港口航道疏浚工程中回填料工程材料检测的颗粒级配分析

港口航道疏浚工程是维持航道通航水深、提升港口综合效能的核心工程，回填料作为疏浚后场地修复与陆域拓展的关键材料，其颗粒级配直接决定了材料的压实效果、抗渗性能与力学稳定性。准确分析回填料颗粒级配，是避免工程后期出现沉降、渗漏或结构变形的重要前提，也是保障疏浚工程质量达标的核心环节。

颗粒级配的基本概念与量化指标

颗粒级配指回填料中不同粒径颗粒的质量分布比例，是反映材料粗细颗粒搭配状态的关键参数。常用量化指标包括：筛余率（某孔径筛上残留颗粒占总质量的百分比）、累计筛余（从最大孔径到当前孔径的筛余率之和）、不均匀系数（Cu=d60/d10，d60为累计筛余60%对应的粒径，d10为累计筛余10%对应的粒径）、曲率系数（Cc=(d30²)/(d10×d60)，d30为累计筛余30%对应的粒径）。

这些指标的组合可判断级配优劣：根据《疏浚工程施工技术规范》（JTS 207-2012），当Cu≥5且Cc=1~3时，颗粒从粗到细连续分布，级配良好；若Cu<5或Cc偏离1~3，则颗粒粒径集中，级配不良。例如，某回填料Cu=6.5、Cc=1.9，说明粗细颗粒搭配合理，是理想的工程材料。

回填料颗粒级配的检测标准与取样要求

国内回填料颗粒级配检测需遵循两大核心标准：《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）规定了试验流程与指标计算，《疏浚工程施工技术规范》（JTS 207-2012）明确了工程应用的合格标准。

取样是检测的基础，需保证代表性：对于疏浚区回填料，应在不同深度（每隔3~5m）设取样点，每个点取3个平行样；对于堆放区回填料，需在顶部、中部、底部及边缘设点，每1000m³设1个取样点。样品质量需满足：细粒土（粒径<0.075mm占比≥50%）不少于5kg，粗粒土（粒径>0.075mm占比≥50%）不少于20kg。

取样后需立即密封（用聚乙烯袋封装），避免水分流失或细颗粒散失，运输过程中防止样品混杂，确保检测结果真实反映原始材料状态。

筛分试验的操作要点与精度控制

筛分试验分为湿筛与干筛两步：首先对含泥量≥5%的样品进行湿筛——将样品置于0.075mm筛上，用清水冲洗至筛下水清澈（用硝酸银溶液检测无氯离子反应），去除细泥；然后将筛上颗粒放入105±5℃烘箱烘干至恒重，进行干筛。

干筛需选用标准套筛（孔径序列：200mm、100mm、50mm、20mm、10mm、5mm、2mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm），按粒径从大到小依次过筛。手摇筛需持续5分钟以上，机械筛（频率300次/分钟）需运行3~5分钟，直至每层筛的筛余质量变化≤0.5%。

筛具校准是精度控制的关键：每6个月需用标准钢球（直径偏差≤0.005mm）检查筛孔尺寸，若0.075mm筛的筛孔通过率偏差≥10%，需更换筛网；10mm以上筛孔需用游标卡尺测量，偏差≥2%则需重新标定。

颗粒级配曲线的绘制与指标分析

筛分完成后，首先计算各筛的筛余率（Pi=mi/M×100%，mi为筛余质量，M为样品总质量），再计算累计筛余（Ai=P1+P2+…+Pi）。例如，某样品总质量10kg，50mm筛余1.5kg（P1=15%），20mm筛余2.0kg（P2=20%），则累计筛余A2=15%+20%=35%。

颗粒级配曲线采用“半对数坐标”绘制：横坐标为颗粒直径（d）的对数（如lg d），纵坐标为累计筛余（A）。曲线斜率反映粒径分布宽度——斜率越小（曲线越平缓），说明粒径分布越广，级配越好；斜率越大（曲线越陡峭），则粒径越集中，级配越差。

不均匀系数（Cu）与曲率系数（Cc）是判断级配的核心指标：Cu≥5表示粒径分布广，Cc=1~3表示粒径连续无缺失。例如，某样品d10=0.3mm、d30=1.5mm、d60=2.7mm，则Cu=2.7/0.3=9，Cc=(1.5²)/(0.3×2.7)=2.25/0.81≈2.78，满足级配良好的要求。

颗粒级配对回填料工程性能的影响

压实性：级配良好的回填料，细颗粒可填充粗颗粒间的孔隙，压实后孔隙率可降至18%~22%，而级配不良的单一粒径填料（如纯砂）孔隙率可达30%~35%，难以达到设计压实度（≥93%）。例如，某工程中，级配良好的回填料用20t压路机压实3遍，压实度达96%；级配不良的填料压实5遍，压实度仅88%。

渗透性：级配良好的回填料，孔隙小且连通性差，渗透系数（k）可低至1×10^-6 cm/s，能有效阻止潮水渗透；级配不良的填料（如纯砾石）k可达1×10^-2 cm/s，易引发岸坡渗流破坏。例如，某港口岸坡回填料因级配不良，雨季出现2处滑坡，经检测k=5×10^-3 cm/s，远超设计限值（≤1×10^-5 cm/s）。

力学强度：级配良好的回填料，颗粒间的咬合作用强，无侧限抗压强度（qu）可达1.2~1.8MPa，能满足码头地基（承载力≥150kPa）的要求；级配不良的填料qu仅0.5~0.8MPa，易出现不均匀沉降（如堆场地面开裂、码头面板变形）。

检测过程中的质量控制措施

为确保检测结果准确，需从“人、机、料、法、环”五方面控制：一是人员培训——检测人员需持“土工试验资格证”上岗，每年参加1次规范更新培训；二是设备校准——筛具、烘箱、天平（精度0.1g）需每年送计量院校准，校准证书需在有效期内；三是样品管理——样品需标注“工程名称、取样位置、深度、日期”，保存至工程验收后3个月；四是方法执行——严格按照标准流程操作，禁止简化湿筛或缩短干筛时间；五是环境控制——试验室内温度需保持20±5℃，湿度≤70%，避免细颗粒受潮结块。

工程案例中的颗粒级配优化实践

某长江港口航道疏浚工程，回填料为疏浚的粉细砂（d<0.075mm占比30%）与砾石（d>20mm占比25%）混合体。初始检测显示Cu=4.2、Cc=0.7，级配不良。为优化级配，施工单位掺入10%的中砂（d=0.5~2mm），重新检测后Cu=6.8、Cc=1.9，达到级配良好标准。

优化后的回填料经压实试验，压实度达到95.5%（设计要求≥93%），渗透系数为8×10^-7 cm/s（设计限值≤1×10^-6 cm/s），无侧限抗压强度1.6MPa（设计要求≥1.2MPa）。工程验收时，陆域堆场沉降量最大为10mm（设计允许≤50mm），岸坡稳定性检测（瑞典圆弧法）安全系数为1.35（设计要求≥1.2），完全满足使用要求。