第4卷第3期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)Vol 4 No. 32006F9 A Joumal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2006文章編號:1672-3031(2006)030236-04粉煤灰的壓實(shí)蔡紅,溫彥鋒,邊京紅,魏迎奇中國水利水電科學(xué)研究院巖土工程研究所,北京10004)摘要:粉煤灰的主要粒徑組成是粉土粒,其壓實(shí)設(shè)計(jì)方法需擊實(shí)法和相對密度法并用,并取其中要求高的密度作為設(shè)計(jì)填筑密度。本文通過大量的粉煤灰擊實(shí)試驗(yàn)和相對密度試驗(yàn),分析了試驗(yàn)方法對設(shè)計(jì)密度的影響。同時(shí),與粉煤灰現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)進(jìn)行了對比,其結(jié)果顯示,碾壓灰很難達(dá)到095倍的最大擊實(shí)干密度,或者0.65-0.75的相對密度。碾壓灰的高設(shè)計(jì)干密度給施工帶來一定的難度,從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果看087倍最大干密度的壓實(shí)灰體同樣具有良好的力學(xué)性質(zhì),因此,認(rèn)為實(shí)際應(yīng)用中粉煤灰的壓實(shí)系數(shù)可以低于土壤的壓實(shí)系數(shù)。關(guān)鍵詞:粉煤灰;擊實(shí)試驗(yàn);相對密度試驗(yàn);填筑密度中圖分類號:TV42文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A將土作為建筑材料,建造土壩、路堤和房屋等的地基以及碼頭的回填已有很久歷史,人們從實(shí)踐中已經(jīng)累積了許多經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)土的壓實(shí)設(shè)計(jì)和施工。當(dāng)前國際上流行的壓實(shí)設(shè)計(jì)方法有兩種,一種為擊實(shí)法,是根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)的成果確定填筑密度,它適用于黏性土;另一種為相對密度法,是根據(jù)要求的相對密度確定填筑密度,它適用于無凝聚性土。至于粒徑和性質(zhì)介于兩者之間的粉土,則要求兩種方法并用,取其中要求高的密度作為設(shè)計(jì)填筑密度。但是,由于國內(nèi)外的巖土工程師利用粉土進(jìn)行填筑的經(jīng)驗(yàn)還很少,因此,迄今為止人們還不確定對于粉土來說究竟是擊實(shí)法還是相對密度法給出的設(shè)計(jì)密度高,兩者約相差多少,如果取兩種方法中的大者作為設(shè)計(jì)填筑密度,則流行的施工方法是否能壓實(shí)到所要求的密度。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展,火電廠排出的粉煤灰愈來愈多。如此大量的粉煤灰如果不加利用,則需花費(fèi)巨額資金把它儲放起來。在過去的20多年中,中國水利水電科學(xué)研究院受50多個(gè)電廠的委托對粉煤灰的妥善利用和貯放進(jìn)行了研究。其中有10多個(gè)電廠要求在試驗(yàn)室和現(xiàn)場研究粉煤灰的壓實(shí)特性,為電廠利用粉煤灰建造擋灰壩,或采用干儲法把粉煤灰儲放起來提供科學(xué)依據(jù)。考慮到粉煤灰的主要粒徑組成是粉土粒,因此在研究它的壓實(shí)特性時(shí),借用了土力學(xué)的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)采用了擊實(shí)和相對密度試驗(yàn)。通過這些試驗(yàn)以及相關(guān)的其它室內(nèi)和現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)研究工作,累積了不少資料。本文介紹這些資料及其分析,以期提高使用粉煤灰的填筑質(zhì)量和功效。1樣品及其物理性質(zhì)11樣品灰樣21個(gè),取自分布在我國的東北、西北、華北和中南地區(qū)的13個(gè)電廠。大部分灰樣取自水力儲灰場,少數(shù)取自灰倉。雖然這些灰樣運(yùn)到試驗(yàn)室的時(shí)間,先后相隔很久,但灰樣制備方法均相同。對于相對密度試驗(yàn),采用烘干灰;對于擊實(shí)試驗(yàn)將灰樣調(diào)濕到要求含水率后,在保濕箱中存放2d,取出進(jìn)行試驗(yàn)。12物理性質(zhì)從這13個(gè)電廠所得的21個(gè)灰樣都屬于細(xì)灰,圖1中的顆粒級配曲線(e)和(z)分別為這些灰樣的顆粒級配上下限。從圖1中可見,這些灰的主要組成為粉土粒。它們的不均勻系數(shù)一般約為3~6,少數(shù)高達(dá)10,如圖1中的曲線(c)和(d)。它們的比重大都介于2.06~2.47之間,個(gè)別高達(dá)收稿日期:2005-1229作者簡介:蔡紅(1968-),北京人,女,高級工程師,主要從事土石壩工程、貯灰場工程等方面的研究。E-mail:caihongiwhr.com36粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇圖1顆粒級配曲線2擊實(shí)和相對密度試驗(yàn)21試驗(yàn)方法擊實(shí)試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)儀,擊實(shí)功能為604kJ/m3,相當(dāng)于現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法。相對密度試驗(yàn)的最小干密度測定采用漏斗法,最大干密度采用振擊法,是水利部土工試驗(yàn)操作規(guī)程2所規(guī)定的方法。22成果試驗(yàn)試驗(yàn)成果列于表1表1壓實(shí)試驗(yàn)成果匯總代號樣品名稱最大擊實(shí)干密度/最優(yōu)含水率最大相對干密度/最小相對干密度/不均勻系數(shù)(g/em)sold雞西1雞西2哈2渭河1.011,040.62神頭1.33蒲城1.110.735.5局1191.310.88局2局31.1832.00.832.2964達(dá)拉特牡丹江準(zhǔn)格爾10.802.35(c)準(zhǔn)格爾2準(zhǔn)格爾30.920.663成果分析31兩種最大干密度的比較從表1可見,相對密度試驗(yàn)的最大干密度pm都高于擊實(shí)試驗(yàn)的最大干密度pm。圖2所示為它們之間的關(guān)系曲線。從圖2可見,除了灰樣u、v、w、x、y、z和a、b、c、d、e、f外,兩者之間的關(guān)系大致可用圖中的A線來表示,也就是說,Pm比pam約高0.1g/cm3?；覙觰、v、w、x、y、z的p與pd相差很小,而a、b、e、d、ef的pdm與p相差很大。另從圖1發(fā)現(xiàn)用實(shí)線表示的前類灰聚集在細(xì)側(cè),而用虛線和點(diǎn)線表示的后一類灰,卻聚集在相反的粗側(cè),幾乎無一例外237粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇上述現(xiàn)象說明,對于比較細(xì)的細(xì)灰,兩種方法給出的最大干容重相近;而對于比較粗的細(xì)灰,兩種方法給出的最大干容重則相差很大其原因可能是相對密度試驗(yàn)中的振擊作用與擊實(shí)試驗(yàn)中的單純錘擊作用相比,前者更能使灰顆粒破碎,并使顆粒調(diào)整到密實(shí)的位置。由于較粗的顆粒比細(xì)顆粒更易于破碎,因此振擊法能使較粗的灰(如灰1a、b和e),因顆粒破碎而進(jìn)一步提高密度。另外由于振擊作用比單純錘擊作用更有利于使顆粒調(diào)整到密實(shí)的位置,因此振擊法對級配好的灰(如灰c和d),能因顆粒位置的調(diào)整而進(jìn)一步提高密度?；谝陨戏治隹梢哉J(rèn)為,顆粒愈大,顆粒的材料愈易于破碎,級配2p如mn與pm之間的關(guān)系愈好,則振擊法比擊實(shí)法給出的最大干密度愈大。對于一般的細(xì)灰來說振擊法的最大干密度約比擊實(shí)法高0.1g/cm332密度與比重的關(guān)系圖3為干密度與顆粒比重之間的關(guān)系。從圖3可見,無論是相對密度試驗(yàn)中的最大干密度P還是最小干密度pdmn,它們隨著比重的增大而增大的趨勢是明顯的,但是其規(guī)律性較差特別是對于比重較小的粉煤灰來說,其規(guī)律性更差。原先認(rèn)為比重相同的灰的p_相差較大的原因,是由于它們的級配不一樣。但是事實(shí)上有的灰的不均勻系數(shù)很小,卻有較高的pm和Pm。因此圖3中的關(guān)系曲線還不具備定量的參考價(jià)值。P如與比重之間的關(guān)系也是類同的。33最大擊實(shí)干密度與最優(yōu)含水率圖4為最大擊實(shí)干密度p與最優(yōu)含水率之間的關(guān)系曲線。從圖4可見,它們比較接近比重為22,飽和度為80%的線。但是對于密度低的灰來說,最優(yōu)含水率時(shí)的飽和度明顯偏低。根據(jù)現(xiàn)有的資料還無法找到其原因。一種可能的解釋是粉煤灰的擊實(shí)曲線般都較平緩,也就是說擊實(shí)密度對填筑含水率并不敏感,為確切找到最優(yōu)含水率增添了障礙。0.5圖3pAn、pm與比重的關(guān)系圖4灰在最優(yōu)擊實(shí)狀態(tài)下的飽和度4現(xiàn)場試驗(yàn)已有的經(jīng)驗(yàn)大都建議采用振動(dòng)平碾或氣胎碾來碾壓包括粉土在內(nèi)的無凝聚性材料,而國內(nèi)往往采用前者。國內(nèi)的粉煤灰碾壓工程已經(jīng)做了不少,但報(bào)道的文獻(xiàn)相對較少。石景山電廠的碾壓試驗(yàn)采用12t的自行式平碾,試驗(yàn)表明鋪灰厚度不宜大于50cm,碾壓遍數(shù)不需要超過6遍,填筑含水率接近最優(yōu)值,但不一定確切地控制在最優(yōu)含水率,因?yàn)閴簩?shí)效果對填筑含水率不是很敏感的。按上述方法進(jìn)行壓實(shí),可使灰達(dá)到擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度的90%~95%。這一壓實(shí)系數(shù)對土壤來說是偏低的,但是在如此低的壓實(shí)系數(shù)下壓實(shí)的灰體具有良好的力學(xué)性質(zhì)。與上述壓實(shí)系數(shù)相應(yīng)的相對密度為65%~75%,這一相對密度值與適用于土壤的壓實(shí)系數(shù)相比,是很接近的。另一現(xiàn)場試驗(yàn)在盤山電廠進(jìn)行。碾壓機(jī)械是14t牽引式振動(dòng)平碾,鋪灰厚度35cm,較優(yōu)碾壓工藝是第1遍平碾,第2、3、4遍加振動(dòng)。灰的壓實(shí)干密度一般大于1.08gcm2,約大于擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度的87%。壓實(shí)灰體的力學(xué)性質(zhì)同樣是良好的。通過上述兩試驗(yàn)可以看出,如果用擊實(shí)試驗(yàn)成果來確粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇定填灰密度,則要求的壓實(shí)系數(shù)可低于土壤所需的壓實(shí)系數(shù)。5結(jié)論(1)對于一般的細(xì)灰來說,采用振擊法往往比擊實(shí)法能得到較大的最大干密度。顆粒愈大,顆粒的材料愈易于破碎,級配愈好,則振擊法比擊實(shí)法給出的最大干密度愈大。振擊法的最大干密度約比擊實(shí)法高01g(cm3。(2)如果用擊實(shí)試驗(yàn)成果來確定填灰密度則要求的壓實(shí)系數(shù)可低于土壤所需的壓實(shí)系數(shù)。一般而言,壓實(shí)系數(shù)可降到09。(3)灰的壓實(shí)密度隨灰粒比重的增大而提高,但與灰的級配關(guān)系不大參考文獻(xiàn):[1]楊蔭華,土石料壓實(shí)和質(zhì)量控制[M].北京:水利電力出版社,1992[2]SD128-84,土工試驗(yàn)規(guī)程[S]Compaction characteristics of fly ashCAI Hong, WEN Yan-feng, biAN Jing-hong, WEI Ying-qiDepartment of Geotechnical Engineering, IWHR, Beiing 100044, ChinaAbstract: The majority of fly ash particles is silt. It is required for designing compaction density in thefield to have both testing results from the relative density test and the Proctor compaction tests. If bothtests are carried out, the higher density of the two tests is always selected as the field compaction densityThis paper presents testing results on a wide range of fly ash, after analyzing the effects of test methods onthe resulted density. Field compaction test results reveal that it is hard to compact it to have its drydensity equal to 0.95 of the maximum value, or make its relative density equal to 0.65-0. 75.Asresult, the required compaction density always becomes impractical in practice. Laboratory test resultsshow that fly ash having 87% of the maximum dry density already possesses quite good mechanicalproperties. Therefore, a lower degree of compaction can be recommended in determining the requiredfield compaction densityKey words: fly ash; Proctor compaction test; relative density test; field density(責(zé)任編輯:王成麗239