筑壩土料勘察的幾個(gè)問(wèn)題探討

【摘 要】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(jì)的主要因素，本文通過(guò)對(duì)紅河州土石壩工程筑壩土料的勘察進(jìn)行分析，并結(jié)合部分工程實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)、討論，提出容易出現(xiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)解決方法，希望能對(duì)今后的工作有所幫助。

【關(guān)鍵詞】天然建筑材料；勘察；問(wèn)題；探討

天然建筑材料是土石壩壩型選擇、體形設(shè)計(jì)、投資控制及工程立項(xiàng)的重要決定因素，對(duì)天然建筑材料進(jìn)行準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)，往往是土石壩設(shè)計(jì)、實(shí)施成敗的關(guān)鍵。天然建筑材料勘察、試驗(yàn)工作有投入大、工期長(zhǎng)、抽樣難、試驗(yàn)多、參數(shù)雜等特點(diǎn)，加之現(xiàn)在水利工程建設(shè)缺乏合理的設(shè)計(jì)工期、前期工作經(jīng)費(fèi)缺乏等因素的影響，天然建筑材料勘察往往很難嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行實(shí)施，造成設(shè)計(jì)指標(biāo)、開(kāi)采條件、儲(chǔ)量及質(zhì)量等與實(shí)際情況嚴(yán)重偏離，從而導(dǎo)致工程出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)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(chǎng)均勻性差、剝采比大、開(kāi)采條件差等特點(diǎn)。近年來(lái)，紅河州水利項(xiàng)目日益增多，總結(jié)各項(xiàng)目天然建筑材料的勘察、設(shè)計(jì)、實(shí)施過(guò)程，存在以下幾方面的問(wèn)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(chǎng)的變更，直接影響投資及工期控制目標(biāo)。如某工程砌石料場(chǎng)，由于表層質(zhì)量較好，勘察時(shí)未布置鉆孔，在開(kāi)采時(shí)發(fā)現(xiàn)深部夾較厚泥層，最后不得不變更料場(chǎng)，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。

常見(jiàn)的導(dǎo)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(chǎng)勘察缺乏必要的工期

自國(guó)家加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以來(lái)，水利工程的投入成倍增長(zhǎng)，工程項(xiàng)目蜂擁上馬，從上到下，似乎形成了一個(gè)共識(shí)，只要能推動(dòng)項(xiàng)目上馬，項(xiàng)目勘察或設(shè)計(jì)上略有不足的地方可以在實(shí)施階段進(jìn)行調(diào)整，各級(jí)政府都想借水利建設(shè)的“東風(fēng)”，多建工程，從而忽略或簡(jiǎn)化了勘察設(shè)計(jì)中耗時(shí)較長(zhǎng)的料場(chǎng)勘察問(wèn)題。

1.2項(xiàng)目前期勘察經(jīng)費(fèi)不足

由于工程大量組織實(shí)施，地方政府經(jīng)費(fèi)有限，對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的前期投入急劇減少，這也是造成勘察過(guò)程中對(duì)料場(chǎng)的鉆探、檢測(cè)等工作被“簡(jiǎn)化”的主要原因之一。

1.3勘察、試驗(yàn)工作飽和

由于項(xiàng)目多，設(shè)計(jì)單位、勘察單位、試驗(yàn)單位的工作出現(xiàn)飽和狀態(tài)，以風(fēng)化料的大樣試驗(yàn)為例，從勘察平硐中取完樣開(kāi)始，常常需要在試驗(yàn)單位排隊(duì)等待數(shù)月，才可拿到檢測(cè)成果。在急于上項(xiàng)目的大背景下，這無(wú)疑促使更多的項(xiàng)目放棄了更真實(shí)可靠的大樣試驗(yàn)，轉(zhuǎn)而采用代表性較差但相對(duì)簡(jiǎn)單、快捷的擊實(shí)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(yàn)方法選用不當(dāng)，導(dǎo)致指標(biāo)偏離

對(duì)筑壩土料進(jìn)行試驗(yàn)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，因?yàn)槲覀儾粌H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(biāo)，還要分析各項(xiàng)指標(biāo)與壓密狀態(tài)的相互關(guān)系，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)或施工。如土料含水率與干密度的關(guān)系、壓實(shí)度與滲透性指標(biāo)的關(guān)系、含水量與滲透系數(shù)的關(guān)系等。

在試驗(yàn)過(guò)程中，不同的土料有不同的試驗(yàn)要求，同一指標(biāo)也可能有多種試驗(yàn)方法，只有正確選擇試驗(yàn)方法，才能保證試驗(yàn)指標(biāo)的準(zhǔn)確性。主要集中于壓實(shí)性指標(biāo)及滲透性指標(biāo)的試驗(yàn)，分別討論如下：

2.1壓實(shí)性指標(biāo)

壓實(shí)性指標(biāo)是筑壩材料最為關(guān)鍵的指標(biāo)之一，土石料的壓實(shí)性可用壓實(shí)度、相對(duì)密度、孔隙率等來(lái)進(jìn)行控制，也有部分工程直接采用干密度進(jìn)行控制。采用壓實(shí)度及相對(duì)密度控制時(shí)，對(duì)測(cè)定土料最大干密度的試驗(yàn)方法常出現(xiàn)使用錯(cuò)誤。

水利規(guī)范中土料最大干密度檢測(cè)方法的適用范圍如下表：

中小型工程在勘察階段一般對(duì)防滲土料采用輕型擊實(shí)指標(biāo)，壩殼料采用重型擊實(shí)或相對(duì)密度試驗(yàn)指標(biāo)，重型擊實(shí)的粒徑適用范圍為dmax<20mm，對(duì)多數(shù)風(fēng)化料而言，超徑顆粒含量很多，檢測(cè)方法的適用性就不如大型擊實(shí)試驗(yàn)，但由于重型擊實(shí)較易操作，所以多數(shù)工程仍采用重型擊實(shí)成果。

對(duì)各種檢測(cè)方法中超過(guò)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(jí)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(jìn)行檢測(cè)。這必將使測(cè)得的最大干密度偏小，雖在勘察設(shè)計(jì)階段這樣的成果偏于安全，但若用設(shè)計(jì)的最大干密度在施工時(shí)進(jìn)行控制，則易造成土料“過(guò)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(jī)，而實(shí)際壓實(shí)度往往達(dá)不到預(yù)期要求。

換言之，工程實(shí)施過(guò)程中的“過(guò)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(shí)施的項(xiàng)目中實(shí)屬多見(jiàn)。如龍母溝水庫(kù)粘土心墻填筑設(shè)計(jì)要求干密度為不小于1.3g/cm3，壓實(shí)度不小于97%，實(shí)際檢測(cè)969組，干密度最大達(dá)1.47g/cm3，最小1.30g/cm3，平均1.35g/cm3，壓實(shí)度大于100%的就達(dá)388組，占總檢測(cè)數(shù)的40.0%。

2.2滲透性指標(biāo)

在勘察設(shè)計(jì)階段，對(duì)于粘性土（防滲土料），我們常采用擊實(shí)后土樣室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn)成果為設(shè)計(jì)值，對(duì)于無(wú)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(yàn)值或經(jīng)驗(yàn)值，施工時(shí)的檢測(cè)則多采用試坑注水法，各種檢測(cè)方法的適用性如下表：

在勘察階段常采用室內(nèi)試驗(yàn)成果，而實(shí)施階段則多采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出的滲透系數(shù)一般較室內(nèi)試驗(yàn)的大，對(duì)于粘性土相差可達(dá)一至兩個(gè)量級(jí)。但從試驗(yàn)方法可知，室內(nèi)試驗(yàn)的變水頭法及現(xiàn)場(chǎng)的單環(huán)法實(shí)施較為簡(jiǎn)便，故常被采用。即粘性土采用室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)，粗粒土采用現(xiàn)場(chǎng)注水指標(biāo)，這樣造成檢測(cè)口徑的不統(tǒng)一，給驗(yàn)收評(píng)定帶來(lái)不便。但若心墻料采用雙環(huán)法注水，其檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，勢(shì)必影響工程進(jìn)度。具體采用何種方法，要根據(jù)工程實(shí)際要求，由參建各方共同商議確定。

有部分工程為了檢測(cè)方便及加快施工進(jìn)度，對(duì)粘土心墻的檢測(cè)也采用單環(huán)注水法，雖然粘性土單環(huán)注水檢測(cè)結(jié)果一般偏大，但從規(guī)范管理的角度來(lái)講，這種試驗(yàn)方法不適用于粘性土，其結(jié)果與室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果及雙環(huán)注水法檢測(cè)結(jié)果的關(guān)系尚無(wú)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(shí)測(cè)定入滲深度及毛細(xì)上升高度，在計(jì)算時(shí)缺乏必要依據(jù)，成果具有一定的人為因素。

3.對(duì)開(kāi)采條件調(diào)查不重視

料場(chǎng)的開(kāi)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(chǎng)勘察時(shí)對(duì)自然條件、交通條件等均會(huì)進(jìn)行比較認(rèn)真的勘察，但極易忽略料場(chǎng)的用地規(guī)劃、地類、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗等因素。此類料場(chǎng)僅根據(jù)感性認(rèn)識(shí)或當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，沒(méi)有到國(guó)土部們進(jìn)行落實(shí)，地類往往判別錯(cuò)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(hù)區(qū)內(nèi)，無(wú)法進(jìn)行征地及開(kāi)采工作，造成審批困難。部份料場(chǎng)則是位于當(dāng)?shù)孛褡宓摹褒埳健?、“風(fēng)水山”，也造成料場(chǎng)開(kāi)采工作無(wú)法進(jìn)行。更有的工程項(xiàng)目已經(jīng)批準(zhǔn)，后由于料場(chǎng)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(kāi)采較困難等問(wèn)題，不得不變更料場(chǎng)，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(cè)出反應(yīng)料場(chǎng)真實(shí)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)都不能反應(yīng)料場(chǎng)實(shí)際情況。影響樣品代表性的因素主要有以下幾個(gè)方面：

4.1巖性復(fù)雜

料場(chǎng)常常不是一種均勻的巖性，如常見(jiàn)的砂巖夾泥巖的情況，泥巖夾層（或互層）對(duì)料場(chǎng)的整體指標(biāo)有較大影響。此時(shí)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(jìn)行取樣檢測(cè)，并根據(jù)含量進(jìn)行加權(quán)平均后提出料場(chǎng)指標(biāo)。若含量較少時(shí)，應(yīng)選取代表性斷面采取混合樣品，測(cè)定綜合指標(biāo)。

4.2風(fēng)化程度不同

風(fēng)化程度對(duì)料場(chǎng)指標(biāo)也有較大影響，在取樣時(shí)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(biāo)可以相差很大，如弱風(fēng)化的花崗巖與強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖無(wú)論容重、強(qiáng)度、軟化系數(shù)均相差很大。沒(méi)有任何一個(gè)料場(chǎng)是單一風(fēng)化程度的，此時(shí)，應(yīng)對(duì)所需采用風(fēng)化層進(jìn)行重點(diǎn)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(biāo)。

總之，如果取不到代表性強(qiáng)的樣品，那么所有的勘察工作都是白費(fèi)，所以在取樣時(shí)應(yīng)有綜合考慮，千萬(wàn)不能草草了事，更不能隨意而為之。

5.缺乏綜合利用計(jì)劃

每一個(gè)料場(chǎng)都是不均勻的，對(duì)于指標(biāo)極差的部分或無(wú)利用價(jià)值的部分應(yīng)該剝離拋棄，而對(duì)質(zhì)量相對(duì)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(chǎng)勘察設(shè)計(jì)的大趨勢(shì)。

我州已建工程中，對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行綜合利用以減少征地、減少棄料的工程已有實(shí)例。開(kāi)遠(yuǎn)市大莊水庫(kù)壩殼料，料場(chǎng)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(jì)復(fù)核并報(bào)批后，將這部分土料進(jìn)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(wú)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(chǎng)的分區(qū)利用問(wèn)題，而只是一味的追求高質(zhì)量土料，對(duì)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(fèi)，同時(shí)也增加了環(huán)境壓力，拖延了工期。

6.結(jié)語(yǔ)

料場(chǎng)勘察并不僅僅是為了取得設(shè)計(jì)指標(biāo)，而要兼顧指標(biāo)的準(zhǔn)確性、合理性，以及以后施工實(shí)施控制的相互銜接，直接影響到整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工，是非常關(guān)鍵的。但料場(chǎng)的勘察前期投入大，耗時(shí)長(zhǎng)，加上其他一些人為因素，料場(chǎng)勘察往往不易嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致料場(chǎng)變更，造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失，更甚者，可影響整個(gè)工程的質(zhì)量。

要提高料場(chǎng)勘察的質(zhì)量就必須保證足夠的人力物力投入，勘察時(shí)有要詳細(xì)而貼合實(shí)際的計(jì)劃，對(duì)料場(chǎng)利用盡量做到就近使用及物盡其用，取樣檢測(cè)應(yīng)滿足規(guī)范要求，并應(yīng)保證樣品的代表性。

只有通過(guò)不斷的探索及改進(jìn)，才能對(duì)土石壩料場(chǎng)的勘察、設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行更好的控制，從而提高勘察及設(shè)計(jì)水平。