小水井水庫壩料設(shè)計(jì)

許建生

(涼山州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川西昌,615000)

小水井水庫是涼山州會(huì)理縣的一項(xiàng)中型水庫,總庫容1690.1萬m3,有效庫容1438.1萬m3,最大壩高42m,灌溉面積2480hm2,大壩壩型為鋼筋混凝土面板礫質(zhì)土壩。壩體填筑料所需礫質(zhì)土產(chǎn)自下游亂臟崗,儲(chǔ)量十分豐富,據(jù)地勘資料查明,儲(chǔ)藏厚度20m～80m,考慮到方便運(yùn)輸,只需采用表層以下10m厚即有可采儲(chǔ)量135.2萬m3,適合機(jī)械化大強(qiáng)度開挖,而且基本上不含腐質(zhì)土等雜質(zhì)。水平沉積具有平面分選性,當(dāng)立面方式開挖時(shí),就會(huì)均勻拌合,克服了水平分選特征。如此良好的壩體材料是否可以用于上壩呢?為此我們做了認(rèn)真細(xì)致的分析設(shè)計(jì),現(xiàn)簡(jiǎn)述如下。

經(jīng)土力學(xué)試驗(yàn)(試驗(yàn)附件略),確定亂臟崗?fù)亮蠟榈[質(zhì)壤土,其主要物理力學(xué)指標(biāo)為:①最大干容量,試驗(yàn)最小值1.75g/cm3,最大值2.0g/cm3,試驗(yàn)室經(jīng)加入含礫量校正后,建議最大干容量為1.89±0.02g/cm3,設(shè)計(jì)采用1.92g/cm3;②摩擦角。試驗(yàn)中8個(gè)土樣最大摩擦角為35°,最小值為23.67°,平均值31.2°,設(shè)計(jì)值取31°;③粘結(jié)力。試驗(yàn)值5.4g/cm2,最小值2.7g/cm2,設(shè)計(jì)值1.5g/cm2;④滲透系數(shù)(2mm以下粒徑)。最大值4×10-6cm/s,最小值7×10-7cm/s,平均值3.7×10-6cm/s。由于試驗(yàn)時(shí)剔除了2.0mm以上礫石顆粒,其值可以認(rèn)為偏小,設(shè)計(jì)時(shí)采用增大兩個(gè)數(shù)量級(jí)選用,設(shè)計(jì)值為4×10-6cm/s;⑤最優(yōu)含水量。試驗(yàn)最大值為15.3%,最小值為12.0%,平均值為13.7%,設(shè)計(jì)值采用14%。

由于大壩較高(42m),工程又處在高震區(qū),因此需要對(duì)大壩壩殼料進(jìn)行地震時(shí)的液化判別,增加工程的安全性和可靠性。

初判①:規(guī)范確定土料粒徑大于5mm的重量占總重的70%,不會(huì)被地震液化,上述壩殼料粒徑大于5mm的僅占20%,因此地震時(shí)有被液化的可能性。

初判②:規(guī)范確定7度地震區(qū)粘粒含量應(yīng)不小于16%,試驗(yàn)顆分資料中取用的各土樣均小于16%,因此壩料在地震時(shí)也有被液化的可能性。

以上兩個(gè)初判條件均不滿足,進(jìn)入復(fù)判。

復(fù)判①:規(guī)范規(guī)定少粘粒土當(dāng)含水量ωu﹥0.9～1.0時(shí),可能產(chǎn)生地震液化,否則不產(chǎn)生地震液化。

式中:ωs——少粘性土飽和含水量;

ωL——少粘性土液限含水量。

按照上列計(jì)算式,再根據(jù)試驗(yàn)提供的實(shí)測(cè)值進(jìn)行不同的大樣號(hào)列表計(jì)算(過程略),得出ωu﹤0.5﹤0.7,因此滿足復(fù)判①,不產(chǎn)生地震液化。

復(fù)判②:土料塑性指標(biāo)IL﹥0.75～1.0時(shí),則要產(chǎn)生液化,否則不液化。

同樣采用列表根據(jù)不同大樣進(jìn)行計(jì)算(過程略),得出IL=0.5﹤﹤0.75～1.0,因此,也能滿足復(fù)判②不產(chǎn)生地震液化的條件。

復(fù)判③:當(dāng)飽和粘性土(包括砂土和粒徑大于2mm的礫質(zhì)土)的相對(duì)密度在7度地震條件下大于70%時(shí),不產(chǎn)生地震液化。

查土工試驗(yàn)成果知:ya=1.92g/cm3,yamax=2.0g/cm3,

yamin=1.75g/cm3,代入上式得Dr=0.71﹥0.7(不產(chǎn)生液化)。

因此,復(fù)判③當(dāng)控制干容量大到1.92g/cm3時(shí),就可以達(dá)到相對(duì)密度的要求(建議值為1.89±0.02g/cm3)。經(jīng)研究后認(rèn)為,該土料完全可以達(dá)到平均干容量1.92g/cm3的填筑密實(shí)度的。

經(jīng)以上三條復(fù)判指標(biāo)判斷,小水井水庫礫質(zhì)壤土壩體,只要平均干容量在施工中能達(dá)到1.92g/cm3的密實(shí)度,就能滿足不產(chǎn)生地震液化的條件,而這一點(diǎn)由專業(yè)隊(duì)伍施工是有保證的,亂臟崗壩殼料是完全可以上壩的。

綜上所述,筆者認(rèn)為,設(shè)計(jì)壩料時(shí),在初判條件不滿足地震液化標(biāo)準(zhǔn)的情況下不要輕易放棄,應(yīng)當(dāng)認(rèn)真進(jìn)行試驗(yàn)分析,認(rèn)真進(jìn)行復(fù)判,為此可以節(jié)省工程費(fèi)用,保證工程安全。