彭 明, 趙 鵬
(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)
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羅賽雷斯土石壩填筑料物的替代方法
彭明,趙鵬
(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都610081)
摘要:由于羅賽雷斯土石壩中的一設(shè)計(jì)料物在工程所在地附近沒有適合可供大規(guī)模開采的料源而無法滿足土石壩的填筑質(zhì)量和進(jìn)度要求,承包商對(duì)工程周邊可能存在的備選料物進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)后,確定了一種替代料物以滿足工程的需要。對(duì)這一替代料物的選擇和確認(rèn)過程進(jìn)行了描述與分析,總結(jié)了土石壩施工過程中料物替代的一般方法。
關(guān)鍵詞:羅賽雷斯土石壩;填筑料物;替代;方法
1工程概述
羅賽雷斯大壩座落在青尼羅河上,位于蘇丹首都喀土穆東南550km處的青尼羅河州首府達(dá)瑪津市。大壩加高工程是在原有大壩基礎(chǔ)上加高10m,并向左右岸延長(zhǎng)和向下游加寬。加高后的壩體全長(zhǎng)從原來的13.5km增加至25.1km。
該土石壩為粘土心墻壩,加高后的土石壩全長(zhǎng)24.1km,總填筑量為1 746.6萬m3,壩頂高程495.3m,庫(kù)區(qū)正常蓄水位高程493.02m。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,粘土心墻頂高程493.8m以上的料物依次為90cm厚的3.1區(qū)料(臟砂料,DirtySand)、30cm厚的壩頂公路底基層料、15cm厚的下基層料、15cm厚的上基層料以及部分壩段的瀝青路面,上述料物的上游側(cè)為護(hù)坡料(包括砂礫料和拋石料),下游側(cè)依次為反濾料(凈砂料)和護(hù)坡料(砂礫料)。
2設(shè)計(jì)料物3.1區(qū)料的主要工程性質(zhì)
2.1設(shè)計(jì)料物3.1區(qū)料的主要工程性質(zhì)
3.1區(qū)料為新增料物,設(shè)計(jì)工程量17.94萬m3。工程師將3.1區(qū)料命名為臟砂料,以GB/T50145-2007《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》為判定基礎(chǔ)。參考設(shè)計(jì)級(jí)配曲線(圖1)可知:
(1)該料物土顆粒最大粒徑不大于13.2mm;
(2)巨粒組含量為0%;粗粒組含量為60%~81%,大于50%;細(xì)粒組含量為19%~40%,小于50%且不小于15%。其中,粗粒組中礫粒組含量為0%~20%,小于砂粒組的含量(約80%~100%)。
在對(duì)業(yè)主移交的料源進(jìn)行勘探和試驗(yàn)后得知:該料物細(xì)粒組中粉粒含量為14.7%~17.6%,不大于50%。綜上判斷該料物在土的工程分類中的土類名稱是粘土質(zhì)砂,土類編號(hào)為SC。
2.2設(shè)計(jì)料物3.1區(qū)料存在的問題
3.1區(qū)料(SC)具備不透水性、抗剪強(qiáng)度好、可塑性低等工程性質(zhì),適宜筑壩。然而,由于工程所在地料源的3.1區(qū)料本身特性(含泥量)變化較大,不同料源不同含泥量的3.1區(qū)料對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)含水率,致使含水率無法控制。既使針對(duì)料場(chǎng)某區(qū)域內(nèi)的料源進(jìn)行取樣,也不能反映該區(qū)域3.1區(qū)料的實(shí)際情況,僅能代表取樣探坑周圍小區(qū)域的情況。即:3.1區(qū)料的料源不具備大規(guī)模開采條件且現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一,該料物無法進(jìn)行開采使用,因此,尋找合適的替代料物勢(shì)在必行。
3替代料物3.2區(qū)料的主要工程性質(zhì)
通過對(duì)工程所在地附近料源進(jìn)行初步勘察,我們認(rèn)為右岸Azaza村莊的一種紅土料可能會(huì)滿足工程需求,隨即進(jìn)行了相關(guān)的取樣和試驗(yàn)工作。
3.1外觀
該料物分布在地面以下1~6m,分布較均勻。料物本身為淺紅色,松散,天然含水率較低,粗粒形狀為圓形或次圓形且含中砂和粗砂以及較多的紅粘土,初步判斷為礫石土。
3.2料源取樣室內(nèi)試驗(yàn)
從三個(gè)暫存料堆(SP1、SP2、SP3)分別取樣,在主試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行粒徑分析、阿太堡三限、普氏擊實(shí)、滲透性及干縮性等試驗(yàn)。
(1) 粒徑分析試驗(yàn)。
圖1 設(shè)計(jì)單位提供的3.1區(qū)料級(jí)配曲線圖
根據(jù)英國(guó)規(guī)范《BS1377-2:1990 土工試驗(yàn)方法-常規(guī)試驗(yàn)》進(jìn)行粒徑分析試驗(yàn),其結(jié)果見表1。
表1 天然3.2區(qū)料粒徑分布(篩分)表
從表1可知:該料物最大粒徑不大于75mm,巨粒組含量小于10%,粗粒組含量大于50%,細(xì)粒組含量為20%左右。其中,粗粒組中礫粒組含量約為70%,大于砂粒組的含量(約5%)。對(duì)于小于0.075mm粒徑的土料進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)后得知:該料物細(xì)粒組中粉粒含量為9.5%~13%,不大于50%。
綜上所述,根據(jù)GB/T50145-2007《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》判斷該料物在土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)中的土類名稱是粘土質(zhì)礫,土類編號(hào)為GC。
(2) 阿太堡三限試驗(yàn)。
根據(jù)英國(guó)規(guī)范《BS1377-2:1990 土工試驗(yàn)方法-常規(guī)試驗(yàn)》進(jìn)行粒徑分析試驗(yàn),其結(jié)果為:①樣本1:液限48,塑限21,塑性指數(shù)27;②樣本2:液限49,塑限19,塑性指數(shù)30;③樣本3:液限48,塑限21,塑性指數(shù)27。三種指數(shù)變化不大,反映出該料物本身特性比較穩(wěn)定。
(3) 普氏擊實(shí)試驗(yàn)。
根據(jù)英國(guó)規(guī)范《BS1377-4:1990 土工試驗(yàn)方法-壓實(shí)及其相關(guān)試驗(yàn)》,采用24h烘箱的方式進(jìn)行普氏擊實(shí)試驗(yàn),其結(jié)果如下:①樣本1:最大干密度2.15g/cm3,最優(yōu)含水率8.9%;②樣本2:最大干密度2.05g/cm3,最優(yōu)含水率10%;③樣本3:最大干密度2.18g/cm3,最優(yōu)含水率8.7%。
(4) 滲透性試驗(yàn)。
根據(jù)英國(guó)規(guī)范《BS1377-5:1990 土工試驗(yàn)方法-可壓縮、滲透性和耐久性試驗(yàn)》進(jìn)行滲透性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果顯示三個(gè)料堆料物的滲透率Kf<1~6×10-7m/s,表明該紅土料具備不透水性。工程師也以此標(biāo)準(zhǔn)要求現(xiàn)場(chǎng)滲透性試驗(yàn)需滿足此滲透率。
(5) 干縮性試驗(yàn)。
根據(jù)英國(guó)規(guī)范《BS 1377-2:1990 土工試驗(yàn)方法-常規(guī)試驗(yàn)》中的線性干縮法進(jìn)行該料物的干縮特性試驗(yàn),結(jié)果顯示其線性干縮的百分比范圍為11.12%~13.02%,干縮性低。
3.3室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論
從上述試驗(yàn)結(jié)果可知:該種粘土質(zhì)礫料物(GC)較穩(wěn)定,具備不透水性,干縮性低,可塑性低,可滿足替代原設(shè)計(jì)料物3.1區(qū)料的要求。同時(shí),該料物料源充足,可進(jìn)行大規(guī)模開采,滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。
工程師在現(xiàn)場(chǎng)勘察、旁站相關(guān)試驗(yàn)、審閱勘探報(bào)告和試驗(yàn)報(bào)告后批準(zhǔn)了使用該種料物用以替代原3.1區(qū)料,并將其命名為紅土礫石料(Red Soil Gravel,3.2區(qū)料)。至此,3.1區(qū)料替代料物的確認(rèn)工作已成功完成。
4替代料物3.2區(qū)料的施工參數(shù)確定
在確定使用紅土礫石料后需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)以確定填筑碾壓參數(shù)和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)使用SP2暫存料堆的料物進(jìn)行了以下試驗(yàn)。
4.1含水率調(diào)整
由于3.2區(qū)料的天然含水率較低且不均勻,變化范圍為2.6%~6.3%且小于最優(yōu)含水率10%,需在含水率調(diào)整后再進(jìn)行上壩填筑。
灌水試驗(yàn)在SP2暫存料堆進(jìn)行,采用筑畦灌水法。灌水并靜置30 h后在料堆不同深度位置取樣并進(jìn)行含水率試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:3.2區(qū)料在料堆不同深度或是全斷面的含水率都比較均勻,樣本含水率范圍為10.3%~11.4%,平均含水率大于最優(yōu)含水率0.8%左右,可以滿足上壩填筑要求。
4.2填筑碾壓試驗(yàn)
(1) 第一次填筑碾壓試驗(yàn)。
本次填筑碾壓試驗(yàn)采用未調(diào)整含水率的3.2區(qū)料,在壩面進(jìn)行刨毛灑水調(diào)整料物含水率,用19 t光面碾按不同攤鋪厚度(35 cm,50 cm,60 cm)和不同碾壓遍數(shù)(4遍,6遍)進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)工程師要求,該試驗(yàn)取樣后僅進(jìn)行干密度、含水率和滲透性試驗(yàn),使用這三個(gè)參數(shù)確定碾壓參數(shù)。
①干密度和含水率試驗(yàn)。
由于19 t光面碾振動(dòng)碾壓4遍后的試驗(yàn)結(jié)果較差,表2僅反映出碾壓6遍后分層取樣干密度和含水率的試驗(yàn)結(jié)果。從該結(jié)果可以看出:a.在壩面刨毛灑水進(jìn)行含水率調(diào)整沒有實(shí)質(zhì)性影響,測(cè)得的含水率不均勻且與最優(yōu)含水率10%的偏差較大,最大時(shí)低于最優(yōu)含水率約4%~6%。b.本次試驗(yàn)中松鋪50 cm厚的壓實(shí)度最大(95%),松鋪60 cm厚時(shí)的壓實(shí)度最小(最大僅為92%),對(duì)此進(jìn)行分析后不難看出,松鋪35 cm和松鋪50 cm壓實(shí)度比較接近,說明在使用19 t光面碾碾壓的情況下,有效碾壓厚度應(yīng)不大于50 cm。
表2 最大干密度為2.05、最優(yōu)含水率為10%時(shí)的19 t光面碾振動(dòng)碾壓6遍分層取樣干密度和含水率試驗(yàn)結(jié)果表
②現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)。
在松鋪50 cm和60 cm兩種情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn),其結(jié)果為:松鋪50 cm時(shí)Kf=1.89×10-7m/s,松鋪60cm時(shí)Kf=2.45×10-7m/s,均滿足工程師確定的滲透性要求。
(2) 第二次填筑碾壓試驗(yàn)。
鑒于第一次填筑碾壓試驗(yàn)中壓實(shí)度無法滿足設(shè)計(jì)要求以及含水率不均勻且與OMC偏差較大的問題,我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)又進(jìn)行了第二次填筑碾壓試驗(yàn)。根據(jù)前次試驗(yàn)所得出的結(jié)論,本次填筑碾壓試驗(yàn)使用調(diào)整含水率后的3.2區(qū)料在暫存料場(chǎng)進(jìn)行筑畦灌水;料物松鋪厚度選擇為50 cm,碾壓6遍,但增加了19 t凸塊碾作為對(duì)比,以確定碾壓設(shè)備。
①干密度和含水率試驗(yàn)(表3)。
表3 最大干密度為2.05,最優(yōu)含水率為10%時(shí)的19 t振動(dòng)碾壓6遍分層取樣干密度和含水率試驗(yàn)結(jié)果表
從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出:a.在3.2區(qū)料含水率調(diào)整合適之后,松鋪厚度為50 cm,使用平碾或凸碾碾壓后的壓實(shí)度基本一致。b.壓實(shí)度較前次試驗(yàn)有所提高,平均壓實(shí)度為98.1%,最小壓實(shí)度為95%;含水率較前次試驗(yàn)有很大程度地提高且比較均勻,含水率范圍為7.9%~10.8%,與OMC偏差范圍為0.8%~2.1%。
②現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)。
取樣兩個(gè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn),其結(jié)果分別為:Kf=1.05×10-7m/s和Kf=3.83×10-8m/s,可以滿足工程師確定的滲透性要求,即Kf<1~6×10-7m/s。
4.3填筑碾壓參數(shù)的確定
根據(jù)填筑碾壓試驗(yàn)結(jié)果并與工程師討論后,確認(rèn)了以下填筑碾壓參數(shù):
(1) 填筑3.2區(qū)料時(shí)松鋪厚度為50cm;
(2) 使用19t光面碾或凸塊碾碾壓6遍;
(3) 3.2區(qū)料在運(yùn)輸至壩面前需在暫存料場(chǎng)進(jìn)行含水率調(diào)整。
同時(shí),確定了以下質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):
(1) 暫存料場(chǎng)料物含水率調(diào)整后的范圍:9%~12%;
(2) 壩面碾壓后含水率與最優(yōu)含水率差值范圍:-2%~+2%;
(3) 壓實(shí)度(現(xiàn)場(chǎng)干密度/最大干密度):≥96%。
5土石壩料物替代方法小結(jié)
根據(jù)上述實(shí)例,筆者對(duì)土石壩填筑料物替代方法總結(jié)如下:
(1) 設(shè)計(jì)料物的工程性質(zhì)。
進(jìn)行筑壩料物的替代選擇,首先要確定原設(shè)計(jì)料物本身的工程性質(zhì)及其在土石壩結(jié)構(gòu)中所起的作用,這是尋找替代料物的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。
(2) 該設(shè)計(jì)料物的料源無法用于筑壩的原因可以從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度進(jìn)行分析,說明應(yīng)有理有據(jù)。本實(shí)例中主要為技術(shù)原因,即料源本身的不均勻性無法滿足現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模開采的需要。
(3) 替代料物的工程性質(zhì)。
首先應(yīng)依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和料物外觀進(jìn)行初步判斷,認(rèn)為其可能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)立即對(duì)料源進(jìn)行勘探取樣并進(jìn)行相關(guān)土工試驗(yàn),新料物的工程性質(zhì)應(yīng)參考原設(shè)計(jì)料物的主要工程性質(zhì),應(yīng)滿足其在土石壩結(jié)構(gòu)中的功能性要求和結(jié)構(gòu)性要求。
(4) 替代料物的現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)。
當(dāng)該料物滿足工程性質(zhì)要求后,還需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn),以確定其碾壓參數(shù)和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)應(yīng)考慮不同碾壓設(shè)備、不同攤鋪厚度、填筑料物是否進(jìn)行含水率調(diào)整等多方面因素,從中擇優(yōu)選擇。
彭明(1977-),男,四川南部人,工程師,學(xué)士,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;
趙鵬(1985-),男,山西長(zhǎng)治人,工程師,學(xué)士,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.
(責(zé)任編輯:李燕輝)
收稿日期:2015-10-20
文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0032-04
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
中圖分類號(hào):TV7;TV52;TV4;TV641
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