分區(qū)的粘性土或礫質(zhì)土，對(duì)土料進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)得出最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，分析確定最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程；對(duì)于人工摻礫石或碎石的礫質(zhì)土料，將礫質(zhì)土料過(guò)20mm篩后進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，得出礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，確定最優(yōu)含水率與最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程； 2)將步驟1)所述線性回歸方程的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)的快速壓實(shí)控制系統(tǒng)； 3)在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)回填碾壓好的部位隨機(jī)取土料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)濕密度檢測(cè)，得到現(xiàn)場(chǎng)濕密度； 4)在施工現(xiàn)場(chǎng)取與步驟3)相同的土料，切碎后過(guò)20mm的篩，將過(guò)篩后的土料分成3份，配制三種不同含水率的土樣； 5)取步驟4)中配制的三種土樣，用擊實(shí)試驗(yàn)小筒分別對(duì)三種土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到三種土樣的擊實(shí)濕密度，每種土樣分三層，每層25擊，所述擊實(shí)試驗(yàn)小筒的內(nèi)徑為102mm，高度為116mm的，錘重為2.5kg，單位體積擊實(shí)功能592.2kJ/m3； 6)將步驟3)中測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)濕密度和步驟5)中測(cè)得的三種擊實(shí)濕密度輸入快速壓實(shí)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并輸出施工現(xiàn)場(chǎng)土料的壓實(shí)度和密度比以及最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)該方法不用測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)含水率，僅測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)濕密度及三個(gè)不同含水率的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)濕密度，即可得到壓實(shí)度和現(xiàn)場(chǎng)含水率與最優(yōu)含水率的差值，滿足碾壓式土石壩等工程快速施工的要求，得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法得出的結(jié)果基本一致，能及時(shí)、快速的得出土料填筑質(zhì)量控制數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制法，該方法能大幅提高施工質(zhì)量及速度。



圖1為本發(fā)明方法中快速壓實(shí)控制系統(tǒng)流程圖；
具體實(shí)施例方式 本實(shí)施例所采用的填筑土料快速擊實(shí)控制法包括以下步驟 1)對(duì)于不能規(guī)律分區(qū)的粘性土或礫質(zhì)土，對(duì)土料進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)得出最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，分析確定最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程；對(duì)于人工摻礫石或碎石的礫質(zhì)土料，將礫質(zhì)土料過(guò)20mm篩后進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，得出礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，確定最優(yōu)含水率與最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程； 2)將步驟1)所述線性回歸方程的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)的快速壓實(shí)控制系統(tǒng)； 3)在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)回填碾壓好的部位隨機(jī)取土料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)濕密度檢測(cè)，得到現(xiàn)場(chǎng)濕密度； 4)在施工現(xiàn)場(chǎng)取與步驟3)相同的土料，切碎后過(guò)20mm的篩，將過(guò)篩后的土料分成3份，配制三種不同含水率的土樣； 5)取步驟4)中配制的三種土樣，用擊實(shí)試驗(yàn)小筒分別對(duì)三種土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到三種土樣的擊實(shí)濕密度，每種土樣分三層，每層25擊，所述擊實(shí)試驗(yàn)小筒的內(nèi)徑為102mm，高度為116mm的，錘重為2.5kg，單位體積擊實(shí)功能592.2kJ/m3； 6)將步驟3)中測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)濕密度和步驟5)中測(cè)得的三種擊實(shí)濕密度輸入快速壓實(shí)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并輸出施工現(xiàn)場(chǎng)土料的壓實(shí)度和密度比以及最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值。
2007年8月5日我們?cè)谀纤闭{(diào)丹江口右岸土石壩工程粘性土回填進(jìn)行了快速擊實(shí)控制法實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證；2007年8月12日至8月15日我們?cè)谑窈铀娬疽黄谙掠螄叩牡[質(zhì)土料回填進(jìn)行了快速擊實(shí)控制法實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。
表1蜀河快速擊實(shí)控制法和標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)比較 表2丹江口快速擊實(shí)法和標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)比較 經(jīng)驗(yàn)證，針對(duì)粘性土和礫質(zhì)土的快速擊實(shí)控制法得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法得出的結(jié)果基本一致，參見(jiàn)表1和表2，說(shuō)明土料快速擊實(shí)控制法是一種精度滿足要求，且能及時(shí)、快速的得出土料填筑質(zhì)量控制結(jié)果的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制法。
工作原理 對(duì)不可明顯分區(qū)土料，根據(jù)土的擊實(shí)原理，土的密度比(C)，即填土的濕密度(ρf)與填土含水率相同的土用標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)功能擊出的濕密度(ρ0)之比，如公式(1)所示。
當(dāng)C＝1時(shí)，表示現(xiàn)場(chǎng)填土的壓實(shí)功能與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能相同。
由公式(1)可知 式中ρdf——填土干密度；ρdo——擊實(shí)干密度；ωf——填土含水率。
從上式可以看出，由于含水率相同，所以濕密度比等于干密度比。
填土干密度與標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)最大干密度量之比稱為壓實(shí)度(D)，所以如果已知ρdmax(1+ωf)時(shí)，就可以用(2)式中同樣的方法求得壓實(shí)度。
最優(yōu)含水率是指土在一定擊實(shí)功能條件下，獲得最大干密度時(shí)的含水率。其值由擊實(shí)試驗(yàn)獲得。
最優(yōu)狀態(tài)下濕密度指的就是最大干密度×(1+最優(yōu)含水率)，即ρdmax(1+ωopt)。
最大干密度和最優(yōu)含水率時(shí)濕密度為ρdmax(1+ωopt)可以變換為 對(duì)于任意含水率(ω)的試樣的濕密度為ρd(1+ω)，同樣可以變換成 又知 設(shè) 當(dāng)ωf＝0時(shí)，Z＝ω代表含水率 當(dāng)ωf＞0時(shí)，
式中Ws——試樣的干重。
如果我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)，檢查測(cè)定了濕密度，用同樣的土樣加進(jìn)(或減少)不同重量的水，拌均勻，分別在擊實(shí)筒內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得擊實(shí)后的濕密度ρd(1+ω)，用測(cè)得的ρd(1+ω)分別除以(1+Z)，可以變換為ρd(1+ωf)。
將其點(diǎn)分別繪在以濕密度和變換后濕密度為縱坐標(biāo)、Z為橫坐標(biāo)的圖上，繪制ρd(1+ω)～Z曲線和ρd(1+ωf)～Z曲線。
在ρ(1+ωf)～Z曲線中，唯一的變數(shù)為ρd，所以曲線的最大縱距等于ρdmax(1+ωf)。
如前所述壓實(shí)度 所以 如果已知ρdf(1+ωf)及ρdmax(1+ωf)時(shí)代入上式，即可以求出壓實(shí)度D。
一般假定ρd(1+ωf)～Z曲線最大縱距附近為一拋物線，所以有適當(dāng)間隔的三個(gè)點(diǎn)，就可以用拋物線公式，求頂點(diǎn)坐標(biāo)，確定最大縱距的點(diǎn)。
可知ρd(1+ωf)～Z曲線最大縱距的位置，可以確定現(xiàn)場(chǎng)填土含水率在最優(yōu)含水率的濕測(cè)或干測(cè)，但不能確定(ωopt-ωf)之值。
由公式(6)可知 如ω＝ωopt時(shí) 即ωopt＝ωf+Z·(1+ωf) (9) 若Zm＝0時(shí)，ωopt-ωf＝0 若Zm≠0時(shí)，必須求得ωf值后才能確定(ωopt-ωf)之值。
由公式(4)、(5)、(6)知，當(dāng)ω＝ωopt時(shí)，令Z＝Zm代入 將(10)代入(9)式 如已知ωopt，就可以求出(ωopt-ωf)。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)可以整理出最優(yōu)狀態(tài)下濕密度與最優(yōu)含水率關(guān)系曲線。
設(shè)Δ＝ωopt-ωf-Zm (12) 將(11)式代入(12)式，得 已知ωopt是ρdmax(1+ωopt)的函數(shù)，即

由上式代入(13)式得 當(dāng)已知Zm和ρdmax(1+ωf)時(shí)，可根據(jù)ρdmax(1+ωf)(1+Zm)和ωopt的關(guān)系曲線求出ωopt，即

值，將此值代入(14)式，求得對(duì)應(yīng)Zm和ρdmax(1+ωf)點(diǎn)的Δ值，再將此值代入(12)式得 Δ＝ωopt-ωf-Zm ωopt-ωf＝Δ+Zm 即可求得(ωopt-ωf)之值，即最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值。利用上述原理，將其運(yùn)算推導(dǎo)過(guò)程程序化，編制不可分區(qū)土料快速擊實(shí)控制系統(tǒng)。
快速擊實(shí)控制系統(tǒng)流程圖如圖1所示。對(duì)不可規(guī)律分區(qū)土料，首先應(yīng)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)填土的濕密度和含水率(含水率測(cè)定不是必需的，只作為試驗(yàn)后的驗(yàn)證)。然后取現(xiàn)場(chǎng)填筑的相同土料，分成3份。用第一份土料(含水率為ωf)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，測(cè)得濕密度ρd1(1+ωf)，這時(shí)加水量Z＝0，所以ω＝ωf，ρd1(1+ω)＝ρd1(1+ωf)；用第二份土料增加含水率Z＝2％，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)后測(cè)得濕密度ρd2(1+ω)，換算濕密度為ρd2(1+ωf)＝ρd2(1+ω)/(1+0.02)；程序?qū)Ζ裠1(1+ωf)和ρd2(1+ωf)自動(dòng)進(jìn)行比較，當(dāng)ρd2(1+ωf)＞ρd1(1+ωf)時(shí)，對(duì)第三份土料增加含水率Z＝4％，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)后測(cè)得濕密度ρd3(1+ω)，換算濕密度為ρd3(1+ωf)＝ρd3(1+ω)/(1+0.04)；但是當(dāng)ρd2(1+ωf)＜ρd1(1+ωf)時(shí)，就要把第三份土料進(jìn)行水分蒸發(fā)，進(jìn)行晾曬，估計(jì)水分能蒸發(fā)掉2％時(shí)，再用蒸發(fā)后的土料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得濕密度ρ3(1+ω)，ρd3(1+ωf)＝ρd3(1+ω)/(1-0.02)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)濕密度和以上測(cè)得的三個(gè)擊實(shí)濕密度，輸入快速擊實(shí)控制系統(tǒng)；先輸入現(xiàn)場(chǎng)濕密度和增加水量Z＝2％的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)濕密度ρd2(1+ω)，點(diǎn)擊確定；再輸入加水量Z＝4％的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)濕密度ρd3(1+ω)，或者輸入蒸發(fā)后的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)后的濕密度ρd3(1+ω)，根據(jù)公式計(jì)算Zm、ρdmax(1+ωf)以及Δ。計(jì)算得到壓實(shí)度D，密度比C，最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值ωop-ωf。
根據(jù)得出的結(jié)果，可判定壓實(shí)后的土料壓實(shí)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，一般現(xiàn)場(chǎng)土料的含水率要求控制在最優(yōu)含水率的±1％～2％，根據(jù)ωop-ωf值可了解土料場(chǎng)的土料是否接近最優(yōu)含水率的±1％～2％，以便于土料的碾壓施工。
這種方法一般人都很容易使用操作，在現(xiàn)在這種機(jī)械化施工快的情況下，能大大的提高施工質(zhì)量及速度。實(shí)踐證明，快速擊實(shí)控制法優(yōu)于海爾夫(Hilf)三點(diǎn)擊實(shí)法和標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)法，希望能盡快在不同的工程中得到近一步論證及應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種填筑土料快速擊實(shí)控制法，該方法包括以下步驟
1)對(duì)于不能規(guī)律分區(qū)的粘性土或礫質(zhì)土，對(duì)土料進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)得出最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，分析確定最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程；對(duì)于人工摻礫石或碎石的礫質(zhì)土料，將礫質(zhì)土料過(guò)20mm篩后進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，得出礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，根據(jù)得出的礫質(zhì)土料的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度，確定最優(yōu)含水率與最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程；
2)將步驟1)所述線性回歸方程的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)的快速壓實(shí)控制系統(tǒng)；
3)在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)回填碾壓好的部位隨機(jī)取土料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)濕密度檢測(cè)，得到現(xiàn)場(chǎng)濕密度；
4)在施工現(xiàn)場(chǎng)取與步驟3)相同的土料，切碎后過(guò)20mm的篩，將過(guò)篩后的土料分成3份，配制三種不同含水率的土樣；
5)取步驟4)中配制的三種土樣，用擊實(shí)試驗(yàn)小筒分別對(duì)三種土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到三種土樣的擊實(shí)濕密度，每種土樣分三層，每層25擊，所述擊實(shí)試驗(yàn)小筒的內(nèi)徑為102mm，高度為116mm的，錘重為2.5kg，單位體積擊實(shí)功能592.2kJ/m3；
6)將步驟3)中測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)濕密度和步驟5)中測(cè)得的三種擊實(shí)濕密度輸入快速壓實(shí)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并輸出施工現(xiàn)場(chǎng)土料的壓實(shí)度和密度比以及最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種填筑土料快速擊實(shí)控制法。該方法包括以下步驟對(duì)于填筑土料進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)得出的最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度關(guān)系，確定最優(yōu)含水率和最優(yōu)狀態(tài)下濕密度的線性回歸方程；將線性回歸方程的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)程序，得到代表填筑土料性質(zhì)的快速壓實(shí)控制系統(tǒng)，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)填筑土料的現(xiàn)場(chǎng)濕密度，將土料切碎過(guò)20mm的篩，將過(guò)篩后的土料分成3份，配制三種不同含水率的土樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到三個(gè)擊實(shí)濕密度；在計(jì)算機(jī)中輸入土樣的現(xiàn)場(chǎng)濕密度和三個(gè)擊實(shí)濕密度自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算輸出壓實(shí)度、密度比和最優(yōu)含水率與現(xiàn)場(chǎng)含水率的差值。該方法滿足碾壓式土石壩等工程快速施工的要求，得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法得出的結(jié)果一致。
文檔編號(hào)E02D33/00GK101240552SQ200810017650
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者謝凱軍, 賈德霞, 郭曉安 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電第三工程局