筑壩土料勘察的幾個問題探討

【摘 要】土石壩在水利工程中應用較多，筑壩土料往往是決定土石壩設計的主要因素，本文通過對紅河州土石壩工程筑壩土料的勘察進行分析，并結合部分工程實施情況進行總結、討論，提出容易出現的問題及相應解決方法，希望能對今后的工作有所幫助。

【關鍵詞】天然建筑材料；勘察；問題；探討

天然建筑材料是土石壩壩型選擇、體形設計、投資控制及工程立項的重要決定因素，對天然建筑材料進行準確、客觀的評價，往往是土石壩設計、實施成敗的關鍵。天然建筑材料勘察、試驗工作有投入大、工期長、抽樣難、試驗多、參數雜等特點，加之現在水利工程建設缺乏合理的設計工期、前期工作經費缺乏等因素的影響，天然建筑材料勘察往往很難嚴格按相關規范進行實施，造成設計指標、開采條件、儲量及質量等與實際情況嚴重偏離，從而導致工程出現嚴重的設計變更、超概、超工期現象，更甚者，直接導致工程質量不合格，影響工程安全。

紅河州位于云南省西南部，州內地質構造較發育，巖體多破碎、風化，巖性以碳酸鹽巖、碎屑巖、花崗巖、玄武巖類及變質的板巖、片麻巖、大理巖等為主，多有第四系地層覆蓋，山坡一般較陡，植被覆蓋較好。總體存在勘察難度大、料場均勻性差、剝采比大、開采條件差等特點。近年來，紅河州水利項目日益增多，總結各項目天然建筑材料的勘察、設計、實施過程，存在以下幾方面的問題：

1.勘察工作投入不足

勘察工作投入不足是影響天然建材勘察質量的主要原因，由此，常造成料場的變更，直接影響投資及工期控制目標。如某工程砌石料場，由于表層質量較好，勘察時未布置鉆孔，在開采時發現深部夾較厚泥層，最后不得不變更料場，造成了極大的經濟損失。

常見的導致勘察工作量投入不足的原因主要有：

1.1工程急于上馬，料場勘察缺乏必要的工期

自國家加強水利基礎設施建設以來，水利工程的投入成倍增長，工程項目蜂擁上馬，從上到下，似乎形成了一個共識，只要能推動項目上馬，項目勘察或設計上略有不足的地方可以在實施階段進行調整，各級政府都想借水利建設的“東風”，多建工程，從而忽略或簡化了勘察設計中耗時較長的料場勘察問題。

1.2項目前期勘察經費不足

由于工程大量組織實施，地方政府經費有限，對單個項目的前期投入急劇減少，這也是造成勘察過程中對料場的鉆探、檢測等工作被“簡化”的主要原因之一。

1.3勘察、試驗工作飽和

由于項目多，設計單位、勘察單位、試驗單位的工作出現飽和狀態，以風化料的大樣試驗為例，從勘察平硐中取完樣開始，常常需要在試驗單位排隊等待數月，才可拿到檢測成果。在急于上項目的大背景下，這無疑促使更多的項目放棄了更真實可靠的大樣試驗，轉而采用代表性較差但相對簡單、快捷的擊實成果。這在一定程度上降低了勘察的質量，易造成后期的較大調整。

2.試驗方法選用不當，導致指標偏離

對筑壩土料進行試驗是一項非常復雜的工作，因為我們不僅需要取得土料在天然狀態、松散狀態、壓密狀態的物性、力性指標，還要分析各項指標與壓密狀態的相互關系，以指導設計或施工。如土料含水率與干密度的關系、壓實度與滲透性指標的關系、含水量與滲透系數的關系等。

在試驗過程中，不同的土料有不同的試驗要求，同一指標也可能有多種試驗方法，只有正確選擇試驗方法，才能保證試驗指標的準確性。主要集中于壓實性指標及滲透性指標的試驗，分別討論如下：

2.1壓實性指標

壓實性指標是筑壩材料最為關鍵的指標之一，土石料的壓實性可用壓實度、相對密度、孔隙率等來進行控制，也有部分工程直接采用干密度進行控制。采用壓實度及相對密度控制時，對測定土料最大干密度的試驗方法常出現使用錯誤。

水利規范中土料最大干密度檢測方法的適用范圍如下表：

中小型工程在勘察階段一般對防滲土料采用輕型擊實指標，壩殼料采用重型擊實或相對密度試驗指標，重型擊實的粒徑適用范圍為dmax<20mm，對多數風化料而言，超徑顆粒含量很多，檢測方法的適用性就不如大型擊實試驗，但由于重型擊實較易操作，所以多數工程仍采用重型擊實成果。

對各種檢測方法中超過粒徑要求的部分稱為“超徑”顆粒，水利規范中提供的超徑處理方法共有4種，即剔除法、等量替代法、相似級配法、混合法，大體思路都是用土樣中滿足儀器要求的粒組代替超徑粒組后進行檢測。這必將使測得的最大干密度偏小，雖在勘察設計階段這樣的成果偏于安全，但若用設計的最大干密度在施工時進行控制，則易造成土料“過壓”現象，出現不合理數據，這也給施工單位偷工減料提供了可乘之機，而實際壓實度往往達不到預期要求。

換言之，工程實施過程中的“過壓”現象，緣于最大干密度的確定不合理，而這樣的現象在已實施的項目中實屬多見。如龍母溝水庫粘土心墻填筑設計要求干密度為不小于1.3g/cm3，壓實度不小于97%，實際檢測969組，干密度最大達1.47g/cm3，最小1.30g/cm3，平均1.35g/cm3，壓實度大于100%的就達388組，占總檢測數的40.0%。

2.2滲透性指標

在勘察設計階段，對于粘性土（防滲土料），我們常采用擊實后土樣室內變水頭滲透試驗成果為設計值，對于無粘性土（壩殼料），常采用最大干密度狀態下的常水頭滲透試驗值或經驗值，施工時的檢測則多采用試坑注水法，各種檢測方法的適用性如下表：

在勘察階段常采用室內試驗成果，而實施階段則多采用現場試驗成果。根據以往工程經驗及不完全統計，現場試驗得出的滲透系數一般較室內試驗的大，對于粘性土相差可達一至兩個量級。但從試驗方法可知，室內試驗的變水頭法及現場的單環法實施較為簡便，故常被采用。即粘性土采用室內試驗指標，粗粒土采用現場注水指標，這樣造成檢測口徑的不統一，給驗收評定帶來不便。但若心墻料采用雙環法注水，其檢測耗時較長，勢必影響工程進度。具體采用何種方法，要根據工程實際要求，由參建各方共同商議確定。

有部分工程為了檢測方便及加快施工進度，對粘土心墻的檢測也采用單環注水法，雖然粘性土單環注水檢測結果一般偏大，但從規范管理的角度來講，這種試驗方法不適用于粘性土，其結果與室內檢測結果及雙環注水法檢測結果的關系尚無定論，所以是不符合規范的做法。有的工程雖采用雙環法注水，但未同時測定入滲深度及毛細上升高度，在計算時缺乏必要依據，成果具有一定的人為因素。

3.對開采條件調查不重視

料場的開采條件涉及自然條件、交通條件、用地規劃及當地民風民俗等諸多方面。料場勘察時對自然條件、交通條件等均會進行比較認真的勘察，但極易忽略料場的用地規劃、地類、當地風俗等因素。此類料場僅根據感性認識或當地村民介紹，沒有到國土部們進行落實，地類往往判別錯誤，在勘察工作完成后才發現該地屬基本農田或處于自然保護區內，無法進行征地及開采工作，造成審批困難。部份料場則是位于當地民族的“龍山”、“風水山”，也造成料場開采工作無法進行。更有的工程項目已經批準，后由于料場位于當地較肥沃的耕地區，加之征地面積大，還有可用厚度薄、開采較困難等問題，不得不變更料場，導致投資突破限額，面臨重新審批的困境。

4.取樣代表性差

樣品的代表性是測出反應料場真實情況數據的前提，如果取的樣品代表性差，那么不論做多么準確的數據都不能反應料場實際情況。影響樣品代表性的因素主要有以下幾個方面：

4.1巖性復雜

料場常常不是一種均勻的巖性，如常見的砂巖夾泥巖的情況，泥巖夾層（或互層）對料場的整體指標有較大影響。此時應根據不同的含量采取不同的處理方法。若泥巖含量較大且層厚穩定，應分巖性進行取樣檢測，并根據含量進行加權平均后提出料場指標。若含量較少時，應選取代表性斷面采取混合樣品，測定綜合指標。

4.2風化程度不同

風化程度對料場指標也有較大影響，在取樣時也應給予足夠重視。很多巖石不同風化程度其物理力學指標可以相差很大，如弱風化的花崗巖與強風化的花崗巖無論容重、強度、軟化系數均相差很大。沒有任何一個料場是單一風化程度的，此時，應對所需采用風化層進行重點取樣，如果兼用，就應該分別取樣，分別提出物理力學指標。

總之，如果取不到代表性強的樣品，那么所有的勘察工作都是白費，所以在取樣時應有綜合考慮，千萬不能草草了事，更不能隨意而為之。

5.缺乏綜合利用計劃

每一個料場都是不均勻的，對于指標極差的部分或無利用價值的部分應該剝離拋棄，而對質量相對較差，可以分區使用的部分則應盡量加以利用，這是料場勘察設計的大趨勢。

我州已建工程中，對料場進行綜合利用以減少征地、減少棄料的工程已有實例。開遠市大莊水庫壩殼料，料場表層容重及滲透系數偏小，但其方量極大，不易完全剝離拋棄。經設計復核并報批后，將這部分土料進行利用，填筑于上游死水位之下，這樣即節約了投資，又節省了工期，可謂有百利而無一害，當然這必須建立在充分論證的基礎之上。

但多數工程勘察中，未充分考慮料場的分區利用問題，而只是一味的追求高質量土料，對剝離量、剝采比及土石方平衡重視不夠，造成資源的極大浪費，同時也增加了環境壓力，拖延了工期。

6.結語

料場勘察并不僅僅是為了取得設計指標，而要兼顧指標的準確性、合理性，以及以后施工實施控制的相互銜接，直接影響到整個工程項目的設計及施工，是非常關鍵的。但料場的勘察前期投入大，耗時長，加上其他一些人為因素，料場勘察往往不易嚴格按規范執行，導致料場變更，造成相當大的經濟損失，更甚者，可影響整個工程的質量。

要提高料場勘察的質量就必須保證足夠的人力物力投入，勘察時有要詳細而貼合實際的計劃，對料場利用盡量做到就近使用及物盡其用，取樣檢測應滿足規范要求，并應保證樣品的代表性。

只有通過不斷的探索及改進，才能對土石壩料場的勘察、設計、施工各個環節進行更好的控制，從而提高勘察及設計水平。