基于土石壩除險加固回填土料選用的探討

黃 成

(烏蘇市水利局，新疆 塔城烏蘇 833000)

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基于土石壩除險加固回填土料選用的探討

黃 成

(烏蘇市水利局，新疆 塔城烏蘇 833000)

馬場湖水庫位于烏蘇市西湖鎮(zhèn)境內(nèi)，在進行該水庫工程土石壩除險加固過程中，為了獲得最大含水率與最大干密度相關(guān)性較好的粉質(zhì)黏土以確保工程壩體土質(zhì)的穩(wěn)定性與均一性，必須對所采土樣進行土體試驗，且為了使土料滿足工程設(shè)計規(guī)范要求，降低其透水性與壓縮性，建議采用填土夯實、套井回填等工程措施。文章所提出的水庫工程土石壩除險加固回填土料選用試驗具有普遍適用性，以期對類似工程提供指導(dǎo)借鑒。

土石壩；除險加固；回填土料；試驗設(shè)計

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗過程及土樣特征分析

天然土料具有極為復(fù)雜的顆粒組成情況且具有較多衍生土類型，如粉質(zhì)黏土和黏土多衍生出含粒(砂)粉質(zhì)黏土和黏土質(zhì)砂等，文章以烏蘇市若干水庫工程回填土料為例，對各個水庫工程黏土與粉質(zhì)黏土進行了土料分散性、垂直壓縮系數(shù)、滲透性、最優(yōu)含水率、塑性指標(biāo)、有機質(zhì)和水溶質(zhì)含量、固結(jié)快剪等方面的分析比對，詳見表1。

根據(jù)表1試驗結(jié)果可知，粉質(zhì)黏土與黏土的分散度均在30%以內(nèi)，按照規(guī)范規(guī)定可以判定其為非分散性土；滲透系數(shù)不超過1.0E-5，均符合防滲體要求，此外土料的其他指標(biāo)均符合水庫工程用料條件。就土料的基本力學(xué)指標(biāo)而言，黏土具有比粉質(zhì)黏土更大的垂直壓縮系數(shù)，但抗剪強度較小，抗剪性能較差，所以，在水庫高壩分部工程中，選用粉質(zhì)黏土土料性能更加安全可靠[1]。

表1 土樣特征分析表

續(xù)表1 土樣特征分析表

1.2 最大干密度與最優(yōu)含水率分析

重點分析粉質(zhì)黏土與黏土的最大干密度和最優(yōu)含水率指標(biāo)與相關(guān)關(guān)系。兩種土樣均值、極差、方差和變異系數(shù)等統(tǒng)計特性如表2。

表2 土樣統(tǒng)計特性表

通過上表數(shù)據(jù)和計算結(jié)果可知，黏土的極差與方差均大于粉質(zhì)黏土，這表明了黏土樣本之間較為離散的特性，在水庫工程施工過程中，如果在控制土樣含水率方面出現(xiàn)偏差，則很難滿足規(guī)范的要求，為控制土樣含水率必須采用相應(yīng)的工程措施，常用的措施有摻加外來摻合料，而粉質(zhì)黏土的最優(yōu)含水率較為接近天然含水率，無需采用特殊的工程措施便可得到工程要求，簡便且經(jīng)濟[2]。

2 工程實例

2.1 工程概況

馬場湖水庫位于烏蘇市西湖鎮(zhèn)境內(nèi)，距烏蘇市8km。分為馬場湖一庫和馬場湖二庫。一庫位于馬場湖三隊西側(cè)500m處，座落于泉水河上游始端，二庫位于馬場湖五隊西側(cè)100m處，座落于馬場湖一庫下游1.5km泉水河河床上。馬場湖一庫總庫容127萬m3，興利庫容120×104m3，死庫容7×104m3。壩型以均質(zhì)土壩為主。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000，本工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。

庫區(qū)地處奎屯河和四棵樹河的河間沖洪積平原地下水溢出帶，是喇嘛溝河及水磨溝河流域之間形成的天然洼地，低洼處有泉水集中溢出，形成串珠狀湖沼，呈帶狀分布。庫區(qū)地層主要以第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積(Q4pl)和全新統(tǒng)沼澤堆積(Q4f)為主，巖性由低液限粉土和低液限黏土組成。根據(jù)壩基滲流穩(wěn)定分析，全壩滲流不穩(wěn)定，滲流破壞類型為流土破壞。滲流通過縱向排水溝流入橫向排水溝，構(gòu)成完整的排水系統(tǒng)。因此除險加固后水庫壩體及壩基滲透均是穩(wěn)定的，不會產(chǎn)生滲透破壞。

2.2 最大干密度與最優(yōu)含水率相關(guān)性分析

結(jié)合馬場湖水庫土樣的最大干密度和最優(yōu)含水率的取值及兩個量之間的相關(guān)性情況，可以判定工程所需更具穩(wěn)定性的土質(zhì)類型，該工程要求土質(zhì)供應(yīng)料場必須擁有大量的土料儲備，且天然土料各向異性特征要求較為明顯，這將直接關(guān)系到回填土料的均衡性和穩(wěn)定性特征。選取直角坐標(biāo)系并將粉質(zhì)黏土和黏土的最優(yōu)含水率與最大干密度取值描繪在坐標(biāo)中，便可得出兩個變量的相關(guān)性程度，詳見圖1。

圖1 粉質(zhì)黏土最大含水率與最大干密度相關(guān)性

圖2 黏土最大含水率與最大干密度相關(guān)性

從圖1和圖2可以看出，黏土落在相關(guān)性關(guān)系線外的散點較多，而粉質(zhì)黏土正好相反，粉質(zhì)黏土最大含水率與最大干密度相關(guān)性較好。

3 結(jié) 論

在馬場湖水庫工程土石壩回填料的選擇試驗中，以土樣的非分散性、滲透性等基本力學(xué)指標(biāo)為對象，并對各項指標(biāo)基本取值與可能取值進行分析，試驗結(jié)果表明該工程宜選用粉質(zhì)黏土作為回填土料，尤其是高壩水位分部工程部分，切忌使用黏土土料，如果必須使用則需對黏土的壓縮性等性能事先進行必要論證。在馬場湖水庫工程土石壩回填加固過程中，為便于控制工程投資、降低工程成本，回填土料同樣應(yīng)選用粉質(zhì)黏土，且為達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，不應(yīng)選用土料粒徑<0.005mm且含水率>35%的黏土，如果只能取得高液限黏土，則為滿足設(shè)計規(guī)范要求，必須采取恰當(dāng)?shù)墓こ檀胧┙档屯亮系暮省榱双@得最大含水率與最大干密度相關(guān)性較好的粉質(zhì)黏土以確保工程壩體土質(zhì)的穩(wěn)定性與均一性，對各個層位土料展開上述實驗驗證確有必要。

[1]劉岳山.土石壩除險加固的方法探討[J]，建材發(fā)展導(dǎo)向，2013(17)：63-64.

[2]陳鶴棟，何財勝.淺析土石壩除險加固中回填土料的選用[J]，浙江水利科技，2010(02)：22-23.

1007-7596(2017)04-0098-03

2017-03-14

黃成(1974-)，男，江蘇沛縣人，工程師，從事水利工程運行管理及灌溉管理工作。

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