灌水法检测尾矿坝密实度质量影响因素分析

灌水法检测尾矿坝密实度质量影响因素分析　
陈　华　
（攀枝花天誉工程检测有限公司，四川攀枝花６１７０２３）　

【摘要】　灌水法作为原位密度试验的一种，广泛应用于建设工程中，如堆石坝、尾矿坝、碎块石料填筑　
密实度的质量检测。试验过程中，很多因素均能影响灌水法测试成果的精度，有些工程施工检测时得到的干　
密度明显偏大，甚至是不合理的，因此有必要对影响因素作分析并提出减少或消除影响的措施。文中针对在　
对尾矿坝填筑用灌水法检测压实密度过程中遇到的问题进行简单的探讨。　
【关键词】尾矿坝；　密实度；　灌水检测法　

【中图分类号】ＴＶ５２　３　１灌水法的适用性及缺点　灌水法适用于砾类填土。在工程建设如尾矿坝、堤防填　筑时，填筑土料经常用到砂砾石、碎块石料，为了确保填筑质　量，一般采用碾压参数和填筑体密实度两种方法联合控制。　控制碾压参数的目的是为了控制填筑体的密实性，反映密实　度的指标如相对密度、孔隙率计算均需测得原位干密度。由　于填筑土料粒径较大且不均匀，空隙较大，不适用环刀法、核　子射线法、灌砂法进行原位干密度检测，而采用灌水法检测　较方便。在灌水法试验过程中，很多因素均会影响测试成果　的精度，甚至得出不合理的结果，因此有必要结合经验对影　响因素作分析并提出减少或消除影响因素的措施。　２试验基本原理及步骤　灌水法检测的基本原理：在选定的测点上挖出试坑，称　量从试坑中挖出的材料质量；然后向试坑内灌水，称量所灌　满水的质量，换算出所挖试坑的体积；再用挖出的土料干质　量除以试坑体积计算出于密度（图１）。《公路土工试验规　程》（ＪＴＧＥ４０—２００７）中对灌水法试验的步骤作了介绍，再结　合实际工作经验，总结的试验步骤为：（１）选择现场有代表性　的测点，将测点处地面基本整平；（２）按测点部位土料的最大　粒径确定合适的试坑尺寸，选择合适直径的钢套环；（３）在地　面上放置钢套环并固定，在套环内铺设塑料薄膜，取水称量　后灌入套环内至一定高度，记录灌入的第１次水质量ｍ　；　（４）用安装在方钢尺上的水工测针确定参考水平面，记录水　工测针读数；（５）舀净水并拿走塑料薄膜，按确定的试坑直径　划出坑口轮廓线，在廓线内下挖至要求的深度；（６）将坑内的　试样装入土盘内，称量并取代表性的试样测定含水率，计算　土料的总干质量ｍ；（７）试坑挖好后，将大于试坑容积的塑料　薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴铺设，取水称量灌入试坑至参考　水平面，计算灌入的总水质量ｍ　。填筑土干密度按以下公　式计算：Ｑ　ｄ＝ｍ（／７／，２一ｍ１）／ｑ　。　３影响密实度质量的因素分析与措施控制　３．１试坑填筑料的代表性　根据填料的最大粒径和填筑层厚度选择合适的试坑直　【文献标志码】Ｂ　
ｖ参考水平面Ｊ
一朔蛆藩描　

图１　灌水法密度试验示意　
径和深度。当试样最大粒径小于２００　ｍｍ时，试坑直径可参　
考表１；当试样最大粒径大于２００　ｍｍ时，试坑直径一般不应　
小于填筑料最大粒径的３倍；试坑深度可与压实后的填筑层　
厚度相近。为了保持坑壁的稳定，试坑形状一般为上大下小　
的“锅”形，而实际压实情况通常为上密下松，这就造成所测　
干密度偏大；在挖试坑时，根据填筑体的密实程度，选择合适　
的坑壁坡度，在能保持坑壁稳定的前提下，尽量选择较陡的　
坡度，增加挖出的填筑料的代表性。表１为试坑尺寸与相应　
最大粒径表…。　

表１试坑尺寸与相应最大粒径表　ｍｍ　
试坑尺寸　
试样最大粒径　
直径　深度　

５（２０）　１５０　２０ｏ　
４０　２ｏ０　２５０　
６０　２５Ｏ　３ｏｏ　
２ｏ０　８０ｏ　１ｏｏ０　

３．２钢套环位置的固定　
填筑体土料粒径大小不匀，碾压面很难整平到水平面，　
试验时一般采用钢套环来确定一个参考水平面。钢套环的　
位置变化对试验结果的影响极大，直接关系到试验结果的正　

［定稿日期］２０１５—０１—２８　
［作者简介］陈华（１９７９～），男，本科，高级工程师，从事　
工程试验检测工作。　

四川建筑第３５卷４期２０１５．８　ｌ９３　
确性。为防止钢套环的移动导至参考水平面的变化，试验开　始时钢套环应与地面压紧并固定，不允许出现翘动。挖坑过　程中应避免触碰钢套环。土样应从试坑中心向深度方向撬　挖，并向边缘逐渐扩大直径。如遇大块石时，应先挖除大块　石周边的较小料径的土石料，待大块石有松动时用钢钎小心　挖出；块石过大时，量好其尺寸后进行分解，分块挖出。为了　防止钢套环因自身重量而压入土中，钢套环与地面接触的底　边应有足够面积突出的“沿”。当发现钢套环有明显的移动　而影响试验结果时，应中止该点试验并重新选点。　３．３参考水平面的测量　不仅钢套环的位置变动会造成参考水平面的变化，测量　工具及人员变动也会造成水平面的前后差异。测量工具可　采用固定在方钢尺上的水工测针，确定参考水平面时可在钢　尺及套环上做标记并记录水工测针读数，前后观测人员也应　为同一人，这可保持参考水平面的前后一致。不建议在钢套　环上固定测针，因为在钢套环搬动及试验时，容易触碰导致　测针变形，甚至损坏测针。　３．４坑壁形状　由于填筑料大小不匀，坑壁往往凹凸不平，而其形状的　规则程度则直接影响与薄膜的贴合度，从而影响试坑测试体　积的精度。当试坑接近所要求的形状时，应小心修整坑壁、　坑底，清除表面松动土料。遇块石横跨钢套环等情况而使坑　壁无法规则或出现较大倒坡时，此试坑应废弃，重新取点进　行试验。当填筑料含水率较大无法保持坑壁稳定时，试验不　宜进行。　３．５塑料薄膜　塑料薄膜作为测量试坑体积的容器，其自身的厚度、柔　软性均影响体积的测试结果。薄膜越厚，柔顺性越差，自身　占用试坑的体积也越大，与坑壁越不容易贴合紧密，造成试　坑的测量体积小；薄膜太薄，在水压力的作用下，容易被顶破　造成漏水而导致试验失败。试验时宜根据试坑的大小、土料　的磨圆度等选择厚度适中、柔软性较好的薄膜。灌水时，应　缓慢注入，避免水流对薄膜的直接冲击，并边灌边理顺薄膜　褶皱，排空薄膜与坑壁间的空气，使坑壁与薄膜贴合紧密。　３．６试样及试验用水的称量　由于试坑体积往往较大，挖出的试样及试验用水（纯净　无杂质）均较多，需分次称量，要求选择符合精度要求的称量　工具；水灌人试坑时，应保证盛水容器内无余水；试样挖取及　称量时应无遗落、无黏带。　３．７试样含水率测定　试验的主要目的是为了测得原位干密度，原位含水率并　不是试验关心的指标，因此只要含水率能代表试样称量时的　状态就可以。对最大粒径较小能取得代表性含水率的试样　可在全料中取；对最大粒径较大无法在全料中取得代表性试　样的可先筛分后在每级土样中取代表性试样测含水率。当　土料较湿时，可进行翻晒后筛分、称重、取样测含水率。　４模拟分析　假设有一个试验：钢套环直径１．５　ｍ，塑料薄膜厚度０．４　ｍｍ，试坑为直径１．０　ｍ、深度１．０　ｍ的理想圆柱形试坑，挖取　１９４　的土料干质量１　６７０　ｋｇ。汁算得到的理想试坑体积为０．７８５　
ｎｌ　（／Ｉ＝３．１４），第１次注水量（不包括底部薄膜所占体积）　
ｍ．＝３１０　ｋｇ，水的密度为１．００　ｇ／ａ／ｎ　。根据不同影响因素分　
以下八种情况讨论：　
（１）理想情况，试坑体积为计算得到的１．２５６　ｍ　；　
（２）仅考虑薄膜体积的影响；　
（３）第２次确定参考水平面时，位置下降了０．５　ｅｍ；　
（４）第２次确定参考水平面时，位置下降了１．０　ｃｍ；　
（５）考虑薄膜与试坑壁平均脱开０．５　ｅｍ；　
（６）考虑薄膜与试坑壁平均脱开１．０　ｅｍ；　
（７）综合考虑（２）、（３）、（５）的情况；　
（８）综合考虑（２）、（４）、（６）的情况。　
从表２可以看出，参考水平面的变动、薄膜与坑壁的贴　
合度对干密度的影响较大。当参考水平面降低１．０　ｃｍ时，　
干密度增加２．３０％；当薄膜与试坑壁平均脱开１．０　ｅｍ时，　
干密度增加０．４２％；当考虑薄膜体积、参考水平面降低１．０　
ｃｍ，薄膜与试坑壁平均脱开１．０　ｅｍ时，于密度则增加　
２．９６％。因此，干密度的采用应在试验得到的结果基础上，　
根据现场试验情况，考虑各因素的影响大小，选取一个合适　
的折扣值。　
表２各种影响因素下的千密度计算表　

增减的　计算试坑　填料干密度　干密度　影响因素　
体积／Ｌ　体移Ｉ／Ｌ　／（ｇ・ｅｍ　）　增加量／％　

（１）　Ｏ．０ｏ　７８５．０ｏ　２．１２７　Ｏ．ｏｏ　
（２）　一１．５７　７８３．４３　２．１３２　Ｏ．２４　
（３）　一８．８３　７７６．１７　２．１５２　１．１８　
（４）　一１７．６６　７６７．３４　２．１７６　２．３０　
（５）　一１．５７　７８３．４３　２．１３２　０．２４　
（６）　一３．１４　７８１．８６　２．１３６　０．４２　
（７）　一１１．９７　７７３．Ｏ３　２．１６０　１．５５　
（８）　一２２．３７　７６２．６３　２．１９０　２．９６　

５结语　
灌水法检测尾矿坝填筑密度试验的影响因素较多，大　
部分因素均使试坑体积变小、干密度增大。对试验结果不加　
分析的采用，就可能出现实际干密度未达到设计要求而判断　
为合格的情况，因此埋下安全隐患。在试验过程中，检测人　
员应树立高度的责任心，细心规范操作，采取措施减少或者　
完全避免各种因素对干密度的影响。本文只是对用灌水法　
检测尾矿坝填筑密度试验方法及影响因素进行了一些浅显　
的探讨，若本文观点与灌水法检测密度试验相关标准存在差　
异，试验检测时，请以相关标准为依据。　

参考文献　
［１］　ＧＢ／Ｔ５０１２３—１９９９土工试验方法标准［ｓ］　
［２］ＪＴＧ　Ｅ４０—２００７公路土工试验规程［ｓ］．　

四川建筑第３５卷４期２０１５．８