1淄博富泰水利建筑安装公司 山东省 淄博市 255178
2山东省淄博市太河水库管理局 山东省 淄博市 255178
摘要：本篇文章中针对太河水库心墙土料及下游坝坡土料展开了试验研究，分析了物理、力学特性，为水库工程建设打下基础。以下的观点仅供参考和借鉴。
关键词：心墙土料；下游坝坡土料；试验研究
引言：土石坝在不均匀沉陷及水力作用下会产生各种裂缝，防渗体产生渗透变形的主要因素是防渗体的开裂，裂缝一旦出现，就会使防渗体在开裂处的渗透性能明显提高，而使其抗渗强度显著降低造成事故；据统计我国土石坝水库发生裂缝事故占其总事故的25.3%，大坝裂缝有80%以上是发生在蓄水运行的初期，而建造高100m以上的土石坝中也有25%左右发生了裂缝。这就要求工程设计人员不但要精心设计、防止坝体裂缝，针对心墙土料和下游坝坡土料展开分析和研究工作。
1水库工程概况
太河水库地处泰沂山北区，南部是东西走向的淄博群山之冠鲁山，东西端两翼迭岩耸立，山势陡峻。流域内岩石裸露，河道附近多为砂土、砂壤土，厚度一般在0.3～0.5m。水库流域断层构造发育，地层多为寒武、奥陶系，岩溶发育，泉群众多。多年来流域综合治理、植树造林、水土保持，林木覆盖率有了较大提升。太河水库下游是淄博市经济发达地带，有临淄城区（齐国古都），有齐鲁石化公司、辛店电厂等国有大企业，还有胶济铁路等重要交通线路，人口稠密、工厂林立，地理位置极为重要。大坝全长1182m，为混凝土防渗板墙与粘土心墙分区坝。坝顶高程242.00m，顶宽8 m，最大底宽330m，最大坝高48m。
2筑坝土料分析
水库工程大坝心墙土料填筑总量65万m3，选用两个土料场，T土料场储量丰富，填筑心墙，T3料场土料黏粒含量较高但储量较少，主要用于填筑心墙与基础混凝土板间的接触层。T土料场距坝址6至8km，地形为斜坡，天然坡度5至20°，分布高程245m至255m，平均黏粒含量17%，粉粒含量68%，有效粒径d0=0.0016至0.0034mm，液限平均为27.30%，塑限平均为16%，塑性指标11.30%，T土料为中塑性粉质黏土，经对465组土料含水率试验，土料天然含水率(ω)为3.28%～14.8%，含水率偏低，需通过现场调制才能满足心墙填筑要求。T3土料场位于Ⅲ级阶地前缘缓坡耕地内，距坝35.0km，地面高程220～230m，土料含水随深度不同而不同，经对189组现场含水率测定，土料天然含水率(ω)为9.55%～27.7%，表层2.0m范围内含水率偏低，下部含水率偏高，总含水率在最优含水率附近，故T3土料通过垂直开采、挖装、倒料、坡面铺料等环节，不断互相掺和，T3土料含水率能够满足用料设计指标要求。
3土料制备方法和工艺
3.1土料最优含水率的确定
现场对T1土料场，进行了52组室内标准击实试验，最大干密度1.70～1.88g/cm3，最优含水率13.0%～16.2%为确定合理的施工参数，提高心墙填筑质量，对T防渗土料进行了3次现场土料碾压试验，通过对不同土料含水率、不同铺土层厚度、不同碾压机具及碾压工艺的组合试验，确定的T1土料施工参数为：（1）压实后土体干密度r4≥1.75g/cm3，压实度1.0。（2）每层铺土厚度不大于30cm。（3）土料含水率宜大于13%，控制在室内试验最优含水率的干侧碾压。（4）碾压机械行驶速度2～5km/h。（5）碾压程序：采用16T托式振动凸块碾先静碾4遍，再振动碾压8遍，最后采用25～30T气胎碾压2遍，以消除凸块碾压所形成的松土层。根据室内击实试验和土料现场碾压试验，结合填筑施工经验，确定最优施工土料含水率，土料制备含水率按土料最优含水率干侧制备。
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3.2土料含水率调整工艺
根据工程任务、土料场分布及气候特点，确定大坝心墙填筑土料调制方法和工艺控制要点如下填筑土料调制方法常用“堆土牛”法，高坡溜土、人工补水调整含水率。“土牛”高度一般控制在8到15m内。反铲挖装土料，自卸车运至制备场堆，用推土机将土料从土堆顶部分次推下，使其溜洒在坡面上，薄层分布，以利于均匀加水。
4上坝土料的合理使用
在填筑土料使用前，首先对“土牛”内部的含水率情况进行取样检测，确定“土牛”内各部位土料含水率，根据“土牛”内含水率不同分布情况，制定土料使用方法。（1）对含水率合格部位的土料直接取料上坝填筑。对上部、下部分布不均匀但总体含水率合格的土料，在装运之前，先用反铲立式开挖翻倒，充分掺和然后装车上坝。（2）对含水率超标的土料视情况又分为两种情况进行处置：对含水率超标1%左右的土料，利用正午、温度较高时用反铲进行抛洒扬弃，加快土料水分散失，使其含水率达到标准要求；对少量含水率超标土料，采用掺“干土”的办法，调整含水率至适宜范围，施工方法是在湿土上堆干土，反铲立式挖装，自卸车倒运至另一场地堆存，达到“掺配”调整含水率的目的。
5心墙土料及下游坝坡土料试验
5.1试验内容与方法
心墙土料有1和2两种类型。分别进行了五组测试，包括粒子分析，比重，流量限制，压实，直接剪切，穿透和压缩测试。对于下游坝坡的砾石土材料，有5套样品，每个样品进行颗粒分析，自由膨胀率，压实和中剪切试验。当核心土壤材料经受机械测试（直接剪切，渗透和压缩）时，基于从压实测试获得的最佳水含量的平均值来控制样品水含量。通过筛选和比色分析对下游坝坡的砾石土进行了颗粒分析试验。将砾石土壤中含有的一些灰白色和灰绿色高岭土进行自由膨胀率试验，并通过在0.5mm筛下干燥土壤样品来制备样品。在压实测试中，使用大型压实仪器。压实缸直径30m，高度28.75m。剪切强度试验在中等应变直剪仪器上进行。在样品制备期间，将水含量控制在最佳水分含量附近，并将干密度控制在最大干密度的9％。
5.2分析测试结果
心墙土料1和2物理指标基本相同被归类为比重为2.73g/m的粉质粘土。土壤物质的流量限制分别为35.2％和33.3％。塑料限制分别为19％和19.3％。塑性指数分别为16.1和14.0，12种土壤的最佳含水量分别为19.5％和18.1％。最大干密度分别为1.7 lt/m3和1.76 t/m3。两种土壤材料的各种力学试验中使用的受控水含量和干密度分别为1.65t/m3、18.0％。
5.3试验结论
通过两种心墙材料的实验研究表明，上坝土壤含水量和干密度分别控制在1.65g/cm3和18.0％。芯壁材料的抗剪强度指数表明，在饱和快速剪切时，内聚力为10 kPa，内摩擦角为9.0。在饱和固结和快速剪切时，内聚力为1kPa，内摩擦角为17.0。渗透系数推荐为k=3.32 10tm/s。砾石土的表面厚约70m，是黄褐色的砾石土。它可以用作下游坝坡的上坝材料。根据现场挖掘和实验室测试，这层土壤不适合作为水坝的首选材料。然而，考虑到项目的下游坝坡从150m的高度开始，下游渗透线的高度约为14，并且遇到水时没有高岭土膨胀和强度降低的问题。此外，原始的高岭土结构受到破坏，挖掘和轧制后其膨胀性大大降低。因此，如果没有找到其他合适的源压力，土壤层可以用作下坝体上方上坝的材料或与其他砾石材料混合作为上坝的材料。
6结束语
由上文可知，土料在合适的反滤层保护下,具有较高的抗渗性能,也能防止分散性土料发生流失;若心墙土料产生裂缝,在浸水初期阶段,裂缝土不仅能愈合,而且裂缝愈合后能形成较大的坡降,但也存在有裂缝愈合程度是不稳定的情况;有裂缝的分散性土样在合适的反滤层保护下不会受到渗流的冲蚀,分散性土料也不会发生流失;在做好反滤层设计的前提下,是完全可以用分散性土料作为防渗心墙的填筑土料。
参考文献：
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论文作者:朱彬1李伟2
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：含水率论文; 料场论文; 裂缝论文; 下游论文; 土牛论文; 砾石论文; 土壤论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;