徐英姿

(上饒市水利科學(xué)研究所，江西 上饒 334000)

文章以江西省上饒市上饒縣某水庫施工為例，重點(diǎn)研究摻配全強(qiáng)風(fēng)化防滲土料在土石壩中的應(yīng)用。通過大量的摻配試驗(yàn)及碾壓試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，標(biāo)定各自摻配比例、碾壓次數(shù)、每層鋪設(shè)混合料厚度等參數(shù)，力求心墻填筑質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為摻配全強(qiáng)風(fēng)化防滲土料在土石壩施工中的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目情況

文章選取江西省某水庫為研究對(duì)象，施工現(xiàn)場(chǎng)距上饒縣城40km左右，該水庫重點(diǎn)保障當(dāng)?shù)鼐用裼盟稗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也為其周邊工廠提供水源。水庫設(shè)計(jì)總庫容1081.65萬m3，可保障2萬畝農(nóng)田用水。水庫重點(diǎn)建筑包括攔河大壩、溢洪道、導(dǎo)流輸水隧洞、泄洪道等。

攔河大壩作為水庫的重點(diǎn)工程，設(shè)計(jì)為心墻風(fēng)化料壩。其壩頂高程2578m，壩頂寬度5.8m，壩頂長(zhǎng)度590.8m，壩高最大值46.8m。上下游壩坡均采用3級(jí)設(shè)計(jì)，其坡比依次：1∶2.2，1∶2.4，1∶2.6；1∶2.2，1∶2.4，1∶1.6。心墻頂寬度2.5m，上下游坡比相同，為1∶0.3，心墻上游鋪設(shè)一層混合反濾層(2.5m)，下游鋪設(shè)兩層反濾層(每層均1.25m)。利用C13混凝土預(yù)制塊護(hù)坡構(gòu)成大壩上游壩面，利用C13混凝土格柵草皮護(hù)坡構(gòu)成下游壩面。大壩心墻防滲土料填筑量較大，高達(dá)274985m3。

因該水庫周圍有大量殘坡積土層，并含有大量砂泥巖全風(fēng)化碎石角礫粉土層，具有良好的防滲作用。設(shè)計(jì)時(shí)選擇2個(gè)土料場(chǎng)，概況分別如下：

1號(hào)土料場(chǎng)在下壩左岸東部，與上壩址距離600～2500m。本土料場(chǎng)涉及到的土料種類眾多，主要有紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、粉砂巖、灰白石英砂巖夾鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、含有礫粉質(zhì)黏土、夾碎石角礫土，可用作防滲土的厚度約2.5m?？捎脤酉虏渴侨珡?qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖層，該層在摻配比例條件下也可作為防滲土料。該土料場(chǎng)可用層儲(chǔ)量達(dá)到66.12萬m3，以現(xiàn)有技術(shù)剝采百分比僅9.5%左右。綜合考慮后將1號(hào)土料場(chǎng)作為主選料場(chǎng)。為了滿足施工用料，必要時(shí)選擇摻配一定數(shù)量的全強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖作為防滲心墻原料。

2號(hào)土料場(chǎng)在上壩左岸以北，帶狀東西分布，距水壩達(dá)1400m。料場(chǎng)可以利用的主要是殘坡積土層與全風(fēng)化土層的上部，其儲(chǔ)量達(dá)到54.12萬m3，以現(xiàn)有技術(shù)剝采百分比可達(dá)10.8%左右。但該料場(chǎng)開采運(yùn)輸條件較差，并且場(chǎng)區(qū)內(nèi)涉及到當(dāng)?shù)鼐用竦撵籼?，征收開掘成本巨大。綜合考慮后將2號(hào)土料場(chǎng)充當(dāng)備用，僅在主選料場(chǎng)無法滿足施工需求時(shí)，才少量開采2號(hào)土料場(chǎng)邊緣區(qū)，盡量降低影響。

2 防滲土料配制

2.1 取樣介紹

對(duì)1號(hào)土料場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)。探坑間距控制在150m左右，選擇20個(gè)探坑，各個(gè)探坑深度不一，其范圍在1.2～7.5m之間。探坑內(nèi)獲得原狀樣12組，擾動(dòng)樣12組。并獲得防滲純土料大樣1組，同時(shí)獲取砂泥巖全強(qiáng)風(fēng)化料大樣1組，完成不同配比的試驗(yàn)。

2.2 配比設(shè)計(jì)

(1)純土料試驗(yàn)

在主料場(chǎng)(1號(hào))探坑內(nèi)采取12組表層土料完成試驗(yàn)，首先對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，性能概況見表1。

表1 純土料物理性質(zhì)概況

參考相關(guān)規(guī)程對(duì)其完成評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2 純土料各性能指標(biāo)概況

通過該試驗(yàn)可以得到：主料場(chǎng)表層土料主要是黏性土，黏粒所占比例超過45%的共5組，所占比例42.5%，較高；塑性指數(shù)平均數(shù)值為12.8，共有9組樣本在9.5～20.5范圍內(nèi)，達(dá)標(biāo)率達(dá)到75%，天然水分比例、滲透系數(shù)均符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。在開挖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)后，可知上層土天然水分比例與最佳值基本一致，黏粒所占比例不均勻。為了保證防滲土料的防滲效果，在采掘時(shí)全強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖必須按照一定比例，并進(jìn)行摻配提升防滲土料的塑性指數(shù)與黏粒。綜合來看，該土料基本符合防滲料技術(shù)規(guī)范中規(guī)定值，完全可作為大壩心墻填充料使用。

(2)摻配試驗(yàn)

設(shè)定防滲純土料大樣1組(編號(hào)FS1)，砂、泥巖全強(qiáng)風(fēng)化料大樣1組(編號(hào)FS2)。

表3 擊實(shí)試驗(yàn)參數(shù)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

表4 三軸試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

表5 各土樣碾壓實(shí)測(cè)值

參考相關(guān)規(guī)程[4]對(duì)其完成評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表6。

分析表6內(nèi)數(shù)據(jù)不難看出，經(jīng)過15%粉質(zhì)黏土料與30%全強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖的摻入，P5所占比例達(dá)到14.8%～22.2%，黏粒所占比例與塑性指數(shù)兩者均有所提升，滲透系數(shù)為5.4～6.6×10-7cm/s，摻配土料符合相關(guān)規(guī)程中關(guān)于防滲土料的技術(shù)規(guī)范規(guī)定數(shù)值范圍。

表6 水壩防滲土料摻配風(fēng)化料各性能指標(biāo)概況

(3)摻配試驗(yàn)分析

通過勘探試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到，1號(hào)土料場(chǎng)的土料經(jīng)過外摻15%～30%的全強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖配制成碎礫石土防滲材料，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)規(guī)范中相應(yīng)規(guī)定。在外摻百分比是30%時(shí)，滲透系數(shù)僅是5.4×10-7cm/s，表明其外摻比例仍有提升的空間。該研究具有實(shí)現(xiàn)意義：可以大幅度提升1號(hào)土料場(chǎng)可用料的可用率，并且可以降低土料場(chǎng)占地面積，減少施工成本。

3 工程控制管理

3.1 外摻土料控制

1號(hào)土料場(chǎng)面積大，坡度較小，表面植被多。為了不影響鄰近公路交通，在其北面埡口附近開掘，并能快速運(yùn)達(dá)壩趾處。1號(hào)土料場(chǎng)土料質(zhì)量各性能指標(biāo)見表7。

表7 1號(hào)土料場(chǎng)土料各性能指標(biāo)概況

3.2 施工控制策略

結(jié)合1號(hào)土料場(chǎng)土料特性，為了滿足大壩心墻防滲料的需求量，重點(diǎn)從以下5個(gè)方面進(jìn)行施工控制。

(1)分區(qū)采掘

因1號(hào)主料場(chǎng)土層分布不一，為了提升采掘質(zhì)量，按照其厚度將其人為分區(qū)，選擇分區(qū)采掘方式?？刹删騾^(qū)為1區(qū)，不可采掘區(qū)為2區(qū)。1區(qū)按照殘坡積土層厚度的35%全部是全強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖作為采掘界限，并嚴(yán)格控制全強(qiáng)風(fēng)化料的外摻比例，保證防滲料質(zhì)量。依據(jù)土料天然水分所占比例采取不同開掘原則，首先開掘天然水分比例為12%～18.5%的土料，可直接用作心墻填充材料；天然水分比例低于12%的土料開掘時(shí)通過加水方式達(dá)到最佳含水率后方可用于工程；對(duì)于天然水分比例高于18.5%的土料開掘后經(jīng)晾曬降低最佳含水率范圍后才可以用于工程。

(2)立面混合采掘

為了保證土料合理利用、無浪費(fèi)現(xiàn)象及實(shí)現(xiàn)摻配比例，首先借助推土機(jī)將無用層剝離，有用層采用里面混合采掘，并按照摻和比攪勻后可運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。

(3)試驗(yàn)及施工控制

施工前進(jìn)行碾壓試驗(yàn)主要獲取碾壓施工相關(guān)參數(shù)，降低施工成本，提升碾壓效果。選擇1號(hào)土料場(chǎng)中1區(qū)混合土料，設(shè)定300mm、350mm、400mm 3種厚度的碾壓試驗(yàn)，每種厚度的碾壓試驗(yàn)均含有12組樣。結(jié)果表明，干密度、壓縮量與碾壓系數(shù)成正相關(guān)，當(dāng)鋪土為300mm時(shí)，干密度最高。當(dāng)碾壓次數(shù)達(dá)到8時(shí)，各指標(biāo)趨于穩(wěn)定。綜合考慮各因素，確定心墻防滲土料每層鋪料為300mm，25t振動(dòng)碾碾壓8次。碾壓后經(jīng)檢測(cè)，獲得如下指標(biāo)：壓實(shí)度均超過97.5%，最佳含水比例為12.5%～13.8%，干密度1.875～1.915g/cm3，滲透系數(shù)為2.55×10-7cm/s，與相關(guān)規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)值相比均達(dá)標(biāo)。

心墻填筑施工應(yīng)注意如下3個(gè)方面：混合土料裝卸后需要檢測(cè)其混合是否均勻，保證滲透系數(shù)一致；把控鋪土層厚度，文章標(biāo)定300mm為上界，保證壓實(shí)度；在心墻層與層之間結(jié)合時(shí)，應(yīng)保證面層壓實(shí)含水比例與內(nèi)部一致，可采取刨松面層灑水的方式。

(4)監(jiān)管控制

因各施工環(huán)節(jié)均影響著大壩防滲土料的質(zhì)量，需要對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)實(shí)施監(jiān)管，尤其是土料采掘、混合料攪拌、大壩心墻填筑等關(guān)鍵工序，堅(jiān)決避免不達(dá)標(biāo)防滲土料上壩填筑。

(5)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

質(zhì)檢是大壩防滲心墻施工質(zhì)量控制的最后一環(huán)，定期定時(shí)對(duì)填筑碾壓施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)獲取的工程樣本測(cè)定其干密度、水分占比、滲透系數(shù)、壓實(shí)度等，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)行下一道施工工序或者下一層心墻填筑工作。

4 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)摻配試驗(yàn)及碾壓試驗(yàn)和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出3個(gè)結(jié)論：①表層土料摻配15%與30%的全強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖，黏粒所占比例與塑性指數(shù)兩者有所提升。在外摻百分比例為30%時(shí)，滲透系數(shù)僅是5.3×10-7cm/s，表明其外摻比例仍有提升的空間。②心墻防滲土料鋪筑時(shí)每層鋪料為300mm，25t振動(dòng)碾碾壓8次。③混合料在采掘及填筑施工中必須嚴(yán)格控制質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際工程采取相應(yīng)措施，各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測(cè)及監(jiān)管工作落實(shí)到位。

該水利工程2014年4月竣工，施工成本比預(yù)算節(jié)約300萬元。2014年6月投入使用后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明大壩心墻滲漏情況符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定要求，水庫運(yùn)營(yíng)良好。

[1] 郭熙靈, 黃衛(wèi)峰, 張偉. 水布埡大壩心墻防滲料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究[J]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), 1999(01): 20- 23.

[2] 溫彥鋒, 蔡紅, 邊京紅. 強(qiáng)風(fēng)化巖防滲土料的壓實(shí)及滲透特性[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào), 2000(02): 17- 24.

[3] 劉家偉. 用砂泥巖風(fēng)化料作心墻防滲土料的性能研究[J/OL]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), 2015, 32(11): 52- 54.

[4] DL/T 5388- 2007. 水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].

[5] 韓曉瑋. 水利工程建設(shè)中土石壩技術(shù)的運(yùn)用及質(zhì)量管控研究[J]. 河南水利與南水北調(diào), 2016(03): 52- 53.

[6] 束一鳴, 吳海民, 姜曉楨. 中國(guó)水庫大壩土工膜防滲技術(shù)進(jìn)展[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2016, 38(S1): 1- 9.