吴佳佳 唐浚文 周 珂 刘金鑫

(1.浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122；
2.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）

土方填筑压实质量采用压实度进行控制，即采用标准击实试验，测得土体压实后的干密度与同一土料的最大干密度，用二者的比值来反映压实的效果。常见的传统快速测定土料最大干密度的方法有相关资料统计法、多点移动平均值法、三点快速击实法（以下简称“三点击实法”）等。其中，三点击实法为规范推荐的选择，该方法能够较好地考虑土料压实性的变化，且操作方便，不需要测定土料含水率[1]。

三点击实法被广泛应用于土石坝等工程的填土干密度检测[2，3]，但在使用三点击实法进行工程现场干密度检测试验时，需要利用图解法[4]进行三点击实控制图的画线定点，其准备工作较繁琐；
此外，在经过多次竖、横向的画线定点后，累计误差较大，精度较差。

为了提高传统三点击实法的计算精度与计算效率，笔者利用MATLAB软件进行编程，采用自编程序对三点击实法进行优化改进，并结合工程实例开展改进三点击实法的应用研究，将试验结果与标准击实试验结果进行对比，分析该方法对土方填筑压实度检测的适用性。

1.1 基本原理

三点击实试验法的原理及计算方法[5]为：采用三点击实法进行现场土方填筑压实度检测时，不需要测定填土的含水量，仅在现场测定土的湿密度后，用测定密度试验的土样开展3种含水量的击实试验，分别测得3个击实湿密度，就可确定填土的压实度、最优含水量及现场填土含水量的差值。

填土压实度又称夯实度，指填土干密度与标准最大干密度之比，其计算公式为：

式中：

ρdf——填土的干密度，g/cm3；

ρdfmax——室内击实试验最大干密度，g/cm3；

wf——填土的含水量，%；

ρf——现场湿密度，g/cm3。

由式（1）可知，只要求出室内击实试验最大干密度ρdfmax和现场湿密度ρf即可确定压实度D。

式中：

w——任意含水量；

ws——原土样干质量。

可以理解Z的物理意义是原土样湿质量百分数表示的加水量，任意含水量土样的湿密度除以（1+Z）得：

式中：

ρd(1+w)——变换后的湿密度。

1.2 试验步骤

三点击实法现场确定填土压实度流程如下：

（1）首先在检测点取样确定填土湿密度；

（2）在同一位置取三份土样，每份约3kg，分别加入不同重量的水，测得相应的湿密度ρd（1+w），分别除以得到变换后的湿密度ρd（1+wf），并以Z为横坐标，ρd（1+wf）为纵坐标绘制三点击实图，如图1所示；

图1 三点击实图

（3）通过这三个有适当间距的点可以拟合出一条抛物线，然后用数学方法或图解法确定抛物线顶点，或借助计算机工具直接成图得出顶点纵坐标值，即ρdfmax（1+wf）。则压实度D由ρf/ρdfmax（1+wf）求得。

采用三点击实法进行现场检测应用时，主要存在两个问题：一是需要提前准备繁琐的三点击实控制图，整个工作耗时、费事；
二是求解变换后的最大湿密度时采用的是作图法，需多次画线定点，易出现累计误差，精度较差。

针对传统三点击实法存在的问题，采取MATLAB软件编程对击实试验数据进行处理，可直接绘制出三点击实图，并直接读出顶点纵坐标值即ρdfmax（1+wf），从而得到可靠的数据结果，具体程序计算方法如下：

clc

clear

x=input(′请输入三点加减水量(%)：′);%样例[0 2 4]

y=input(′请输入三点对应湿密度(g/cm^3)：′);%样例[2.14 2.1667 2.0096]

plot(x,y,′.′,′markersize′,15);

hold on

p=polyfit(x,y,2);

xi=[0∶0.01:max(x)];

yi=polyval(p,xi);

z=find(yi==max(yi));

plot(xi,yi,xi(z),yi(z),′*′,′markersize′,15);

text(xi(z),yi(z),′(xi(max),yi(max))′,′EdgeColor′,′red′,′VerticalAlignment′,′bottom′);

set(gca,′XLim′,[-1.5 4.5]);

set(gca,′YLim′,[1.9 2.3]);

set(gca,′XTick′,[-1.0∶1:4.0]);

set(gca,′YTick′,[1.9∶0.1∶2.3]);

disp(([′变 换 后 最 大 湿 密 度(g/cm^3)：′num2str(max(yi))]));

disp(([′填土压实度(%)：′num2str(y(1)/max(yi))]));

disp(([′最优含水量与含水量的差值(%)：′num2str(xi(z))]));

输入数据：

（1）F、H、I：三点击实加减水量占加水前湿土重的百分比（%）。一般为方便起见，可取F=0。

（2）R、S、T：三点击实湿密度（g/cm3）。

输出数据：

（1）Y：ρdfmax（1+wf），即变换后的最大湿密度（g/cm3）。

（2）D：填土压实度（%）。

（3）Q：最优含水量与含水量的差值（%）。

3.1 工程背景

以白鹤滩库区某市政类总承包项目的高回填造地工程填方3区第41层填筑K0+000~K0+280作为试验段，该工程现场试验段填土测得样土湿密度为2.140g/cm3。将此土样分成3份，每份3kg，分别加入不同重量的水，w1=0，w2=60mL，w3=120mL。测得击实后的湿密度分别为2.140g/cm3、2.167g/cm3、2.010g/cm3。

此时程序输入数据为：F=0，H=2，I=4，R=2.140，S=2.167，T=2.010。程序输出数据为：Y=2.178，D=98.3，Q=1.3，程序计算结果如图2所示。

图2 程序计算结果

该法相对于图解法、克莱姆法则等方法具有方便快捷的优点，可将三个点的ρd（1+wf）连成光滑曲线，如图3所示，直接读取顶点纵坐标，即ρdfmax（1+wf）。现场测定已知填土湿密度ρf，由作图求出ρdfmax（1+wf），则可求得压实度D。无需现场测定标准击实最大干密度，缩短了填筑工程的循环时间。

图3 顶点坐标图

3.2 检测结果对比分析

伴随着施工进度的推进，采用现场压实度对填方区的每一层进行压实度检测。干密度检测内容以试验段的10个测点为例，对比改进的三点快速检测方法试验结果与标准击实试验结果。检测填筑料均为土石混合料，干密度检测点数据见表1，其中带*的为采用改进三点快速检测方法得到的数据。

表1 现场干密度检测点数据

由表1可知，采用改进的三点快速检测方法进行检测的结果可以满足试验规定的误差要求。

采用传统方法做一次试验得到结果平均用时为1h左右，而采用改进三点法从输入数据到得出计算结果仅需10s，与传统方法相比，该方法操作性强且方便快捷，可以使得工作段压实质量检测工序时间控制在工期限制范围之内。

在全部操作熟练后，利用该方法进行检测工作，极大缩短了土方填筑的循环作业时间，实现了填筑快速施工。

（1）利用MATLAB软件编程对三点击实法进行优化改进。相对于图解法，该法具有方便快捷的优点，避免了图解法处理数据时精度不足和准备工作繁琐的问题。

（2）由改进的三点快速检测方法试验结果与标准击实试验结果对比可知，改进的快速检测方法可以满足试验规定的误差要求，缩短了土方填筑的循环作业时间，在保证填筑施工质量的条件下，实现了填筑快速施工。

（3）该方法可以为类似土方填筑工程的压实度快速检测提供指导和借鉴。

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