填筑施工质量沉降率控制方法优化

我国现行的行业规范规定，大坝填筑压实质量检查采用“碾压参数和压实密度两种控制，以控制碾压参数为主”，即所谓的“双控”原则，因此压实密度是否达标在现阶段仍是大坝填筑施工质量控制的一个重要指标。压实密度（一般为干密度，或孔隙率）属于最终参数控制方法，即事后控制。碾压层的沉降率与其压实密度有相关关系，故可以考虑通过沉降率来控制压实密度，该方法在白云水电站混凝土面板堆石坝和天生桥一级水电站面板堆石坝等大坝工程中得到应用，在路基工程中应用更广。为全面利用测量机器人技术，系统中加入该控制方法，可作为过程控制的补充。

大坝填筑仓面压实沉降见图6.13。

沉降率αn的定义为

图6.13　碾压层压实沉降示意图

Face 1—前一碾压层已压实面；Face 2—新碾压层铺填面，即坝料摊铺整平后的仓面；Face 3—新碾压层压实面

需要指出的是，这里假设已被压实的前一碾压层的沉降为0，即未考虑前一碾压层的附加沉降，在前一碾压层压实质量合格的条件下，可以认为该假设对计算结果的影响可忽略。

压实中的密度可由填料的质量和体积计算得到，由于碾压层填料的质量一定，因此只要测定体积的变化就可求出密度的变化。

设碾压层摊铺后未碾压前的初始湿密度为

式中　M——碾压层填料的总质量；

　　　V0——摊铺后碾压层的总体积；

　　　A——碾压层表层的平面面积；

　　　h——摊铺层平均厚度。

假设碾压N遍后总的沉降差即沉降量为Sn，则碾压N遍后的湿密度ρn为

式中　Vn——碾压N遍后碾压层的体积；(www.xing528.com)

　　　An——碾压N遍后碾压层的平面面积；

　　　hn——碾压N遍后碾压层的厚度；

　　　αn——沉降率，即αn=Sn/h。

假设因碾压引起的面积的增减忽略不计，即An与A近似相等，则式（6.16）可改写为

由于αn数值一般较小（10%左右），可看作微小量，此时，式（6.17）用泰勒级数展开可得

湿密度ρn与干密度ρdn的换算公式为

式中　ρn——碾压N遍后的湿密度，g/cm3；

　　　ω——填料的含水量，%；

　　　ρdn——碾压N遍后的干密度，g/cm3。

将式（6.14）代入式（6.13）得到碾压层碾压N遍后的干密度

式中　ρd0——碾压层碾压前初始的干密度。

因此，如果准确测出了某一时刻的初始干密度或者填料的初始湿密度与含水量，其他情况下只要测出沉降率αn就可以算出碾压后的干密度ρdn。

为测得沉降率，可将棱镜安装在轻型车辆（如工程监理车）上，在填筑仓面铺料前后及碾压后分别按一定距离间隔采样，获得仓面的三组点位坐标数据。如前所述，通过一定的插值方法可构建各个表面的DEM，对DEM求差处理，即可得铺料厚度、碾压沉降量，从而求得沉降率，进而得到碾压后的干密度。