十字剪切技术在巴加泰勒水坝工程中的应用

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

巴加泰勒(BAGATELLE)水坝工程位于毛里求斯中部路易港(Louis Port)东南约22km的特里汝吉河上(Terre Rouge River)，大坝坝顶长2550m，最大坝高48m，坝顶宽7m。大坝由左岸土坝、右岸土坝、中间堆石坝三部分组成。左岸土坝段长度为980m；右岸土坝段长度为1270m；堆石坝段布置在坝体中间连接左右两岸土坝，长度300m。坝体细粒土料填筑主要为任意料(火山灰质土料)填筑170万m3和心墙料填筑45.5万m3，料源来自左右岸土料场和坝基开挖料。任意料主要用于左右岸土坝填筑，心墙料主要用于堆石坝防渗心墙填筑。

图1 巴加泰勒水坝平面布置

2 细粒土主要技术指标及填筑要求

2.1 细粒土料主要技术指标

任意料天然含水率最小值41.1%，最大值58%，平均值50.7%。在颗粒级配组成中，大于2mm颗粒含量在0～24%，平均4%，土样较为均匀；小于0.08mm细粒含量在51.6%～90.3%，平均72.6%；小于0.005mm黏粒含量在16%～26%，平均21.8%，平均线土料分类定名为含砂高液限黏土(CHS)；最大干密度1.26g/cm3～1.42g/cm3，平均1.322g/cm3，最优含水率26.2%～42.5%，平均35.5%。

心墙料天然含水率最小值34.2%，最大值51.1%，平均值43.4%，在颗粒级配组成中，大于2mm颗粒含量在0.1%～10.6%，平均2.6%，土料较为均匀；小于0.08mm细粒含量在52.2%～90.2%，平均77.8%；小于0.005mm黏粒含量在15%～30%，平均23.6%，平均线土料分类定名为高液限黏土(CH)；最大干密度1.23g/cm3～1.40g/cm3，平均1.35g/cm3，最优含水率33%～43.5%，平均37.6%，天然含水率平均43.3%。

2.2 细粒土填筑技术要求

(1)任意料：当土料含水率为最优含水率的-3%～6%时，压实度要求不小于95%；当土料含水率为最优含水率的6%～10%时，压实度要求不小于90%。

(2)心墙料：当土料含水率为最优含水率的-3%～6%时，压实度要求不小于95%；当土料含水率为最优含水率的6%～10%时，压实度要求不小于90%。

3 十字剪切强度与压实度相关性

3.1 十字剪切仪

现场所用十字剪切仪为PS-VST-P便携式十字板剪切仪，由弹簧扭力计、延长杆、十字板头、板头杆和扳手组成。测试最大深度20cm，测试量程0～260kPa，测试精度1kPa。现场检测用十字剪切仪见图2。

图2 巴加泰勒水坝项目所用十字剪切仪

3.2 十字剪切检测方法与压实度检测方法对比

3.2.1 十字剪切强度检测

十字剪切检测，可在任意碾压遍后，跟随进行检测，选点没有要求，检测范围大约直径10cm，检测最大深度约20cm。检测时，清除表层松软土质，手握扳手，垂直向下将十字板头及板头杆插入压实土体中10cm～12cm，将十字板剪切仪的读数盘转至0刻度，然后沿顺时针方向大概以8s/r的速度缓慢转动仪器，直至土体破坏，拔出十字板剪切仪并读取剪切强度值。整个检测过程大约在10s内完成。

3.2.2 压实度检测

细粒土压实度检测，主要采用环刀法。在检测点位先要将浮土清理掉，然后去除表层松散层，取尺寸大于环刀的土样，整平土样两端，将环刀内壁涂上一层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，用切土刀沿环刀外围切削土样，并将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀为止，将环刀两端余土削去修平，擦净环刀外壁，称环刀和试样总质量，取代表性土样测定含水率，得到干密度，最后通过计算得到压实度。整个检测过程大约需要1h。

3.3 填筑施工

细料土料采用自卸汽车进占法卸料，SD22推土机摊铺平料，铺土厚度均为30cm，16t自行式振动凸块碾碾压6～12遍。

3.4 十字剪切强度与压实度相关性检测结果

利用十字剪切强度进行填筑土料压实质量检测前，先分别对任意料及心墙料进行十字剪切强度与压实度相关性检测，检测均在碾压6遍、8遍、10遍、12遍时分别进行压实度与十字剪切强度对比检测，通过对任意料578组压实度与剪切强度数据进行相关性分析，得出其相关系数为r=0.9158，任意料十字剪切强度与压实度关系散点图见图3。

图3 任意料压实度与十字剪切强度散点

通过对心墙料294组压实度与剪切强度值进行统计分析，得到压实度与剪切强度相关系数为r=0.8565。心墙料十字剪切强度与压实度散点见图4。

图4 心墙料压实度与十字剪切强度散点

4 应用情况

水坝任意料填筑达90万m3，心墙料填筑达30万m3。在填筑过程中以检测十字剪切强度预控为主，控制要求为：心墙料当剪切强度单点最小值达到95kPa，平均值达到120kPa时，判定其碾压质量合格；任意料当剪切强度单点最小值达到92kPa，平均值达到120kPa时，判定其碾压质量合格。取样进行压实度检测验证。

经统计，550组任意料压实度与剪切强度检测结果，压实度最大值为100%，最小值90%，平均值94%；剪切强度最大值260kPa，最小值92kPa，平均值160kPa。心墙料480组压实度与剪切强度检测结果，压实度最大值为100%，最小值92%，平均值95%；剪切强度最大值260kPa，最小值97kPa，平均值184kPa。任意料、心墙料压实度与十字剪切强度统计结果见表1。

表1任意料、心墙料压实度与剪切强度值统计

5 结语

利用十字剪切强度作为填筑质量快速检测辅助手段，具有检测速度快，操作简单灵活，选点要求低，可随时检测，即检即预判等特点，主要用于国内外细粒土填筑施工碾压质量控制，也可用于铁路、公路路基、大坝心墙、坝体填筑等工程。应用前在进行碾压工艺试验时，先进行剪切强度与压实度对比检测，建立剪切强度与压实度相关性，确定剪切强度最小值；然后在进行正式施工时，以最小剪切强度值预判填筑碾压质量，进行必要压实度检测验证即可。