水利工程土石壩建設與筑壩材料的研究

摘 要：土石壩工程的建設發(fā)展與筑壩材料發(fā)展有密切關系，本文主要介紹各種工程中的防滲涂料，反濾過渡料，壩殼等材料的最新研究成果。同時為了讀者更加容易理解其中的內容，會列舉貴州省水利工程土石壩建設的工程實例，通過系統的介紹其中的相關內容，幫助讀者更好的認識土石壩建設與筑壩材料之間所存在的密切關系，同時希望該材料能夠幫助從業(yè)人員提供一些參考價值。

關鍵詞：水利工程；土石壩；筑壩材料

中圖分類號：TV641 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0152-02

1 概 述

貴州水利發(fā)展歷史悠久，目前貴州境內依然存在一部分始建于明清時期的水利工程，由此可見貴州發(fā)展水利工程的歷史和技術成熟度。進入20世紀，為了支持社會經濟發(fā)展，水利工程人員開始了貴州第一座水電站桐梓天門河水電站及修文河口水電站的修建工作，該工程建設完成后有力的推動了當地經濟的發(fā)展，同時也為貴州興建水利工程提供了絕好的參考模板，通過分析該工程的施工要點，工程人員可以清楚了解到在貴州降水時間長，光照條件較差，空氣濕度大的自然環(huán)境下該采取哪些方式來緩解自然氣候帶給施工的影響。隨著工程人員對于材料的深入研究，近20年貴州省的土石壩工程建設工作有了長足的發(fā)展，工程人員依托以往工程建設過程中留下的寶貴施工經驗和數據能夠應對各類型不同工程，要求不同地質環(huán)境不同材料類型，選擇最為合適的施工材料，以高質量水平完成既定的工程任務。經過多年來的發(fā)展，目前在防滲料，反濾過渡料，殼壩材料等方面已經有了一些成熟的研究成果。

2 防滲料的研究

2.1 膨脹土的研究

在20世紀70年代，貴州省工作人員依照省內所有大型水庫大壩的建設過程中遇到的施工材料尤其是土質材料進行了實驗比對，通過系統的對比記錄，工程人員對于貴州省地區(qū)的膨脹土分布情況，有了大致的了解，在同時期還對大壩防滲體應用膨脹土的方法進行了深入研究，該研究成果很快就在升鐘水庫大壩心墻中進行運用。

2.2 泥巖石渣作防滲

在20世紀80年代，隨著社會經濟發(fā)展，當地經濟對于水利工程的需求量增加，在這一時期貴州省內有多個大中型水利工程開始先后建設，在水利工程建設過程中，需要大量的材料，而開采當地土料的行為又對當地的耕地面積造成的影響?；谫F州省北部地區(qū)廣泛分布有風化砂和泥巖料的事實情況，相關研究人員對于如何利用該材料來替代粘土做防滲料課題進行了深入研究。20世紀90年代中后期，貴州省又在應用風化泥巖做防滲料的基礎上，進一步研究了弱風化或新鮮巖石渣作防滲料的研究工作。上述研究成果最終在沉抗水庫的建設過程中得到了實施，并且取得了不錯的效果。在后續(xù)的貴州省水利工程建設過程中以上研究成果很好的幫助工程人員解決了很多具體的施工材料選擇以及施工工藝問題，工程人員通過以上材料的指導結合當地實際情況，因地制宜就地取材，利用泥巖石渣料作為防滲料。既節(jié)省了施工建設的投入，同時也減少了傳統施工建造過程中，對于耕地的影響，取得了較好的社會效益。

2.2 礫質紅粘土研究

紅土材料在我國南部各個省份作為筑壩材料已經有了一段時間的發(fā)展，但是在20世紀80年代，當貴州省面臨大型水利工程建設材料問題的選擇時面臨這一材料卻存在一定的疑惑，疑惑的重點主要是對紅石的物理特性存在一定的疑慮，擔心在建設過程中由于紅土材料無法勝任填充材料，造成工程建設任務的延誤。其中爭議最大的部分是施工人員提前對大橋水庫進行了勘測，在此次勘測過程中發(fā)現這種天然材料的物理性質，存在密度低，含水高等特性，而且材料內部有大量的孔隙，面對這樣的物理特性，是否選擇該材料作為防滲料成為了施工人員爭論的焦點。為此研究人員專門對級配連續(xù)之寬級配礫質紅粘土進行了系統研究，其研究的內容主要包括詳細分析了紅黏土礦物質的材料組成，含水量及配及相應的力學特性。同時對于不同季節(jié)紅粘土的含水量變化情況，具體含水量和細砂含量，風化程度，都進行了專門研究。經過一系列的研究，最終證明礪質紅粘土的物理特性是符合防滲料材料質量要求的，可以作為筑壩材料。在之后的工程建設過程中，經過多次質量檢測，發(fā)現由該材料所鑄的部分各項質量都符合國家相關標準，且在經濟效益上達到了不錯的效果。此次工程的相應研究成果和工程案例，也作為后續(xù)該地區(qū)開展大型水利工程師要參考的材料。

3 洪積扇碎石土

貴州省地理位置不在我國五個地震帶之內，在歷史記載中也沒有出現過高強度地震。但是由于貴州省西北部的四川地區(qū)地震活動較為頻繁，為了保證水利工程的萬無一失，在該地區(qū)進行水利工程的建設工作，對于項目的抗震等級也有非常高的要求，經過對不同材料不同工藝的對比，最終選擇土石壩作為該地區(qū)進行水利工程建設的主體類型。在建設過程中，為了保證施工安全，同時盡可能的控制工程造價需要工作人員就地取材。大橋水庫利用洪積扇碎石作為主壩面板，此次施工建設的成功案例，也成為后續(xù)施工中的參考依據。

4 反濾過渡料的研究

（1）在傳統施工過程中，一般工作人員會將過濾層和反濾層進行分層設計，之后隨著技術發(fā)展工作人員開始嘗試利用一種材料來完成上述兩個分成的任務，工作人員將其稱為反濾過渡層，最終研究成功的連續(xù)級配料，在正式實施的過程中，既可以有效的控制工程造價，同時也能夠簡化施工工序，達到縮減工期的目的。

（2）無論是人工破碎或者是天然鵝卵石反濾過渡料，都應該遵循連續(xù)級配的原則，保證充填關系。為了保證工程質量，在施工現場對于反濾過渡料的最大粒徑一般有所要求，要求其最大粒徑不得大于80mm。

（3）利用破碎帶石碴做反濾過渡料，在晃橋水庫堆石料廠有寬約45m的擠壓破碎帶，為了最大程度的利用這些破碎當中的材料，研究人員進行了全面研究，最終發(fā)現破碎帶石渣可以作為反濾過渡材料，而且其反濾過渡的性能與同類型材料相比沒有明顯差異，但是破碎帶石渣的單價卻比人工破碎料節(jié)省約75%，可以大幅節(jié)省施工過程的材料成本投入。

5 殼壩料的研究

5.1 壩殼用料

土石壩壩坷用料范偉在20世紀70年代已經得到了初步的發(fā)展，當時已經包含泥質粉砂巖灰?guī)r、白云巖、沙巖、石英正長巖，砂質頁巖，砂卵石等多個品種。

5.2 壩殼料最大干密度

壩殼料填筑干密度是土石壩設計和施工控制中非常重要的一個指標。從20世紀90年代起相關研究者已經對該課題進行了深入研究。隨著后續(xù)工程建設和研究的深入進行，目前已經形成了一套較為完整的表面振動器法求堆石料最大干密度的辦法。

6 結束語

從本文內容可以看出筑壩材料的研究成果，會直接作用到同時期的水利工程建設中，對于筑壩材料研究的水平能夠直接在施工建設過程中以施工成本控制和最終的工程質量兩方面進行表現。關于筑壩材料的研究工作能夠使施工建設人員更加靈活的去應對不同的施工場地環(huán)境，提高對不同場地的適應性，同時挖掘出本地材料的使用潛力，減少在材料方面的施工成本投入。隨著相關技術的不斷發(fā)展，在未來，筑壩材料的研究工作還會取得更加深入的成果。

參考文獻

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收稿日期：2018-11-15

作者簡介：陳代昌（1989-），男，黎族，貴州望謨人，助理工程師，本科，主要從事水利設計工作。