奴爾水庫庫區(qū)淹沒改建道路試驗檢測技術(shù)

王志濤

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 檢測試驗研究中心, 新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

奴爾水利樞紐工程水庫蓄水后，位于庫內(nèi)的奴爾鄉(xiāng)通往都木村農(nóng)村道路部分被淹沒，現(xiàn)狀路面寬4.5 m砂礫石路面。庫區(qū)淹沒改建道路按道路原功能原規(guī)模原標準，對道路淹沒范圍進行改建。該段改建公路起于奴爾河左岸坡頂處(即壩址上游約0.9 km)，起點里程樁號K0+000 m，高程2 728.192 m；止于都木村北4.8 km奴爾河左岸處(即壩址上游約5.1 km)，止點里程樁號K15+517.37 m，高程2 629.680 m；道路全長約15.517 km。道路路基采用單車道設(shè)計，斷面組成為0.5 m路肩+3.5 m行車道+0.5 m路肩，路基寬度4.5 m，路面寬3.5 m，橫斷面采用直線型路拱，路拱橫坡度1.0%。路面結(jié)構(gòu)為兩層：150 mm 厚級配礫石面層+400 mm厚天然砂礫石基層。

1.1 地質(zhì)條件

1) 樁號K0+000～K4+090m段。該段路線位于奴爾河左岸低山區(qū)，主要在伊蘭吉勒尕溝左岸岸坡處繞行，沿線海拔高程2 677～2 802 m，相對高差125 m，地形略有起伏，地表有少量的植被。地表主要為第四系上更新統(tǒng)風積低液限粉土，厚度不均，在少量沖溝處有砂卵礫石出露。低液限粉土中>0.075 mm的細砂含量平均值占1.1%～4.0%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值占91.1%～93.1%，<0.005 mm的黏粒含量平均值占4.9%～5.8%，黏粒含量低，液限平均值27.8%～28.4%，塑限平均值18.3%～19.0%，塑性指數(shù)平均值9.4。低液限粉土天然干密度1.26～1.36 g/cm3，天然含水率為2.4%～6.1%。比重為2.70，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態(tài)下直剪試驗內(nèi)摩擦角為19°～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態(tài)下內(nèi)摩擦角為17.5°～19.0°，黏聚力為16.9～20.6 kPa。天然狀態(tài)下壓縮系數(shù)av/0.1-0.3為0.20～0.52 MPa-1，飽和狀態(tài)下壓縮系數(shù)av/0.1-0.3為0.32～0.68 MPa-1，為中-高壓縮性土。易溶鹽含量為0.38%～1.0%，屬鹽漬土，濕陷系數(shù)(δs)為0.033～0.062，濕陷性中等[1]。道路基礎(chǔ)位于低液限粉土上，基礎(chǔ)承載力標準值80 kPa。

2) 樁號K4+090～K8+930m段。該段路線為跨伊蘭吉勒尕沖溝底部及兩側(cè)臺地，沖溝呈U型，沖溝底寬一般5～30 m，主溝寬5～8 m，有季節(jié)性流水通過。主溝兩側(cè)臺地高1～1.5 m，從臺地陡坎處可以看出，表層為洪積粉土，厚0.2～0.3 m，下部為中更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石，青灰色，磨圓度一般，分選性中等，局部具有泥鈣質(zhì)膠結(jié)，推測厚度1～2 m；下伏為Q1西域礫巖。

由于表層洪積粉土較薄，不具有工程意義，中更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石粒徑大于200 mm的漂石占19.13%，200～2 mm卵礫石含量65.38%，2～0.075 mm砂含量10.30%，小于0.075 mm細粒組含量5.13%，不均勻系數(shù)Cu=171.4，有效粒徑在0.59左右，曲率系數(shù)Cc=8.93，屬顆粒級配不連續(xù)土，試驗定名為混合土卵石。天然密度2.21 g/cm3，天然含水量為2.15%，天然干密度2.17 g/cm3，縱波速度Vp為1 600～2 000 m/s，結(jié)構(gòu)緊密，飽和狀態(tài)下抗剪強度為：內(nèi)摩擦角φ=37.5°，黏聚力c=15.5 kPa；下伏西域礫巖強風化層厚3 m，弱風化層厚8～10 m。

3) 樁號K8+930～K15+517.370 m段。該段路線位于奴爾河左岸低山區(qū)，主要伊蘭吉勒尕沖溝右岸與奴爾河左岸岸坡間繞行，沿線海拔高程2 628～2 989 m，相對高差361 m，地形略有起伏，地表有少量的植被。沿線地表主要為第四系上更新統(tǒng)風積低液限粉土，厚度不均，低液限粉土中>0.075 mm的細砂含量平均值占1.1%～4.0%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值占91.1%～93.1%，<0.005 mm的黏粒含量平均值占4.9%～5.8%，黏粒含量低，液限平均值27.8%～28.4%，塑限平均值18.3%～19.0%，塑性指數(shù)平均值9.4。低液限粉土天然干密度1.26～1.36 g/cm3，天然含水率為2.4%～6.1%。比重為2.70，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態(tài)下直剪試驗內(nèi)摩擦角為19°～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態(tài)下內(nèi)摩擦角為17.5°～19.0°，黏聚力為16.9～20.6 kPa。天然狀態(tài)下壓縮系數(shù)av/0.1-0.3為0.20～0.52 MPa-1，飽和狀態(tài)下壓縮系數(shù)av/0.1-0.3為0.32～0.68 MPa-1，為中-高壓縮性土。

1.2 氣象及水文條件

庫區(qū)淹沒改建道路位于奴爾河左岸，沿線路段大部分為原始丘陵山區(qū)，僅有奴爾河及伊蘭吉勒尕溝兩個地表水體。奴爾河屬消融補給型河流，據(jù)戰(zhàn)斗渠首水文站資料，多年平均流量為5.41 m3/s，多年平均徑流量為1.708×108m3。奴爾河徑流年內(nèi)變化大，奴爾河年最小月平均流量出現(xiàn)在1月份，年最大月平均流量出現(xiàn)在7月份，二者相差達34倍。該河枯水期從每年10月份開始，呈逐月減少趨勢，至來年3月份起開始逐月增加；伊蘭吉勒尕溝為屬季節(jié)性河流，該溝內(nèi)常年有季節(jié)性少量流水。

奴爾水利樞紐工程庫區(qū)淹沒改建道路大部分位于低液限粉土中，少部分位于第四系中更新統(tǒng)-上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石地層中。其中，低液限粉土深度0～5 m的含水率w為2.4%～4.7%，砂卵礫石深度0～5 m的含水率為1.8%～2.5%。

2 路基填料

道路路基填料按照就近挖取原則進行試驗，道路沿線路基填料可采用沿線低液限粉土。改建道路沿線大部分為風積低液限粉土覆蓋，粉土厚度大，據(jù)奴爾水利樞紐工程土料場試驗資料，液限粉土中>0.075 mm的細砂含量平均值占4.0%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值占91.1%，<0.005 mm的黏粒含量平均值占4.9%，黏粒含量低，液限平均值28.4%，塑限平均值19.0%，塑性指數(shù)平均值9.3，填料分組為C組。天然干密度1.31 g/cm3，天然含水率為4.1%。比重為2.70，最優(yōu)含水狀態(tài)下直剪試驗內(nèi)摩擦角為27.7°，黏聚力為31.6 kPa；最優(yōu)含水狀態(tài)下壓縮系數(shù)av/0.1-0.3為0.089 MPa-1，壓縮模量Es/0.1-0.3為18.43 MPa，為中-高壓縮性土。擊實：天然狀態(tài)下含水量為6.1%，最大干密度為1.59 g/cm3；最優(yōu)含水狀態(tài)下含水量為14.6%，最大干密度為1.65 g/cm3。改建道路沿線風積低液限粉土承載力標準值80 kPa，屬一般填料，對于填土高度小于路面結(jié)構(gòu)層厚度+0.8的路堤，填筑壓實度不小于93%。見表1-表3。

3 路面及混凝土集料

道路路面結(jié)構(gòu)為兩層：由上至下依次為15 cm級配礫石面層、40 cm天然砂礫石基層。天然砂礫石及級配礫石料采用C1料場砂礫料。C1砂礫料場位于玉其庫龍河溝口上游，沿河漫灘呈南北向條帶展布，距壩址0.7～6.2 km。地勢較平坦，分布高程2 435～2 530 m。該料場長約5 500 m，寬約200 m，面積約110×104m2，局部段近岸坡處有極少量Ⅰ級階地，面積約6×104m2，表層多分布有厚約0.3～1.0 m的沖積粉土，生長雜草及灌木叢，根系較多，為無用層。其下及大部分河床內(nèi)均為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，厚約10 m，為有用層，下部為第四系上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，含泥量較大。河床內(nèi)地表水流通過，地下水埋深0.5～1.2 m。

表1 土料場顆粒級配試驗成果匯總表

表2 土料場物理化學性試驗成果匯總表

表3 奴爾水利樞紐工程土料物理力學性質(zhì)試驗成果表

C1料場砂卵礫石松散堆積，無膠結(jié)，卵礫石多呈青灰色，分選性較差，磨圓度較好，呈圓形-次圓狀，卵礫石成分以花崗巖、片巖、砂巖、閃長巖為主。

該料場同時作為混凝土骨料場，根據(jù)試驗結(jié)果：粒徑150～5 mm礫占58.4%，粒徑<5 mm砂占29.4%，粒度模數(shù)7.64，細度模數(shù)2.84，有效粒徑0.42 mm，作為混凝土粗骨料，技術(shù)指標滿足規(guī)范要求；作為混凝土細骨料，含泥量為5.6%，嚴重超標，需水洗，其它技術(shù)指標滿足規(guī)范要求[2]。

通過巖相鑒定，C1料場砂礫石成分主要有花崗巖、片巖等，均含有堿活性巖石及活性礦物。摻入I級粉煤灰后進行摻加粉煤灰的抑制試驗，14 d膨脹率小于0.1%，膨脹率降低值大于75%，說明摻入20%以上的粉煤灰后可以有效地抑制堿-骨料反應。

道路砂礫石路面集料及混凝土骨料均采用C1砂礫料場集料。C1砂礫料場巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，粒徑>200 mm漂石含量6.4%，5～200 mm卵礫含量65.1%，不均勻系數(shù)Cu=111.1，曲率系數(shù)Cc=1.6，級配良好。該層的主要物理力學指標：天然狀態(tài)下，濕密度ρ=2.20～2.26 g/cm3，含水率ω=2.0%～2.9%，干密度ρd=2.15～2.20 g/cm3，相對密度Dr=0.85，內(nèi)摩擦角φ=37.5°～39°，承載力標準值300～350 kPa，滿足砂礫石路面填筑要求。見表4。

表4 砂礫石級配表

原C1砂礫料場有用儲量約550×104m3，奴爾水利樞紐工程大壩施工填筑料300×104m3，現(xiàn)大壩已填筑完畢，有用儲量剩余約250×104m3，且可擴大開采，故全部砂卵礫石料均在原C1料場開采。

4 質(zhì)量控制

4.1 路基壓實標準與壓實度及填料強度要求

路基分層鋪筑，均勻壓實，路基壓實度以重型擊實試驗法為準，執(zhí)行新疆維吾爾自治區(qū)交通廳新交質(zhì)監(jiān)[2002]2號文件、《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD 30-2004)和《公路工程技術(shù)標準》(JTGB 01-2014)中較高的壓實標準、填料最小強度(CBR)、最大粒徑要求應符合表5。

4.2 路面壓實度及彎沉要求

路面40 cm天然砂礫石基層壓實度≥96%，15 cm級配砂礫石面層壓實度≥98%，路面結(jié)構(gòu)驗收彎沉值嚴格按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10-2018)、《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2018)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行[3]。見表6。

表5 路基壓實度、填料最小強度及最大粒徑要求表

表6 路面結(jié)構(gòu)驗收彎沉值

5 試驗檢測評價

庫區(qū)淹沒改建道路工程試驗檢測人員資格滿足要求，試驗檢測設(shè)備完好(已檢定/校準)，試驗檢測結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)范、設(shè)計技術(shù)(質(zhì)量)要求，試驗檢測資料齊全，試驗檢測數(shù)據(jù)準確詳細，前后統(tǒng)一，完整全面，滿足施工現(xiàn)場要求。

6 結(jié) 語

1) 料場C1儲量豐富，地形開闊，較平坦，有用層較厚，利于機械化開采，運距近，有簡易路相通，交通較為方便。

2) 道路工程需要定期進行養(yǎng)護，對邊坡風蝕水蝕造成的局部邊坡滑落應及時清理，路基路面如有破壞需及時修補，以保證道路正常通行。