土石坝土料填筑质量施工控制浅析

辛长青

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

土石坝是我国的主要坝型之一。近十年来，随着土石坝填筑技术的不断提高，土石坝可筑坝材料的范围也越来越广，筑坝材料的压实性能的差异也在增大。为保证坝体填筑质量，确保大坝安全，我国在SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》（简称《规范》）中规定，“对于含砾和不含砾的黏性土，它的填筑标准以压实度和最优含水率为设计控制指标；对于砂砾石和砂等非黏性土，它的填筑标准以相对密度为设计控制指标”[1]。不再采用以往的不论筑坝土料的同异，统一采用一个“干密度”指标控制的做法。坝体填筑质量施工控制实践表明，正确控制施工质量的前提是，首先正确理解《规范》（包括相关规范）。下面谈谈笔者的一些心得和体会。

1 压实标准的变化

以前，我国的土石坝土料的填筑质量是使用“干密度”指标来控制的，因此，干密度无论在土石坝设计还是在施工质量控制中均非常重要。

用干密度指标控制填筑质量，在料场选择时就是用干密度作为一个重要指标确定料场。对于一个土石坝土料用量不大，所选料场的不同部位或不同深度土料均相对比较均匀时，设计规定的干密度指标是比较容易达到的，料场选择的难度也不大。然而，我国一般的土石坝的一种材料用量常常就可达几十万立方米甚至数百万立方米，这些材料又取自一个料场或几个料场，不同料场或同一料场的不同部位、不同深度，土料的压实性能并不相同甚至差别很大。这时，如果仍用某一干密度作为施工质量控制标准，必然会出现，容易压实的土石料，压实后的干密度值容易达到，但其压实结果是偏松的；不易压实的土石料，压实干密度很难达到，但其压实结果是偏紧密的，这样就使坝体的填筑土石料形成不均匀土石料在同一压实条件下的紧密程度不同，容易发生不均匀变形，甚至危害坝体安全。考虑到上述情况，在《规范》中则不采用以往用某一固定干密度值作为土石坝设计和施工质量控制指标，对于黏性土则改用“压实度”指标，即同一坝体为同一“压实度”指标，使不同土料压实后，尽管“干密度”指标不一定同一，但其紧密程度是相同的，避免了坝体发生不均匀变形而危害坝体。对于无黏性粗粒土则用“相对密度”作为设计控制标准和施工质量控制的依据。

2 《规范》中的压实标准

式中:D为压实度，ρd为干密度，ρdmax为最大干密度。

由（1）式看出:压实度D是干密度与最大干密度的比值，是

黏性土“压实度”公式为：反映相对紧密度的一个无量纲标准值。《规范》中4.2节规定了填筑标准选择时的考虑因素，同时也规定了黏性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。压实度的控制值根据工程等级从《规范》中选取。对于某一个工程而言，压实度是一个固定值，是该土石坝的设计标准。ρd是坝体土料压实后现场测试的干密度值，是一个反映该土料在坝体填筑后压实效果的指标值。ρdmax是该土料用标准击实方法，即，SL237-1999《土工试验规程》中的方法，测得的最优含水量的干密度值，也称标准击实条件下的最大干密度指标，是一个反映该土料的压实特性的指标值。这里应该注意的是，ρd和ρdmax一定是同一种土料、两种不同的压实条件下的两个干密度指标值。如果不是同一土料，那麽两个指标相比是没有任何意义的。

非黏性土“相对密度”公式为：

式中:Dr为相对密度，ρdmax、emin为最大干密度、最小孔隙比，ρdmin、emax为最小干密度、最大孔隙比，ρd、e0为现场压实后测得的干密度、孔隙比。

相对密度Dr是反映无黏性粗粒土的紧密度指标，是坝填土的压实标准，是干密度（孔隙比）与最大干密度（最小孔隙比）、最小干密度（最大孔隙比）的函数，（3）、（4）二式是计算相对密度的关系式。相对密度值依据工程规模、重要性、等级等从《规范》中4.2节的相关内容中选取。对于某一个工程而言，相对密度是一个固定值，是该土石坝的设计标准。ρd和ρdmax、ρdmin是同一砾石料不同压实条件下的三个密度指标值。ρd是坝体土料压实后现场测试的干密度值，是一个反映该土料在坝体填筑后压实效果的指标值。ρdmax、ρdmin是该土料用标准击实方法，即，SL237-1999《土工试验规程》中的方法，测得的最大、最小干密度指标，是一个反映该砂石料的压实特性的指标。

3 《规范》压实标准的使用

坝体填筑土料的压实标准采用压实度或相对密度后，尽管因坝体填筑的土石料不均匀，压实后测得的干密度值也不同，但能达到同一压实度或同一相对密度标准，说明坝体填筑土料压实后紧密程度是相同的，所以大坝是安全的。

前面所述的两种压实标准，通常其使用范围为：压实度标准多用于黏性土的压实，相对密度标准用于无黏性粗粒土（砂石料）的压实。我国压实度计算中的ρdmax值是按照SL237-1999《土工试验规程》中的轻型击实试验获得的。我国的压实度基本与国际的普氏标准压实度相当。

土石坝工程施工中，坝体的填筑质量可以用现场碾压后测试的干密度值ρd进行控制。对于使用压实度标准控制的黏性土类，可用（4）式中 ρd值控制，当 ρd值满足（4）式要求，则质量合格；否则，则质量不合格，需补压，直到合格为止。

对于使用相对密度标准的非黏性土类，可用（5）式中ρd值控制，当ρd值满足（5）式要求，则质量合格；否则，则质量不合格，需补压，直到合格为止。

这里需要再次提醒的是，以前用一个干密度值控制坝体填筑质量，指的是全坝用一个干密度值控制，没有考察料源的不同；本段所述的用干密度值控制，干密度是和料源挂钩的。全坝一个压实度，而干密度则并不一定是一个。“干密度”控制的压实标准和《规范》的压实标准，是两个不同的标准，后者是随着土石坝的发展和筑坝技术的提高由前者逐步发展完善的，在土石坝设计中，偶尔见到个别设计单位用《规范》压实标准和设计“干密度”值两个指标控制，显然是不合适的。

土坝施工时，土料填筑之前必须按规范要求进行料场复勘，调查填筑料储备和分布情况，规划料场开采，检测土料分类及土料压实性能等，作好填筑土料上坝填筑计划。但目前为止此项工作一般均滞后，影响了填筑土料的质量评价与控制。例如，如果对一个黏性土类的填筑质量进行评价的话，有三个指标：ρd、D、ρdmax。压实度D是由设计文件给出的；反映土料压实效果由现场测试的干密度ρd，则测试时间较短，如果使用核子密度仪法，现场测一个ρd值，大约有10 min左右就会出成果；反映土料压实特性按照标准击实条件在实验室测得的最大干密度ρdmax，一个标准试验就需要2～3 d的时间。ρdmax值测不出来，土料的填筑质量则不能及时评价，影响土石坝的填筑施工继续进行。尤其在机械化施工程度高的时候，这一矛盾就更加突出。如果ρd和ρdmax的试验土料不相一致，不是同一土料，则影响填筑质量评价的可靠性。为解决这一矛盾，国外较为流行、国内有些工程也已采用、且实践证明较好的方法是西尔夫（Hlif）三点击实法。该击实试验仍然采用标准普氏击实法（与我国的标准击实法相当），原理合理，测含水量速度快，一般约1.5-2 h即可出成果，在时间上能满足施工的要求。

4 结语

《规范》压实标准及相关配套标准为我国的土石坝建设及质量控制提供了指导，只有正确理解《规范》，在工程实践中，结合实际，不断深化，提高运用《规范》解决问题的能力，解决好运用《规范》时，各种影响工程进度的矛盾，才能使我国的土石坝建设又好又快。

［1］黄河水利委员会勘测规划设计研究院.SL274-2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2001：93.