筑壩土料勘察工作問題探討

陳金輝

筑壩土料勘察工作問題探討

陳金輝

（紅河州水利水電工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，云南 蒙自 661100）

土石壩在水利工程中應(yīng)用較多，筑壩土料往往是決定土石壩設(shè)計的主要因素，通過對紅河州土石壩工程筑壩土料勘察工作的分析，結(jié)合部分工程實施情況，提出了容易出現(xiàn)的問題及相應(yīng)解決辦法，希望能對今后的工作有所幫助。

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(shè)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(shè)計、實施成敗的關(guān)鍵。天然建筑材料勘察、試驗工作具有投入大、工期長、抽樣難、試驗多、參數(shù)雜等特點，加之現(xiàn)在水利工程建設(shè)缺乏合理的設(shè)計工期、前期工作經(jīng)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(guān)規(guī)范進行實施，造成設(shè)計指標、開采條件、儲量及質(zhì)量等與實際情況嚴重偏離，從而導(dǎo)致工程出現(xiàn)嚴重的設(shè)計變更、超概、超工期現(xiàn)象，更甚者，直接導(dǎo)致工程質(zhì)量不合格，影響工程安全。

紅河州位于云南省西南部，州內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，巖體多破碎、風(fēng)化，巖性以碳酸鹽巖、碎屑巖、花崗巖、玄武巖類及變質(zhì)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?？傮w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(jié)各項目天然建筑材料的勘察、設(shè)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(zhì)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(zhì)量較好，勘察時未布置鉆孔，在開采時發(fā)現(xiàn)深部夾較厚泥層，最后不得不變更料場，造成了極大的經(jīng)濟損失。

常見的導(dǎo)致勘察工作量投入不足的原因主要如下。

（1）工程蜂擁，料場勘察缺乏必要的工期。自國家加強水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以來，水利工程的投入成倍增長，工程項目蜂擁。從上到下，似乎形成了一個共識，只要能推動項目啟動，項目勘察或設(shè)計上略有不足的地方可以在實施階段進行調(diào)整，各級政府都想借水利建設(shè)的“東風(fēng)”，多建工程，從而忽略或簡化了勘察設(shè)計中耗時較長的料場勘察問題。

（2）項目前期勘察經(jīng)費不足。由于工程大量組織實施，地方政府經(jīng)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料場的鉆探、檢測等工作被“簡化”的主要原因之一。

（3）勘察、試驗工作飽和。由于項目多，設(shè)計單位、勘察單位、試驗單位的工作出現(xiàn)飽和狀態(tài)，以風(fēng)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(shù)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(zhuǎn)而采用代表性較差但相對簡單、快捷的擊實試驗成果。這在一定程度上降低了勘察的質(zhì)量，易造成后期的較大調(diào)整。

2 試驗方法選用不當(dāng),導(dǎo)致指標偏離

對筑壩土料進行試驗是一項非常復(fù)雜的工作，因為我們不僅需要取得土料在天然狀態(tài)、松散狀態(tài)、壓密狀態(tài)的物性、力性指標，還要分析各項指標與壓密狀態(tài)的相互關(guān)系，以指導(dǎo)設(shè)計或施工。如土料含水率與干密度的關(guān)系、壓實度與滲透性指標的關(guān)系、含水量與滲透系數(shù)的關(guān)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(guān)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(xiàn)使用錯誤，如表1所示。

表1 水利規(guī)范中土料最大干密度檢測方法的適用范圍

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(shù)風(fēng)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(shù)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(guī)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(shè)計階段這樣的成果偏于安全，但若用設(shè)計的最大干密度在施工時進行控制，則易造成土料“過壓”現(xiàn)象，出現(xiàn)不合理數(shù)據(jù)，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(yù)期要求。

換言之，工程實施過程中的“過壓”現(xiàn)象，緣于最大干密度的確定不合理，而這樣的現(xiàn)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(shè)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1.30 g/cm3，平均1.35g/cm3，壓實度大于100%的就達388組，占總檢測數(shù)的40.0%。

2.2 滲透性指標

在勘察設(shè)計階段，對于粘性土（防滲土料），我們常采用擊實后土樣室內(nèi)變水頭滲透試驗成果為設(shè)計值，對于無粘性土（壩殼料），常采用最大干密度狀態(tài)下的常水頭滲透試驗值或經(jīng)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2所示。

表2 滲透性指標檢測方法

在勘察階段常采用室內(nèi)試驗成果，而實施階段則多采用現(xiàn)場試驗成果。根據(jù)以往工程經(jīng)驗及不完全統(tǒng)計，現(xiàn)場試驗得出的滲透系數(shù)一般較室內(nèi)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(nèi)試驗的變水頭法及現(xiàn)場的單環(huán)法實施較為簡便，故常被采用。即粘性土采用室內(nèi)試驗指標，粗粒土采用現(xiàn)場注水指標，這樣造成檢測口徑的不統(tǒng)一，給驗收評定帶來不便。但若心墻料采用雙環(huán)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(jù)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(huán)注水法，雖然粘性土單環(huán)注水檢測結(jié)果一般偏大，但從規(guī)范管理角度來講，這種試驗方法不適用于粘性土，其結(jié)果與室內(nèi)檢測結(jié)果及雙環(huán)注水法檢測結(jié)果的關(guān)系尚無定論，所以是不符合規(guī)范的做法。有的工程雖采用雙環(huán)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(jù)，成果具有一定的人為因素。

3 對開采條件調(diào)查不重視

料場的開采條件涉及自然條件、交通條件、用地規(guī)劃及當(dāng)?shù)孛耧L(fēng)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(guī)劃、地類、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗等因素。此類料場僅根據(jù)感性認識或當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，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(fā)現(xiàn)該地屬基本農(nóng)田或處于自然保護區(qū)內(nèi)，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(dāng)?shù)孛褡宓摹褒埳健?、“風(fēng)水山”，也造成料場開采工作無法進行。更有的工程項目已經(jīng)批準，后由于料場位于當(dāng)?shù)剌^肥沃的耕地區(qū)，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(dǎo)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(yīng)料場真實情況數(shù)據(jù)的前提，如果取的樣品代表性差，那么不論做多么準確的數(shù)據(jù)都不能反應(yīng)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。

（1）巖性復(fù)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(yīng)根據(jù)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(wěn)定，應(yīng)分巖性進行取樣檢測，并根據(jù)含量進行加權(quán)平均后提出料場指標。若含量較少時，應(yīng)選取代表性斷面采取混合樣品，測定綜合指標。

（2）風(fēng)化程度不同。風(fēng)化程度對料場指標也有較大影響，在取樣時也應(yīng)給予足夠重視。很多巖石不同風(fēng)化程度其物理力學(xué)指標可以相差很大，如弱風(fēng)化的花崗巖與強風(fēng)化的花崗巖無論容重、強度、軟化系數(shù)均相差很大。沒有任何一個料場是單一風(fēng)化程度的，此時，應(yīng)對所需采用風(fēng)化層進行重點取樣，如果兼用，就應(yīng)該分別取樣，分別提出物理力學(xué)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(yīng)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(yīng)該剝離拋棄，而對質(zhì)量相對較差，可以分區(qū)使用的部分則應(yīng)盡量加以利用，這是料場勘察設(shè)計的大趨勢。

紅河州已建工程中，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(shù)偏小，但其方量極大，不易完全剝離拋棄。經(jīng)設(shè)計復(fù)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(jié)約了投資，又節(jié)省了工期，可謂有百利而無一害，當(dāng)然這必須建立在充分論證的基礎(chǔ)之上。

但多數(shù)工程勘察中，未充分考慮料場的分區(qū)利用問題，而只是一味的追求高質(zhì)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(huán)境壓力，拖延了工期。

6 結(jié) 語

料場勘察并不僅僅是為了取得設(shè)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(shè)計及施工，是非常關(guān)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(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致料場變更，造成相當(dāng)大的經(jīng)濟損失，更甚者，可影響整個工程的質(zhì)量。

要提高料場勘察的質(zhì)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(yīng)滿足規(guī)范要求，并應(yīng)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(shè)計、施工各個環(huán)節(jié)進行更好的控制，從而提高勘察及設(shè)計水平。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.029

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1008-1305（2014）03-0080-03

陳金輝(1977年-)，男，工程師。