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堆石坝碾压密度值附加质量法测试精度研究
尹学林
中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院,贵州贵阳
摘要:文章介绍了附加质量法测定堆石体密度值的基本原理,主要技术参数承压板面积、附加质量系统、激振系统等
的选择配置与测试精度的对应关系,结合洪家渡水电站大坝堆石体密度试验与主体工程堆石体密度测试结果,说明该
方法测试应用效果及特点。
关键词:堆石坝密度值;附加质量法测试;技术参数研究;工程应用;效果评价
前言次堆石料和堆石自由排水区等类型,其粒径一般在
为保证大坝填筑质量,根据堆石坝填筑规范的要~之间,最大粒径约左右,附
求,在堆石坝施工过程中需要对填筑坝体施工质量进加质量法测试中,承压板的大小直接决定堆石体参振质
行原位实时检测。过去传统的施工质量控制方法使量的多少,在测试中对于不同类型的堆石体,应选择与
用人工挖坑密度测试,进度慢、抽样率低,很难满足如之相适应的承压板面积,使参振体具有一定的体积和质
今高大坝体、多仓面、高强度的快速施工要求,尤其是量,测试结果才具有真实性和代表性。
巨粒土~堆石坝体,开挖的试坑尺寸大,实验中,使用承压板厚度为,面积为.×
开挖料多,费时费力,难以实施。.、.×.、.×.和.×.四种
附加质量法测试堆石体密度是一种原位、快速的规格的正方形钢板,分别在小粒径的垫层料
尢损检测新技术,能充分满足现代施工条件下高抽样和大粒径的主堆石料中各进
率、全程实时检测的要求。行组测试,计算出各点的附加质量法密度,并与挖坑
法密度进行对比分析,找出堆石体类型与承压板面积
原理与技术的对应关系,根据堆石体的类型选择最佳的承压板面
依据单自由度理论模型,将附加质量、压板和压积,具体成果见表和图,从表和图中可以
板下参振体质量等效为弹簧振子,压板以下一定范围得出:
的弹塑性地基等效为一根弹簧,实际构造模型与理想垫层料中,承压板面积大小的变化对附加质
模型的差别在于弹簧体上,弹性地基是具有质量和体量法测试密度值影响较小,承压板面积在.×.—
积的,为了解决这个因素,通过试验研究,将振子等价.×.范围均能满足实际要求。
于一个变动的多级质量体。,测出各级质量主堆石料中,承压板面积大小的变化对测试
下所对应的参振体系的自振频率厂,根据厂与。密度影响较大,由于堆石料颗粒大小的不均匀性,需
△的关系,即可求得压板下的参振质量//;然后,令要承压板面积达到一定的尺寸,测试结果才稳定,才
‰的振动动能等于压板下介质堆石体振动动能的能满足测试要求。从图中可以看出,承压板面积在
积分,即可建立压板下密度解析式:.×.和.×.时,测试值杂乱无规律性;
承压板面积在.×.和.×.时,其测试
,.、
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
⋯值趋于稳定,并与挖坑测试值接近,绝对误差在一
式中,、。、。、,依次为测点密度、参振质量、等.~./之间。
效深度、压板面积,其中,为模型介质振动面积。
几个主要技术参数的研究
作者简介:尹学林一,男,云南罗平人,高级工程师,主
.承压板面积要从事工程物探技术工作。‘
大坝堆石体一般分为:垫层料、过渡料、主堆石料、
年第期水电勘测设计总第期
表承压板面积与测试密度值的对应关系
堆石体挖坑法附加质量法测试密度/’和绝对误差坑
掷缬珊
测试密度承压板面积承压板面积承压面积承压板面积
类型.......×.
/
测一坑测一坑测一坑测一坑
..—..—..一..—.
.........
垫层料..一..~..—..—.
一..一..一..一..—.
..一..一.....
.........
..一..一..一..—.
.........
主堆石料.........
..—..一..—..—.
.........
.........
密度/密度/
垫层料~主堆石料
图承压板面积与测试密度值的对应关系
的提高,但过分增加不利于实际工作,故需要实验得
.附加质量系统——分级质量、级数与测试精度
出满足测试精度的分级质量和分级数。
的关系
实验中,分级质量取和两种,分
质量块的分级质量和分级数将影响频率测试的级数取Ⅲ、Ⅳ、、Ⅵ级,分别在组垫层料
分辨率和—曲线的拟合精度,从理论上讲,分和组主堆石料:中进行对比测
级质量和分级数的增加将有利于分辨率和拟合精度试,其成果见表、表和图。
表分级数与测试密度值的对应关系
堆石体挖坑法分附加质量法绝对挖坑法分附加质量法绝对
密度级测试密度误差堆石体密度级测试密度误差
类型吕/数/’测一坑类型/’数/测一坑
Ⅲ..Ⅲ.—.
Ⅳ..Ⅳ.一.
..
...—.
Ⅵ..Ⅵ.一.
Ⅲ.一.Ⅲ..
垫层料Ⅳ.Ⅳ..
~..
.一...
Ⅵ.—.Ⅵ..
Ⅲ.—.Ⅲ.一.
Ⅳ.一.Ⅳ.—.
..
.一..一.
Ⅵ.—.Ⅵ.—.
年第期水电勘测设计总第期
表分级数△:与测试密度值的对应关系
堆石体挖坑法分附加质量法绝对挖坑法分附加质量法绝对
密度级测试密度误差堆石体密度级测试密度误差
类型数/测一坑类型数
/。/测一坑
Ⅲ..Ⅲ.—.
Ⅳ..Ⅳ.—.
..
..。一
Ⅵ..Ⅵ.一.
垫层料Ⅲ.—.Ⅲ..
Ⅳ.—.主堆石料Ⅳ..
..
.—.~..
Ⅵ.一.Ⅵ.
Ⅲ.一.Ⅲ.一.
Ⅳ.一.Ⅳ.—.
..
.一..—.
Ⅵ.—.Ⅵ.一.
从测试成果可以得出:在垫层料和主堆石料中,分级数为Ⅲ级时,
分级质量分别取和进行测测试值变化较大,且没有规律;分级数为Ⅳ、、Ⅵ级
试,其结果相似,垫层料和主堆石料结果没有明显区别。时,测试值变化较小,并十分接近挖坑法测试值。
密度/
密度/’
如
擒
础
.
分级质量分级质量
图分级数与测试密度值的对应关系
.激振系统——激振能量与测试精度的关系测试。试验中,采用、和的重锤,自由
激振锤冲击振动,通过提升激振锤至一定高度,落下—,分别在垫层料和
自由落体冲击地面,使附加质量振动体系振动,得到主堆石料进行组测试,与挖坑法
足够大的自振振幅和确切的自振频率,并能通过仪器作对比分析,具体成果见表和图。
表激振能量与测试密度值的对应关系
堆石体挖坑法附加质量法测试/和绝对误差一尢
测试密度激振锤重量激振锤重量激振锤重量
类型
测一坑测一坑—坑
..一..—..—.
垫层料..一.....
,.—.....
一..—.....
..一.....
..一..—..一.
..一.....
主堆石料..一..—..一.
..一。.—..
一..一,....
..一.....
..—..—..一.
从测试成果可以得出:振重锤为时,测试值偏小,与挖坑法密度值比较,
激振能量大小的变化在垫层料和主堆石料两种其绝对误差测一坑一般为一.~一./
类型中进行测试,其结果十分相似,无明显区别。在,最大值为一./;激振重锤为和
垫层料和主堆石料中,重锤自由落距~,激时,测试值变化较小,绝对误差在一.~
年第期水电勘测设计总第期
.之间,十分接近挖坑法测试值。
密度/
密度/
.柏
Ⅻ
加
珊
分级质量分级质量
图分级数与测试密度值的对应关系
.
通过对承压板面积、附加质量系统和激振系统不试验场地为模拟实际施工情况,其主堆石料场面
同测试参数的选择与试验,可以得出下列结果:积约,过渡料及垫层料场面积约。主堆
承压板宜采用面积.×.~..;石料及过渡料均取自附近的天然石料场,主堆石料最
附加质量宜采用分级质量~,分级大粒径约左右,过渡料最大粒径约左
数~级;右;垫层料为人工加工的灰岩料最大粒径约
激振能量宜采用以上重锤,自由落体落左右。
距~。本次试验主要是主堆石料和过渡料,分别在碾压
、遍后进行附加质量法和挖坑法对比测试,测试
工程实例
成果见表。
表碾压试验附加质量法密度测试与挖坑法对比成果表
主堆石料区
厚度碾压%附加质量法挖坑法绝对误差
层数测试密度测试密度相对误差%
遍数/胁//褪—
.......
.......
.......
.......
.......
......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.....—..
.....—..
.....—..
过渡料场
厚度碾压‰附加质量法挖坑法绝对误差
层数测试密度测试密度相对误差%
遍数/测一
/
.......
.......
.......
.......
.......
.......
,
.......
注:承压板面积..,激振锤重。
年第期水电勘测设计总第期
从表中可以看出:洪家渡水电站大坝为混凝土面板堆石坝,最大坝
随着碾压遍数的增加,各层各测点的地震波高为.,坝顶长.,总填筑方量约万
波速也随之增加,其波速变化范围—/;,是目前国内高面板堆石坝之一。坝体主要分为五
随着碾压遍数的增加,各层各测点的密度也区,从上游向下依此为垫层区、过渡区、坝
随之增加,一般碾压—遍后,密度值增加较明显,碾轴线上游主堆石区及趾板后特别碾压区、
压遍后,密度值增加较小;坝轴线下游依此为次堆石区、其下为堆石自由排
附加质量法密度测试值与挖坑法比较,其相水区。大坝施工质量和施工填筑控制压实标准
对误差大部分小于.%,个别点为%左右。技术要求见表。
.洪家渡水电站大坝堆石体密度附加质量法测试
表大坝施工填筑控制压实标准技术要求
碾压参数设计要求
坝料分区碾压机械加水量行车速度铺层厚干密度孔隙率
%/碾压遍数
%
挚层料一..
,过渡料一..
主堆石料一~..
特别碾压区料一..
次堆石料一。..
堆石自由排水区一..
根据要求,大坝堆石体附加质量法密度测试共完用部分点与挖坑法进行比较,对应结果较好。现以坝
成点,其中垫层区点,过渡区点,主堆石体实际填筑中的对比测试附加质量法干密度值与挖
区点、次堆石区点,堆石自由排水区点,采坑法干密度值进行比较,具体结果见表。
表碾压堆石坝附加质量法与挖坑法干密度测试成果表
测点测料名称测点高程附加质量法测挖坑法测试干绝对误差
序号相对误差%
试干密度/密度/涮一坑
—鼙层料.....
—垫层料...一..
—垫层料.....
—主堆石料...—..
—垫层料.....
—垫层料...一..
—挚层料.....
—垫层料.....
—过渡料.....
—垫层料.....
—层料.....
注:承压板面积.×.,激振锤重。
从表中可以看出:附加质量法与挖坑法测试密试精度绝大部分高于%,相对误差一般小于%,个
度值比较,其相对误差小于%,测试精度满足设计别点为%~%。附加质量法测试结果达到了施工
要求。设计要求,同时也满足了快速、高强度生产条件下施
工质量的要求。
结语
参考文献:
在上述两个情况不同的应用实例中,
密度测试结果与挖坑法试验值比较,附加质量法的测物探,,.
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