南水北调中线干线建设管理局河北分局 河北 石家庄 050035;河北省水利水电第二勘测设计研究院 河北 石家庄 050021
摘要：南水北调中线干线磁县段泥砾土分布范围较广，作为占总干渠开挖土料中大部分的泥砾土，粗颗粒含量高达67.5%～72.5%，其特点是不容易压实和渗透稳定性较差，容易出现渗透破坏。如何更好地利用开挖的泥砾土，尽量少取土、少占耕地，节约宝贵的土地资源，对渠道开挖的泥砾土开展可利用性研究非常必要。不但具有巨大的经济价值，而且具有显著的社会效益。
关键词：泥砾土利用 可行性研究 南水北调
1、问题的提出
磁县段渠道总挖方量1036万m3，总填筑土方量为722.9万m3，挖方中泥砾土为374万m3，其余为壤土198万m3，粉砂、砂砾岩、砂卵石以及膨胀土料464万m3，泥砾土开挖量占总开挖土料的36.1%，渠道开挖出的壤土远不能满足渠道填方需要。原计划拟另征土料场的土料，但存在运距远且占用大量农田的问题。
渠道开挖的泥砾土，粗颗粒（粒径大于5mm）含量在67.5%～72.5%，且0.5mm＜D＜5mm粒径区间含量仅为1.5%～3.8%，级配不连续，现场泥砾土中的卵砾石含量不均匀，卵砾石粒径的分布也不均匀，级配间断、不均匀、不易压实等是这种土的特性。
为了能将大量开挖的泥砾土料作为填筑土料，减少取土征地和弃土征地，现场开展了泥砾土利用的可行性研究，首先选取代表性土样进行室内试验，在室内试验的基础上，结合泥砾土本身的特点进行现场试验，通过现场碾压试验和渗透试验，证实了泥砾土可以作为筑堤土加以利用。最大限度地利用了当地的材料筑堤，实现了经济效益和社会效益的双重目的。
2、泥砾土室内试验研究
（1）室内击实试验
土体的压实质量直接影响地基、渠堤的回填土的工程质量，往往是引起上部结构沉降、变形和破坏的直接原因，土的密实度一般用最大干密度和最优含水量来控制，用击实试验来确定，泥砾土的最大干密度和最优含水量从理论上能够通过击实试验来确定，由于泥砾土中粗颗粒含量较高，粒径大于20mm含量占总量的65%以上，粒径较大一般用标准的大型击实仪测定最大干容重和最优含水量，反映泥砾土全料性质，但鉴于现场无大型击实仪，且粒径大于大型击实仪的要求，从目前土工试验的方法和手段，只能用标准轻型击实仪测定细粒部分的最大干容重和最优含水量，在细粒击实试验成果的基础上，考虑泥砾土中粗粒含量，利用粗料含量对细料最大干容重、最优含水量的校正之后，得到反映全料性质的最大干容重和最优含水量，此值才能与现场测定的压实后泥砾土的全料干容重做比较，判断泥砾土的压实质量。
细料干容重换算为全料干容重
Gs——粗料颗粒相对密度
P5——大于5mm颗粒含量，以小数计；
C——校正系数,具体数值见表1
P5 C P5 C <=0.20 1 0.46-0.5 0.94 0.21-0.25 0.99 0.51-0.55 0.92 0.26-0.3 0.98 0.56-0.6 0.89 0.31-0.35 0.97 0.61-0.65 0.86 0.36-0.4 0.96 0.66-0.7 0.83 0.41-0.45 0.95
表1 不同p5时的C值
根据室内击实试验的结果，对泥砾土中不同粗粒含量校正以后，得到室内击实试验的最大干容重，最大干容重19.2kn/m3,最优含水量9.5%。
（2）室内渗透试验
垂直渗透仪规格：容器直径30cm，装料高30cm，常水头渗透，水流方向由下向上。试验用料依据SD128-028-87规程，粗粒土试样要求的密度（最大干密度的98%）、含水量（最优含水量）试样体积进行计算和配制。
装样干密度为最大干密度的91.2%～96.5%。原因主要是300型垂直渗透仪是有机玻璃制作的，强度较低，不能承受标准的击实功。
从渗透试验结果分析，其渗透系数均小于1×10-4cm/s，满足天然建筑材料勘察规程中碾压均质坝对碎（砾）石类土料渗透要求。
通过室内标准击实试验和渗透试验，泥砾土可以满足设计要求，但与现场条件有差别，需进行现场试验。
3、现场试验
（1）现场碾压试验
由于泥砾土的粗颗粒含量较多，在进行现场碾压实验前，对泥砾土取代表性试样进行颗分试验，试验结果见表2和图1。
取样部位 K25+400～K25+500 代表性试坑1 代表性试坑2 含水量（%） 10.5 9.4 9 筛分粒径(mm) >150 0 0 0 150～80 20.48 15.84 23.74 80～60 10.09 25.02 11.6 60～40 11.73 18.76 4.83 40～20 18.38 7.01 13 20～10 2.91 2.51 2.94 10～5 1.46 2.77 1.76 5～2 1.09 7.99 1.3 2～1 0.36 0.21 0.36 1～0.5 2.43 0.66 1.11 0.5～0.25 4.77 3.14 5.57 0.25～0.075 7 4.19 7.35 <0.075 19.3 11.9 26.44
表2 典型取样点泥砾土颗分试验成果
图1 典型代表性泥砾土颗分曲线
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注：系列1:k25+400～K25+500试样；系列2：代表性试坑1；系列3：代表性试坑2。
1）最优含水率
泥砾全样含水量计算以2cm为界限，将试坑内的泥砾全样进行晾晒，使得泥砾中大于2cm的卵石水分全部蒸发及小于2cm的土样水分部分蒸发，计算出水分蒸发量，然后采用四分法取5 kg粒径小于2cm的土样测出含水率（经晾晒蒸发以后2cm以上的卵石含水率可以忽略不计）并计算出粒径小于2cm的土全样的含水量，2cm以下土全样的含水量与晾晒蒸发的水分之和即泥砾全样的含水总量，由此计算出实际填筑泥砾的含水率。
2）最大干容重
碾压前先对泥砾料的天然含水量进行检测，将土样的含水量调整至接近最佳含水量，即控制在最佳含水量±3%范围内，若不在该范围内，则通过洒水或晾晒方法使之满足要求，避免每层土含水量相差过大，确保填土连续性。
干容重值检验频率按碾压4遍，6遍，8遍，10遍的每一小块取3个试坑，若3个试坑测出的干容重值离差值太大则再增加1～2个试坑。铺土厚度分别按35cm、45cm、55cm，碾压完成后分别测出动压4遍、6遍、8遍、10遍的干容重值，确定最大干容重时的碾压遍数。
泥砾的干容重值检测采用灌水法（具体检测办法详见《碾压式土石坝施工技术规范》DL/T5129-2001），检验过程均在现场监理旁站下进行，最后按照每小块测得的干容重值绘制干容重值与压实遍数的关系曲线，并确定指导最终施工的最大干容重值。
（2）现场渗透试验
采用双环法按《土工试验规程》SL237-1999进行。
采用双环法在碾压试验段进行了3点原位渗透试验，碾压填筑体的渗透系数分别为：7.28×10-3、9.30×10-4和1.91×10-4cm/s。
现场试验表明，泥砾土从压实效果和渗透性两方面均能满足填筑要求。经论证，按照碾压试验成果选取同条件的泥砾土填筑渠堤。
4、结语
（1）磁县段共利用泥砾土筑堤140万m3，筑堤渠段长度6.8km，通水运行近2年来，渗压及沉降等安全监测数据均在设计允许范围内，表明泥砾土筑堤是可行的。
（2）利用泥砾土筑堤，不但可以节省工程投资，按取土深度或弃土高度2.5m测算，相应可减少占用耕地约1679亩。中国是个人口大国且农民占大多数，耕土是农民的基本生活保证，土地资源是十分宝贵的，减少占用耕地，由此产生的社会效益不但是长期的而且是巨大的。
参考文献：
（1）潘家铮.土石坝[M].北京：水利电力出版社，1992.
（2）河北省水利水电第二勘测设计研究院 《南水北调中线工程泥砾替代料研究报告》（1998年）
（3）杨小平.土力学[M].广州：华南理工大学出版社，2001.
（4）SL237－1999，土工试验规程[S].
（5）DL/T5129-2001，碾压土石坝施工规范[S].
（6）SL260－98，堤防工程施工规范[S].
（7）GB50286－98，堤防工程设计规范[S].
（8）SL234-2001，碾压土石坝设计规范[S].
（9）GB/T50123－1999，土工试验方法标准[S].
（10）郭庆国著.粗粒土的工程特性及应用[M]. 黄河水利出版社, 1998
作者简介：彭运文，男，汉族，高级工程师，1987年毕业于华北水利水电大学水利水电工程建筑专业，主要从事水利水电工程设计及工程管理工作。
作者简介：彭运文，男，汉族，高级工程师，1987年毕业于华北水利水电大学水利水电工程建筑专业，主要从事水利水电工程设计及工程管理工作。
论文作者:彭运文,付明军,马文英
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/5
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