环刀新型取样法在水库管理所基础中的应用

张 坤

(山西东山供水工程有限公司，山西 太原 030001)

1 引言

水利工程中厂房、泵站以及管理站等低层建筑物对地基承载力要求较低，但占地面积可达几万平方米，一般采用原土(素土、杂填土)或者置换土进行分层回填，分层厚度30 cm～40 cm，压路机碾压3～4遍直到压实，压实度采用环刀取土进行干容重及含水率试验，检验合格后方可进行上部建筑物建设[1-2]。然而大面积回填层采用单个环刀检测试验需要耗费大量的人力及工时，取样速度极慢，且不能全面真实反映检测区的压实情况，当回填土层数较多时，更无法真实反映回填土深层的压实度和含水情况，目前很多检测方只是为了赶工期并完成工程检测，对回填土层压实结果和质量把控不严，后期建筑物会出现大面积裂缝、坍塌或导致建筑物倾斜损坏。因此本人通过多年积累的检测经验及专门研究，在对大面积回填层压实度采用环刀“1+1”取样法进行检测试验，不仅提高了取样速度和效率，而且可以真实的反应回填土层的压实情况，得到了较为理想的结果，为今后水电站厂房、管理房的大面积回填层检测中提供技术依据和保障。

2 方法介绍及原理

环刀“1+1”取样法包括环刀平行“1+1”取样和竖向“1+1”取样，为便于分析研究，在平面直角坐标系上取X轴方向上两个环刀同时取样称为平行“1+1”取样，文中简称平行“1+1”法，主要优点是提高了取样速度，加快工程建设进程，同时相对于单个环刀取样，在两个不同位置同时取样，取样结果更能真实、全面反映回填土层的土质情况；在Y轴方向上将两个环刀套在一起的取样称之为环刀竖向“1+1”取样，文中简称竖向“1+1”法，其优点是可以取到不同回填土层的土质情况，掌握深层土质的含水率和压实度，从而判断出大面积回填土层效果。现场取样图见图1。

图1 环刀平行“1+1”与竖直“1+1”现场取样图

3 工程实例分析

以潼南县大石桥水库工程管理所为例，在水库管理所内硬化地面、活动场地、草坪等出现大面积裂缝，深陷塌方，外围墙体及保安室等建筑物出现裂缝及倾斜，补救方法只能通过二次回填土碾压修补后重新检测压实度情况，并对地上已建建筑物进行加固维修，不仅造成投资增加，也给施工单位造成了不好的影响。水库管理局委托我公司进行二次回填碾压后压实度、含水率检测，并进行三层管理房地基大面积回填土层检测试验[3]，检测方法采用环刀平行“1+1”法和竖向“1+1”法，并与单环刀取样的结果进行对比，分析待建管理房大面积回填场地的压实情况，管理所地面裂缝塌陷及墙壁倾斜情况见图2。

图2 水库管理所地面裂缝塌陷及墙壁倾斜情况

3.1 环刀取样布置方案

水库管理所场地采用大面积分层回填、洒水碾压，分2～3层，层厚控制在30 cm～40 cm以内，压实后进行环刀取样检测试验，本文以70 m×90m面积进行环刀取样布置，分三层回填碾压，在第二层取样，布置方式为单环刀取样、平行“1+1”法、竖直“1+1”法及平行“1+1”法和竖直“1+1”法组合取样，根据规范要求[4]，在100 m2内取1个检测点，在200 m2内取2个检测点，为了能够真实反映回填土层的压实情况，4种环刀取样方法分别布置10组检测点，环刀取样布置图见图3。

图3 环刀取样布置图

3.2 取样结果及对比分析

根据环刀取样布置图进行取样试验，可以得到不同方法测得的含水率和现场单位体积压缩后的干容重，再根据实验室得到的最优含水率、最大干容重，最后求得取样点的压实系数，根据规范压实系数大面积回填取样压实系数不低于0.91判断检验结果是否合格。本文四种方法可以分别得到10组、20组、20组及40组试验数据，数据较多，采用表格列出时占用篇幅大，本文选取单环刀法求得的10组数据计算压实系数的过程和结果见表1，将其他三组方法测得的结果通过计算得到的试验结果分别见表2、表3和表4。

表1 单环刀法大面积回填素土压实系数计算表

表2 平行“1+1”法大面积回填素土压实系数计算表

表3 竖向“1+1”法大面积回填素土压实系数计算表

表4 组合“1+1”法大面积回填素土压实系数计算表

图4 “1+1”法压实系数情况

由表1可知，当用单个环刀取样检测时，压实系数大于0.91的检测点在90%以上，即使单环刀检测能保证在其取样范围内的压实度合格，也不能保证在取样点外一定范围内的部位压实度合格与否，并且本文是在面积100 m2内取一个检测点，实际工程中一般在300 m2取一个检测点，因此单环刀取样检测压实度检测得到的结果是粗略的，不准确，存在明显不合理性。

采用环刀平行“1+1”法取样避免了这种不合理性，在取样时不仅可以将检测范围面积增大，加快取样速度，而且在一个取样面积上同时下去两个环刀，得到的结果能够全面、真实反映土层压实情况。从表2可知，同一个检测范围内的两个环刀取样结果在湿密度、含水率上存在较大差异性，如6-1和6-2，8-1和8-2，可以反映出分层碾压过程中的洒水、碾压不均匀。同时，如果采用单环刀取样检测，最后得到的压实系数值在取样点1-1、取样点3-2及取样点8-2的检测结果合格的概率各占50%，采用平行“1+1”法取样后，这三个取样点全为不合格。最后由图5可以看出，即使在同一个检测范围内的2个取样点上压实度满足规范，压实系数也相差较大，压实系数相差较小的说明压实均匀。

表3采用竖直“1+1”法取样结果可知，最后得到取样点的上层九组数据合格，只有一组检测不合格，而下层有四组数据不合格，综合后有四个取样点压实度不合格，主要归结原因如下：(1)含水率太大，压缩性大而强度低，如3-2、9-2；(2)含水率太小，土体颗粒之间摩擦力大而不易压缩，如7-2；(3)上层压实度不够，或者洒水不均，水渗入下层，下层含水率增大，上下两层压实度均不合格，如取样点10的10-1，10-2。

表4中，在一个检测面上只有四个环刀取样的压实系数满足规范要求，该检测面的压实度才是合格的，因此组合“1+1”法得到的结果就更加真实准确了，试验结果可直接指导上层建筑施工，在大面积回填后推荐使用，但是因为需要4个环刀进行，工程进度会变慢，但为了确保工程质量，避免应压实度检测不准确而后期发生质量问题返工，应使用组合“1+1”取样检测。

4 结论及建议

经过四种不同检测方法得到的压实系数来判断大面积回填中的压实度，可知四种取样方法中，单环刀取样检测在工程实际中最为常用，但准确度不高，不能反映大面积回填层的压实情况，平行“1+1”法和竖直“1+1”法是对单环刀检测方法的改进，平行“1+1”法可以扩大取样面积，提高检测速度，并真实反映回填层压实度，防止压路机漏压、未压的区域；竖直“1+1”法可以取到更深层土质，试验准确度高；环刀组合“1+1”是前两种方法的结合，因为需要四个环刀取样，取样速度较慢，一般对工程回填压实度要求较高时采用，以保证回填质量。此外，环刀“1+1”法取样检测不仅可以用于素土大面积回填检测试验中，也可用于黄土、拌合土等其他土质检测中，可以是新建工程的回填层压实度检测，也可以用于单环刀取样检测后的复测(查)、抽测(查)，或着对出现工程质量问题的工程进行检测鉴定。