洋河水庫(kù)土石壩填筑料壓實(shí)技術(shù)指標(biāo)的確定

郭印亮

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程概況

洋河水庫(kù)位于河北省秦皇島市撫寧縣北10km，是一座大（Ⅱ）型水庫(kù)，總庫(kù)容3.586億m3。1976年唐山地震后，洋河水庫(kù)大壩受到嚴(yán)重?fù)p壞，大壩壩頂出現(xiàn)裂縫，防浪墻倒塌，經(jīng)過(guò)修復(fù)后形成不穩(wěn)定的戴帽加高直墻段，一直處于帶病運(yùn)行之中。1999年采用了貼坡填筑方案對(duì)大壩進(jìn)行了加固，壩體增高50cm，增設(shè)混凝土防浪墻、壩腳排水棱體及排水溝、防汛路、自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，改進(jìn)大壩觀測(cè)系統(tǒng)。土石壩填筑料為大壩下游田各莊砂礫料場(chǎng)的砂礫料及非常溢洪道開(kāi)挖的全風(fēng)化花崗巖棄渣。

2 砂礫料的特性及壓實(shí)技術(shù)指標(biāo)的確定

2.1 砂礫料的特性

砂礫料是洋河水庫(kù)土石壩填筑用料之一，取自大壩下游的田各莊砂礫料場(chǎng)及大灣子砂礫料場(chǎng)，距大壩2.0km。砂礫料的級(jí)配不連續(xù)性和分布離散性是它的兩大特點(diǎn)。

無(wú)粘性土的顆粒組成是反映其基本特性的主要依據(jù)，如壓實(shí)和滲流特性等。依據(jù)各粒徑組的含量繪制的分布曲線圖可辨別其均勻性。該料場(chǎng)的砂礫料屬于級(jí)配不良的砂礫料，其缺乏中間粒徑，2.0～20mm粒徑之間的顆粒含量只占全重的10%，在顆粒大小分配曲線上呈典型的“椅子”形狀。這種不連續(xù)級(jí)配的砂礫料是經(jīng)過(guò)多次沖（洪）積而形成的粗細(xì)兩種料的混合體。砂礫料的離散性主要表現(xiàn)在料場(chǎng)的垂直方向和水平方向上都有很大的變化，任何兩處級(jí)配曲線截然不同，因此各處砂礫料的壓實(shí)特性也不盡相同。

一般認(rèn)為有效粒徑d10＜0.1mm，不均勻系數(shù)Cu＜5的砂類土屬于壓密性差、孔隙率大、穩(wěn)定性不好、易產(chǎn)生滲流破壞的土類。而田各莊砂礫料場(chǎng)中的砂礫料雖屬不連續(xù)性土，且離散性大，但其不均勻系數(shù)多在15～30以上，d10＞0.1mm，因此上述料場(chǎng)中的砂礫料均歸屬于易壓實(shí)且較為穩(wěn)定的砂礫料，可以將其用作填筑用料。

2.2 砂礫料填筑干密度的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，砂礫料填筑的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)密度Dr作為控制指標(biāo)。最大干密度ρdmax采用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)壓密求得，最小干密度ρdmin采用試樣桶緩慢放入土樣求得，對(duì)于給定的相對(duì)密度，相應(yīng)的填筑干密度ρd可按下式求得。

由于砂礫料分布離散性很大，各勘探點(diǎn)的最大干密度試驗(yàn)結(jié)果也相差很大。田各莊砂礫料場(chǎng)5個(gè)試樣的相對(duì)密度試驗(yàn)成果如下。 最大干密度分別為1.81，1.87，1.94，1.97，2.13g/cm3；最小干密度分別為1.53，1.60，1.71，1.74，1.83g/cm3。 最大干密度與最小干密度的極差分別達(dá)到0.32g/cm3和0.30g/cm3，采用最大干密度及最小干密度的平均值計(jì)算Dr＝0.7時(shí)的填筑干密度ρ′d作為控制指標(biāo)。將會(huì)出現(xiàn)下列情況：①對(duì)于級(jí)配較差的砂礫料，其ρdmax和ρdmin比較小，按ρ′d作為控制指標(biāo)進(jìn)行壓實(shí)，將增大碾壓時(shí)的難度，且有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)砂礫料的實(shí)際相對(duì)密度大于相對(duì)密度的計(jì)算值；②對(duì)于級(jí)配較好的砂礫料，其本身的ρdmax和ρdmin比較大，按ρ′d作為控制指標(biāo)進(jìn)行壓實(shí)，將使砂礫料的壓實(shí)特性得不到充分發(fā)揮，此時(shí)砂礫料的實(shí)際相對(duì)密度小于相對(duì)密度的計(jì)算值。為了使砂礫料的壓實(shí)特性得到充分發(fā)揮，保證砂礫料的壓實(shí)效果，可根據(jù)試驗(yàn)成果的不同，劃分多個(gè)區(qū)域，在相對(duì)密度為0.7的條件下，每個(gè)區(qū)域采用不同的控制干密度，這樣來(lái)控制填筑料的壓實(shí)效果比較合理。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的設(shè)備情況，進(jìn)行了砂礫料的碾壓試驗(yàn)。確定采用YZ14B型14t震動(dòng)壓路機(jī)，鋪料厚度為50cm，碾壓6～8遍，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求（Dr≥0.7）。加水量為所碾壓砂礫料體積的20%～35%比較合適，含水量控制在8%上下，碾壓效果較好。

3 全風(fēng)化花崗巖的基本特性和壓實(shí)指標(biāo)的確定

3.1 全風(fēng)化花崗巖的基本特性

非常溢洪道開(kāi)挖的全風(fēng)化花崗巖棄渣，為黃～黃褐色，塊狀構(gòu)造，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，含少量云母。巖石可用翻鏟挖掘，部分巖塊可用手掰碎。巖塊經(jīng)木棒碾碎后，多為礫砂或粗砂，少量為礫石，隨著碾壓時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒粒徑會(huì)逐漸變小，因此級(jí)配不穩(wěn)定。

3.2 全風(fēng)化花崗巖填筑料壓實(shí)指標(biāo)的確定

由于全風(fēng)化花崗巖填筑料級(jí)配不穩(wěn)定，在碾壓過(guò)程中會(huì)使巖塊逐漸破碎，細(xì)顆粒的含量逐漸增高。根據(jù)有關(guān)資料，細(xì)粒土<0.075mm的含量不超過(guò)12%，且能自由排水的試樣，宜用相對(duì)密度指標(biāo)控制壓實(shí)效果?？紤]到全風(fēng)化花崗巖碾壓時(shí)易于破碎，細(xì)顆粒含量較高，級(jí)配不穩(wěn)定等特性，該工程采用了壓實(shí)度指標(biāo)控制壓實(shí)效果，室內(nèi)進(jìn)行了擊實(shí)試驗(yàn)，確定了全風(fēng)化花崗巖的最優(yōu)含水率和最大干密度。

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)共做了19組（小于5mm試樣），最大干密度平均值為1.89g/cm3，最優(yōu)含水量平均值為10.6%，大于5mm的試樣含量平均值為25%，校正后的最大干密度為2.04g/cm3。

3.3 實(shí)際壓實(shí)效果

采用14～16t震動(dòng)碾，經(jīng)過(guò)2遍平碾靜壓及4遍震動(dòng)碾壓，鋪料厚度控制在50cm時(shí)，其干密度可達(dá)1.95～1.96g/cm3，而大于5mm的顆粒含量降為19.8%，換算為粒徑小于5mm試樣時(shí)的干密度ρd實(shí)際為1.84g/cm3，而室內(nèi)擊實(shí)達(dá)到的小于5mm試樣的最大干密度1.89g/cm3，壓實(shí)度0.96，設(shè)計(jì)干密度ρd設(shè)計(jì)為1.81g/cm3。ρd實(shí)際（1.84）＞ρd設(shè)計(jì)（1.81），震動(dòng)碾的碾壓效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）土石壩填筑料壓實(shí)控制指標(biāo)的選取要具體情況具體分析，不同的填筑料有其不同的特性，應(yīng)根據(jù)其特性確定其壓實(shí)控制指標(biāo)。

（2）砂礫料的細(xì)粒（粒徑＜0.075mm）含量較少，且排水通暢，宜用相對(duì)密度來(lái)控制其壓實(shí)程度。為使砂礫料達(dá)到最佳的壓實(shí)效果，根據(jù)相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果的不同，可將料場(chǎng)劃分多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域采用不同的控制干密度，這樣來(lái)控制填筑料的壓實(shí)效果比較合理。

（3）全風(fēng)化花崗巖等顆粒易于破碎的土料，因其級(jí)配不穩(wěn)定，細(xì)粒含量較高，且排水條件較差，用擊實(shí)試驗(yàn)的方法求得最大干密度，采用壓實(shí)度作為施工的控制指標(biāo)較為合理。

（4）在修建堤、壩等工程項(xiàng)目上，應(yīng)積極利用開(kāi)挖棄料，這樣可以節(jié)約大量工程經(jīng)費(fèi)，并根據(jù)其特性，采用適當(dāng)?shù)霓k法來(lái)控制工程質(zhì)量。

［1］常士鏢，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2007.

［2］顧曉魯，錢鴻縉.地基與基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2003.

［3］GB50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［4］林在貫，高大釗.巖土工程手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1994.

［5］SL237—1999，土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.