劉家偉

(云南省水利水電勘測設(shè)計研究院,昆明 650021)

用砂泥巖風(fēng)化料作心墻防滲土料的性能研究

劉家偉

(云南省水利水電勘測設(shè)計研究院,昆明 650021)

楚雄州青山嘴水庫工程為了優(yōu)化大壩工程設(shè)計,改善大壩心墻填筑料的施工條件,降低工程造價,擬采用全強風(fēng)化砂泥巖作心墻防滲土料使用,但砂巖及強風(fēng)化料的摻入比例過高會影響土料的防滲效果。為了確定合適的砂巖及強風(fēng)化料摻合比例,了解和掌握全強風(fēng)化砂泥巖混合料的性能,把砂巖和強風(fēng)化料按不同比例摻配組合進(jìn)行試驗研究,通過試驗確定了全強風(fēng)化砂泥巖混合料可以作心墻防滲土料使用,以強風(fēng)化料所占比例小于60%,砂巖所占比例小于25%為宜,并總結(jié)了用砂泥巖風(fēng)化料作心墻防滲土料使用應(yīng)注意的技術(shù)問題。

砂泥巖風(fēng)化料；滲透系數(shù)；心墻防滲；摻合比例；擊實功能

2015,32(11):52-54

1 工程概況

青山嘴水庫地處云南省楚雄彝族自治州楚雄市境內(nèi),位于金沙江一級支流龍川江干流上,距楚雄市區(qū)約14.5 km。是一項以防洪、灌溉為主,兼顧城市工業(yè)供水等綜合利用的大(2)型工程。大壩壩型為黏土心墻堆石壩,壩高41.5 m。壩體填筑共116.56萬m3,其中心墻土料19.54萬m3。主壩剖面圖見圖1[1]。

圖1 主壩縱剖面Fig.1 Longitudinal profile of the main dam

2 土料來源及物理指標(biāo)

2.1 土料來源

青山嘴水庫沙邑村土料場為泥巖夾少量砂巖全強風(fēng)化土料場,泥巖、砂巖互層變化大,不均勻,全風(fēng)化層的厚度變化大,全風(fēng)化層厚度1～3 m。經(jīng)過礦物成分分析,泥巖的主要成分為鐵泥質(zhì)占85%,粉砂質(zhì)占15%,定名為紫紅色含粉砂質(zhì)泥巖,其防水性能好；砂巖的主要成分為石英占85%,定名為暗紫紅色巖屑石英粉-細(xì)砂巖,其防水性能差；泥巖夾砂巖,其混合料定名為紫紅色含泥質(zhì)粉-細(xì)粒巖屑石英砂巖與含粉砂質(zhì)泥巖。用于心墻料施工,全強風(fēng)化砂巖及強風(fēng)化料的摻合比例會影響土料的防滲性能。為此,取大型樣4組,砂巖和強風(fēng)化料按不同比例摻配組合進(jìn)行試驗研究,考察混合土料的物理、力學(xué)性質(zhì)。

取樣采用刻槽法,從地表以下0.5 m開始,自上而下,一直取到探坑底部,樣品參數(shù)統(tǒng)計見表1,顆分曲線見圖2。

表1 樣品參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of sampling

圖2 土料來樣顆粒分析曲線Fig.2 Particle analysis of soil sample

2.2 土料物理指標(biāo)

4組土料的物理指標(biāo)見表2,根據(jù)試驗后的顆粒組成情況依據(jù)規(guī)范定名4組料均為黏土質(zhì)礫(GC)[2]。從試驗成果可看出,細(xì)粒含量及塑性指數(shù)與強風(fēng)化所占比例成反比,強風(fēng)化料所占比例過高會導(dǎo)致細(xì)粒含量減少,影響土料的防滲效果。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 土料粒徑對擊實試驗指標(biāo)的影響

4組土料分別取限制粒徑60 mm的等量替代樣品采用大型擊實儀進(jìn)行擊實試驗,同時取限制粒徑20 mm的等量替代樣品用中型擊實儀進(jìn)行對比試驗。試驗結(jié)果見表3。

表3 不同粒徑土料的擊實試驗成果Table 3 Result of compaction test of soil material under different particle sizes

從表3中可看出,在同一單位擊實功能下,干密度隨限制粒徑增大而增大,最優(yōu)含水率隨限制粒徑增大而降低。

3.2 壓實度對滲透系數(shù)的影響

用標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗獲得的最大干密度,分別按98%和100%壓實度控制制樣進(jìn)行大型滲透試驗測試。試驗結(jié)果見表4。從試驗結(jié)果可看出,壓實度對滲透試驗指標(biāo)的影響較大,壓實度從98%提高到100%,滲透系數(shù)就減小了一個量級。

表4 不同壓實度滲透試驗成果Table 4 Results of permeability test under different degrees of compaction

3.3 擊實功能對滲透系數(shù)和干密度的影響

用DY-2土料按4個不同的功能進(jìn)行大型擊實試驗,對擊實試驗后的土料進(jìn)行顆粒分析,以了解顆粒破碎情況,并分別用擊實試驗獲得的最大干密度控制制樣進(jìn)行滲透試驗,進(jìn)一步了解擊實功能對此類土料的影響,試驗成果見表5,擊實功能與干密度、滲透系數(shù)的關(guān)系曲線見圖2。

從試驗結(jié)果看出:①隨著擊實功能的增大,干密度和破碎率隨之增大,滲透系數(shù)及最優(yōu)含水率隨之減小；②擊實功能從591.9 kJ/m3提高到863 kJ/m3破碎率增大明顯；③從圖3可看出以擊實功能900 kJ/m3為分界點,600 kJ/m3至900 kJ/m3段曲線變化明顯, 900 kJ/m3至2 688 kJ/m3段2條曲線均呈漸趨變緩的趨勢。

表5 不同擊實功能的試驗成果Table 5 Test results under different compactive efforts

圖3 擊實功能與干密度、滲透系數(shù)的關(guān)系曲線Fig.3 Relations of compactive effort vs.dry density and permeability coefficient

4 土料的力學(xué)指標(biāo)及評價

分別對4組土料進(jìn)行了三軸及固結(jié)試驗,試驗指標(biāo)見表6。由表6可知,強風(fēng)化土料的摻配比例與壓縮系數(shù)成反比,與抗剪強度成正比,強風(fēng)化所占比例愈高壓縮系數(shù)愈小,抗剪強度愈高。擊實、滲透試驗成果與P5(顆粒粒徑＞5 mm的含量)成正比,即P5含量愈高、干密度和滲透系數(shù)愈大。

表2 土料物理指標(biāo)情況Table 2 Physical indexes of soil material

表6 4組土料力學(xué)指標(biāo)及評價Table 6 Mechanical indexes of 4 samples of soil materials

參照《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251—2000)[3],對土樣進(jìn)行評定。評定指標(biāo)見表6。從指標(biāo)評價表來看,只有DY-3土料的各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求[4-5]。

5 結(jié) 語

(1)全強風(fēng)化砂泥巖混合料可以作心墻防滲土料使用,以強風(fēng)化料所占比例小于60%,砂巖所占比例小于25%為宜。

(2)用砂泥巖風(fēng)化料作心墻防滲土料能提高土體壓實密度和強度,減少壓縮變形。

(3)在施工開采過程中根據(jù)料場的實際情況,采用適宜的開挖深度,控制好土料的全強風(fēng)化料的比例及砂巖含量并盡量選用碾壓功能較大的碾壓設(shè)備是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

(4)砂泥巖風(fēng)化料場的主要問題為土料上下層風(fēng)化程度不均勻,泥巖、砂巖互層變化大,施工時要采用立面開采并注意拌和均勻,避免粗粒料及砂巖料集中上壩。

[1]劉家偉.楚雄州青山嘴水庫工程沙邑村大壩心墻料試驗研究專題報告[R].昆明:云南省水利水電勘測設(shè)計研究院,2007.(LIU Jia-wei.Special report of Core Wall Material of Shayicun Dam in Qingshanzui Reservoir of Chuxiong State[R].Kunming:Yunnan Institute of Water& Hydropower Engineering Investigation,Design and Research,2007.(in Chinese))

[2]SL237—1999,土工試驗規(guī)程[S].北京:中國水利水電出版社,1999.(SL237—1999,Specification of Soil Test[S]. Beijing:China Water Power Press,1999.(in Chinese))

[3]SL251—2000,水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].北京:中國水利水電出版社,2000.(SL251—2000,Specification on Investigation of Natural Building Material for Water Conservancy and Hydropower Engineering[S].Beijing:China Water Power Press,2000.(in Chinese))

[4]DL/T5129—2001,碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.(DL/T5129—2001,Specification for Rolled Earth-rock Fill Dam Construction[S].Beijing:China Water Power Press,2001.(in Chinese))

[5]SL274—2001,碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.(SL274—2001,Design Code for Rolled Earth-rock Fill dams[S].Beijing:China Water Power Press,2001.(in Chinese))

(編輯:姜小蘭)

Research on Properties of Weathered Sandstone and Mudstone as Impervious Soil for Central Core

LIU Jia-wei
(Yunnan Institute of Water&Hydropower Engineering Investigation,Design and Research, Kunming 650000,China)

In order to optimize the design of the dam project,improve the construction conditions of filling material of central core,and reduce project cost,we used entirely or strongly weathered sandstone and mudstone as impervious soil in Qingshanzui reservoir,which is in Chuxiong state of Yunnan province.But seepage control will be affected by excessive mixture ratio of strongly weathered sandstone and mudstone.For the purpose of determining appropriate mixture ratio and finding properties of sandstone and strongly weathered material,we carried out several experiments,in which sandstone and strongly weathered material were mixed under different ratios.Through experiments,results show that,entirely or strongly weathered mixtures of sandstone and mudstone can be used as antiseepage soil material for central core,and the rational mixture ratio for strongly weathered material is less than 60%,with sandstone less than 25%.Finally,several important technical issues are summarized for the forementioned material.

mixtures of sandstone and mudstone；permeability coefficient；anti-seepage of central core；mixture ratio；compaction effort

TV443

A

1001-5485(2015)11-0052-03

10.11988/ckyyb.20140417

2014-05-21；

2014-06-24

劉家偉(1972-),男,云南建水人,高級工程師,主要從事水利水電工程試驗檢測工作,(電話)0871-65017655(電子信箱)952281727 @qq.com。