黄石沟粘土心墙堆石坝软岩坝壳料填筑碾压试验研究分析.pdf

第9 期2023年9 月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)0 9-0 19 0-0 2陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.9September,2023黄石沟粘土心墙堆石坝软岩坝壳料填筑碾压试验研究分析柴巧玲，孟鹏（榆林市黄河东线引水工程有限公司，陕西榆林7 19 0 0 0）【摘要针对黄石沟粘土心墙堆石坝软岩坝壳料填筑过程中在现场是否加水以及加水量多少进行碾压试验，分析沉降变形率、渗透系数、孔隙率、级配组成与是否加水以及加水量之间的关系，比较碾压前后的各参数是否满足设计要求。结果表明：加水使软岩更易压实，但在坝面上加水或者是料车上加水，级配组成、渗透系数及孔隙率变化均不大，说明软岩加过量水容易造成浪费，且作用不明显；当在料车上加水时，由于损耗严重、不易控制，且容易造成环境污染，无法准确计算出加水量值，因此意义不大。因此建议在坝面通过洒水车进行加水，以润湿石料为原则，减少内摩擦角，通过碾压试验能使喷洒水强度与渗透强度保持一致，则碾压效果最好，从而保证大坝施工质量。【关键词坝壳料；软岩；加水；不加水；碾压试验【中图分类号TV52【文献标识码B2堆石料加水原因游3.0 m处，心墙顶宽8.0 m，底宽5 5.5 m，两侧坡比均为1:0.2 5，0引言心墙底部设0.5 m厚的混凝土盖板；心墙上下游与堆石间依堆石坝最早出现于18 5 0 年的美国，到了2 0 世纪6 0 年代，次设两级反滤料及过渡料，水平宽度分别为3m、3m、5 m,随着重型振平碾及薄层压实技术的应用，使堆石坝的应用范其中下游堆石区采用部分开挖料。坝体上游采用6 0 cm厚的围更广，坝壳料也从新鲜坚硬岩石到风化岩及软岩慢慢过渡。干砌石护坡，坝体下游采用12 cm厚的混凝土预制块护坡。但目前我国的大部分堆石坝均采用硬岩筑坝，软岩用做坝壳本坝堆石料主要为砂岩、泥岩、泥质页岩、粉砂质泥填筑材料国内也有不少成功的案例，比较有名的有小浪底、岩。据试验成果，中细粒砂岩干密度2.14 g/cm2.34g/cm，平糯扎渡、双江口等大坝，但是这几座大坝的软岩均采用分区均值2.2 0 g/cm；饱和抗压强度19.0 0 MPa28.35MPa，平均值布置，并没有布置在主堆石区。23.33MPa；冻融质量损失率0 0.0 8%，平均值0.0 4%，软化系为提高堆石料的压实效果，减少后期沉降量，一般应适数0.15 0.5 2,平均值0.33。粉砂岩干密度2.18 g/cm2.45g/cm，当加水，且国内目前大部分堆石坝的坝壳料也是采取加水碾平均值2.34 g/cm；饱和抗压强度2 0.10 MPa45.35MPa，平均压的方式施工的。关于堆石料填筑过程中是否加水碾压，郭值32.0 4 MPa；冻融质量损失率小于1%，软化系数0.31 0.5 2，庆国对小浪底水库硬岩堆石料在是否加水及加水量值两种平均值0.4 1。属于软岩筑坝。情况下岩石质量、结构特性等进行了研究分析，但至今国内鲜有人针对软岩堆石料是否加水及加水量值两种情况下作出研究分析，因此本文针对此问题进行研究是非常有必要的。1工程概况黄石沟沉沙调蓄水库总库容9 8 7 0 万m；水库枢纽由大坝、溢洪道和放空洞组成，主要建筑物级别为2 级，次要建筑物为3级。大坝为粘土心墙堆石坝，顶宽15.0 m，坝顶长度5 9 6.7 0 m，最大坝高9 7.5 m；大坝上游坡比1:2.2,设一级马道；下游坡比1:1.8,设两级马道，马道均宽3.0 m。心墙轴线在坝轴线上2.1填筑加水的目的根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2020)的规定：“堆石料碾压时宜加水，加水量宜通过碾压试验确定。对于软化系数较高的硬岩堆石，应通过碾压试验确定是否加水”。堆石料加水的主要作用，除在颗粒间起润滑作用以便于压实外，更重要的是软化石块接触点，在施工期间造成石块尖角和边棱破坏，使堆石体更为密实，以减少坝体后期沉降量。2.2堆石料加水碾压发展历程查阅水利水电工程施工手册，书中对软岩加水碾压收稿日期2 0 2 3-0 1-16【作者简介柴巧玲（19 8 4-），女，陕西米脂人，工程师，主要从事水利工程设计和水利工程建设管理工作。:190第9 期2023年9 月问题作以下描述：对于软岩及风化岩石，其填筑含水量必须大于湿陷含水量，最好充分加水，但应视其天然含水量及降水情况而定。如加水碾压将引起泥化现象时，其加水量应通过试验确定。堆石加水量依其岩性、风化程度而异，一般约为填筑量的10%2 5%。郭庆国总结了小浪底水库硬岩堆石料在是否加水及加水量值两种情况下岩石质量、结构特性等进行了研究分析，认为小浪底坝上游坝壳堆石料为硅质细砂岩，平均饱和抗压强度为18 9 MPa,饱和吸水率平均值为0.18 5%,软化系数0.8 3,为极硬岩。曾进行两次加水与不加水的碾压对比试验，结果表明，堆石料在填筑中加水量5 0%左右，比不加水时干密度增加0.006%、0.0 13%，影响甚微。经过综合比较，采用不加水方法。3大坝堆石料碾压试验对比分析根据设计单位提供的大坝坝体填筑料现场碾压试验要求，进行了一次不加水与两次加水碾压试验，三次试验选用的石料均为2 0 MPa30MPa软岩。依据大坝坝体填筑料现场碾压试验要求，填筑料质量压实指标见表1。表1填筑料设计压实指标及技术参数级配要求填筑料孔隙率渗透系数5 mm名称1%堆石料20110-1测试项目测试面积/m铺料层厚/cm加水量/%5mm粒径级配组成/%0.075 mm 粒径渗透系数/cm/s孔隙率1%3.2试验成果对比分析3.2.1压实变形方面比较由表1可以看出，实测2 0 个点，不加水试验沉降变形值为7.9 cm。第二次试验在坝面加水时，5%、8%、11%三种加水率情况下，沉降变形值分别为9 cm、9.8 c m、8.2 c m；第三次试验在料车上加水时，5%、8%、11%三种加水率情况下，沉降变形值分别为8.5 cm、9 c m、9.3c m。试验结果表明，加水对软岩的压实效果有明显作用，更易压实，加水后沉降变形值明显增加，但并不是加水量越大，碾压效果就会越好，适量的加水是可以起到积极作用，便于压实，但是过量的加水并不能起到更好的作用。3.2.2设计指标方面比较由表3可以看出，加水后 5 mm粒径含量明显增加，虽然孔隙率变化不大，但是渗透系数明显降低，以致不满足设计要求，因此加水后对软岩压实产生了较大影响。从以上两个分析表中我们可以看出：加水确实对软岩的陕西水利Shaanxi Water Resources3.1试验内容三次试验均在1#弃渣场渣顶高程10 2 0 m平台进行。每块试验场地尺寸约为4 0 m40m。碾压设备选用2 6 t振动平碾，碾压遍数为2 遍静碾+10 遍振动碾，堆石料选定10 8 cm铺料厚度，根据大坝坝体填筑料现场碾压试验要求，加水量选用5%、8%及11%三种进行对比试验，其中第一次加水方式采用洒水车在对已铺筑填筑料进行洒水，第二次利用“门型加水装置”对每车石料进行均匀洒水，加至规定水量后停止。按2 m2m的方格网，测量各网点铺料前、后及加水或不加水碾压后高程，用试坑灌水法测各块堆石压实后密度，用筛分法测颗粒级配等资料，测试结果见表2。表2 堆石料加水与不加水压实变形碾压对比试验成果分析表第一次试验测试项目不加水测试面积/m4040测试点数20铺料层厚/cm108压实层厚/cm99.8加水量1%0压缩沉降变形7.90.075 mm最大粒径/(cm/s)粒径1%粒径1%205表3堆石料加水与不加水设计指标碾压对比试验成果分析表设计第一次试验要求值不加水40401080020.011.205.01.810-18.944 10-l小于2 0%18.6No.9September,2023第二次试验第三次试验坝面加水料车加水4040404020201089998.299.899.59998.75%8%11%5%8%11%99.88.2/cm/mm沉降变形率7.31%8.33%9.07%7.59%7.87%8.33%8.61%8001%第二次试验坝面加水40401081085%8%19.920.60.91.15.149 10-21.808 10-218.417.9压实效果起到明显作用，更易压实。但是在坝面上加水或者是料车上加水，级配组成、渗透系数及孔隙率变化均不大，说明软岩对是否加水有一定敏感，但是加过量水容易造成浪费，并未起到明显作用；当在料车上加水时，由于损耗严重、不易控制，且容易造成环境污染，无法准确计算出加水量值，因此参考意义不大。4结语综上所述，我们对粘土心墙堆石坝坝壳料加水碾压上有些片面的认识，尤其要区分硬岩和软岩。具体观点如下：1）针对硬岩，堆石料加水可以在颗粒间起润滑作用，便于压实外，能减少坝体后期沉降量。但是软岩本身容易压实，尤其是介于2 0 MPa30MPa的砂岩，软化系数仅为0.15 0.5 2，在2 6 t碾压设备2 遍静碾+10 遍振动碾时，孔隙率、渗透系数、级配组成等指标值均满足设计要求，加水后，由于软化了接（下转第19 4 页）.191208.5第三次试验料车加水404011%5%22.8150.90.48.095 10-28.242 10-320.018.62010899.38%11%14.215.30.30.47.531 10-37.416 10-318.318.12020第9 期2023年9 月（2）对于二级结构性缺陷（腐蚀、破裂、渗漏等），缺陷长度较长，管径范围为DN150至DN1500,可进行紫外光原位固化修复技术（非开挖）。对于点状结构性缺陷（渗漏、脱节、错口等）可进行不锈钢双胀环修复技术（非开挖）。对于一级及二级变形缺陷，埋深不高的情况下，可先采用钢板内衬修复技术，再进行紫外光原位固化修复技术。对于起伏缺陷，大部分是由于管内高差导致，一般非开挖技术难以修复。陕西水利Shaanxi WaterResources1张慧，秦玥，杨娟.市政工程给排水管网改造设计分析 J.工程技术研究,2 0 2 2,7(2 1):18 2-18 4.2余文，罗义刚，谢德美.顶管技术在株洲市政管网改造中的应用J.红水河,2 0 2 1,4 0（0 3):5-7.3王海.市政管网改造设计要点探析 J.城市建设理论研究（电子版),2 0 18(15):17 4.No.9September,2023参考文献（上接第18 9 页）表2 失矩形明渠断面设计成果表控制排洪面灌溉面积/设计流量/设计流速/渠底比渠道名称断面类型积/km先庆V片整修0.4 0.4农渠I-1昆华片整修0.5 0.5农渠-1云东片整修斗0.6 0.6渠-8昆华片整修0.8 0.8支渠IV-1四九I片整修1.20.8支渠V-1昆联片整修支1.21.0渠V-15结论鹤山市三镇水资源较为丰富，但水资源利用率较为低下。为了提升当地水资源利用率，促进农业发展，带动经济建设，采取高标准农田工程建设。通过现场调查，区内现有灌溉与排水设施基本成型，但标准较低，水资源利用系数较低，水资源浪费严重。因此，进行输排水工程建设是非常必要的。结合工程实际情况确定渠系工程断面，采用浆砌砖护砌，1:2 水泥砂浆抹面防渗。设计水安全超糙率底宽/m亩(m/s)0.01200.03400.03500.132000.101500.13200渠深/m占地/(m/s)降0.040.520.060.560.040.140.040.400.051.430.051.431李伟.低压管道输水灌溉在高标准农田应用的技术要点 .河南水利与南水北调,2 0 2 2,5 1（0 9)：2 8-2 9.2】聂瑛.高标准农田项目中高效节水灌溉工程设计研究 J.农业科技与信息,2 0 2 1（0 3）:9 0-9 1.3程文坤一八四团高标准农田建设渠道工程设计分析 J.水利科学与寒区工程,2 0 18,1（0 5)：7 3-7 5.深/m高/m0.0010.0130.0010.0130.0010.0130.0010.0130.0030.0130.0030.0130.400.500.600.801.201.20参考文献0.200.300.300.500.500.500.200.200.300.300.300.300.400.500.600.800.800.80157122228166411244（上接第19 1页）触点，所以压实更密，造成 2%、软化系数 0.7 0.8,饱和无侧限抗压强度 30 MPa的岩石，属软弱岩石类，抗压强度低，开采中及压实后细颗粒多，透水性低，颗粒易碎，受水的影响较为敏感，故填筑中应考虑加水，尤其是软化系数 0.1 0.6 的:194软岩，更重视加水问题，其加水量宜通过软岩筑坝专题试验报告确定。鉴于此，对于软岩筑坝的堆石坝，由于软岩有遇水软化、崩解、失水干裂的特性，填筑中经机械碾压颗粒有被压碎的特点等，皆使颗粒由大变小，由粗变细，由强透水性变为弱透水性，颗粒组成和物理力学性质皆发生变化，它既没有坚固性、稳定性，更没有耐久性，因此在碾压过程中应充分考虑加水问题，而且最好在坝面通过洒水车洒水的方式进行，加水以润湿石料为原则，减少内摩擦角，以达到最大压实度，减少后期沉降量，如果通过碾压试验能让其喷洒水强度与渗透强度相同，则碾压效果最好，从而保证大坝稳定运行。1郭庆国.坝体堆石填筑中加水问题及岩石质量 J.西北水电，19 9 7(02):26-33.参考文献