薄壁取土器在新疆某水庫除險加固工程地質勘察中的應用

楊 博，欒志剛

（1.石河子市吉泰巖土工程有限責任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

1 引言

本工程位于新疆瑪納斯河流域中下游，是一座引蓄注入式平原水庫（大（2）型），水庫大壩為碾壓式均質土壩，壩高12 m，主壩段長2 000 m，年調節水量3.2億～3.6億m3，設計正常蓄水位海拔高程412.6 m，相應庫容1.033億m3。水庫于1959年4月竣工投入運行，經過四、五十年的運行后，存在滲漏量較大、壩腳積水等問題。經鑒定，該水庫被列為病險水庫，必須進行水庫除險加固處理。

該水庫除險加固勘察中原狀土取樣是一個非常重要的環節，土樣的質量好壞直接影響土工試驗數據的可靠性。本次根據病險水庫除險加固工程的要求，對工程地質勘察所使用的取土器型號、規格進行了比對和優選，根據巖土類別、狀態和試驗目的的不同，分別采用不同類型的取土器，配合一定的鉆探工藝進行原狀土取樣，達到了預期的良好效果。

2 工程實例

2.1 壩體及壩基地層結構概況

水庫壩體及壩基地層巖性大致分為3段：Ⅰ段（0+000～3+150壩段）：壩體土主要由低液限粘土組成，局部夾薄層粉土質砂和低液限粉土透鏡體；浸潤線以上低液限粘土層為堅硬-硬塑狀態；浸潤線以下至清基線以上低液限粘土層為可塑狀態。Ⅱ段（3+150～6+800壩段）：壩體土主要由低液限粘土組成，局部夾薄層粉土質砂和低液限粉土透鏡體；浸潤線以上低液限粘土層為堅硬-硬塑狀態；浸潤線以下至清基線以上低液限粘土層為可塑狀態。Ⅲ段（6+800～10+350壩段）：該段壩體土均由低液限粘土組成，浸潤線以上低液限粘土為堅硬-硬塑狀態；浸潤線以下至清基線以上低液限粘土為可塑-流塑狀態。

表1 取土器性能對照

2.2 薄壁取土器的取樣目的

為了取得不同壩段不同狀態下壩體土、壩基土的物理力學參數，滿足壩體質量評價、壩體抗滑穩定計算和壩體土、壩基土滲透穩定計算要求，在鉆孔內對壩體、壩基土進行原狀土試樣采取[1-3]。

根據取樣目的，計劃在壩體浸潤線以上采取原狀樣12組/1層土，浸潤線以下采取原狀樣24組/1層土（其中，粘性土按可塑、軟塑或軟塑、流塑分別取12組。若只有1種狀態則改為采取原狀樣12組/1層土）。壩體下部和壩坡腳處的壩基土計劃采取原狀樣12組/1層土（其中，粘性土按可塑、軟塑或軟塑、流塑分別取12組）。

原狀土試驗項目包括：顆粒分析、天然含水率、天然密度、顆粒比重、液限、塑限、剪切、滲透。其中，剪切試驗要求必須同時做總應力法和有效應力法2種情況，即采用直剪儀做快剪和固結快剪、慢剪等方法，分別求出施工期（有效應力法和總應力法）、穩定滲流期和水庫水位降落期（有效應力法)、水庫水位降落期（總應力法）所要求的抗剪強度參數[4－5]。

根據試驗要求，土類定名、含水率、密度、剪切和滲透試驗土試樣要求質量等級達到Ⅰ級；土類定名、含水率和密度試驗土試樣要求質量等級達到Ⅱ級。

2.3 薄壁取土器性能比較

本工程分別采用以下3種取土器采取原狀土樣：（1）固定活塞薄壁取土器；（2）雙管單動薄壁取土器；（3）內環刀取砂器。根據3種取土器的規格、所適用巖土類別、巖土狀態、優缺點等的不同對其進行綜合比較（見表1）。

2.4 薄壁取土器工作效果

本次工作根據土的類別及狀態分別采用相應的取土器進行原狀土樣采取，共采取原狀土樣152組，經篩選后送檢試驗室79組，送檢的絕大多數土試樣質量等級均可達到Ⅰ級。經過實地操作并分析比較，本工程所使用的固定活塞薄壁取土器適宜采取軟塑、流塑狀態的粘性土；本工程所使用的雙管單動薄壁取土器適宜采取要求單層土多試樣的硬塑及可塑狀態的粘性土、粉土、粉砂和細砂；本工程所使用的內環刀取砂器適宜采取可塑狀態的粘性土及所有類型的砂土。由此可見，有的放矢的選則取土器進行原狀土采取效果明顯，滿足取樣目的和試驗要求，對本次工作的圓滿完成具有極其重要的意義。

3 結束語

在工程地質勘察工作中，原狀土樣采取是一項非常重要的基礎工作，根據本次工作中3種薄壁取土器的取樣效果，對薄壁取土器取樣等級和性狀給出如下建議：（1）固定活塞薄壁取土器：可采取土試樣質量等級為Ⅰ級的（可塑）、軟塑、流塑狀態的粘性土和（粉土）；土試樣質量等級為Ⅱ級的可塑狀態的粘性土和（粉土）。（2）雙管單動薄壁取土器：可采取土試樣質量等級為Ⅰ級并要求單層土多試樣的 （堅硬）、硬塑、可塑、（軟塑）狀態的粘性土和粉土；土試樣質量等級為Ⅱ級并要求單層土多試樣的 （堅硬）、硬塑、可塑、（軟塑）狀態的粘性土和粉土。（3）內環刀取砂器：可采取土試樣質量等級為Ⅰ級的（粉土）和砂土；土試樣質量等級為Ⅱ級的軟塑、流塑狀態的粘性土、（粉土）以及砂土。

參考文獻

[1]SL 55-2005.中小型水利水電工程地質勘察規范[S].

[2]GB 50487-2008.水利水電工程地質勘察規范[S].

[3]GB 50021-2001.巖土工程勘察規范[S].

[4]SL 291-2003.水利水電工程鉆探規程[S].

[5]JGJ-T87-2012.建筑工程地質鉆探技術標準[S].