水库大坝防渗心墙填筑中泥岩风化料的应用

水库大坝防渗心墙填筑中泥岩风化料的应用

劳彬彬屠琼飞

1、绍兴市汤浦水库有限公司；2、浙江省水电建筑基础工程有限公司

摘要：为了进一步改善大坝心墙填料的防渗功能，改善施工条件，促使工程造价有效降低，可以对泥岩风化料进行科学的应用。然而，具体应用中的相应掺入比例不容易掌控，从而会影响防渗效果。为了确保砂岩和风化料之间保持适宜的比例，本文在充分分析风化泥岩混合料的性能基础上，深入研究了泥岩风化料在水库大坝心墙防渗填筑中的应用，希望为相关工程的材料应用提供参考方案。

关键词：水库大坝防渗心墙填筑；泥岩风化料；应用

1工程概况

某水库位于A县的西北部，是一座以灌溉为主，兼顾养殖及综合利用功能的中型水库，水库总库容为1266.5万m3，兴利库容为1013万m3，设计灌溉面积为1451.9hm2。水库拦河大坝为黏土心墙石碴坝，坝高65.3m，坝顶长293m，宽6.8m。为了提高水库大坝各部分结构的作用，该水库大坝施工建设人员采用泥岩风化料作为防渗心墙的填筑施工，以增加防渗墙的作用稳定性。

2土料来源及物理指标

2.1土料来源

此水库项目的土料场为泥岩夹少量砂岩全强风化土料场，泥岩、砂岩互层变化大，不均匀，全风化层的厚度变化大，全风化层厚度1～3m。经过矿物成分分析，泥岩的主要成分为铁泥质占85%，粉砂质占15%，定名为紫红色含粉砂质泥岩，其防水性能好；砂岩的主要成分为石英占85%，定名为暗紫红色岩屑石英粉－细砂岩，其防水性能差；泥岩夹砂岩，其混合料定名为紫红色含泥质粉－细粒岩屑石英砂岩与含粉砂质泥岩。用于心墙料施工，全强风化砂岩及强风化料的掺合比例会影响土料的防渗性能。为此，取大型样4组，砂岩和强风化料按不同比例掺配组合进行试验研究，考察混合土料的性能。

2.2土料物理指标

根据试验后的颗粒组成情况依据规范定名4组料均为黏土质砾(GC)。从试验成果可看出，细粒含量及塑性指数与强风化所占比例成反比，强风化料所占比例过高会导致细粒含量减少，影响土料的防渗效果。

3水库大坝防渗心墙填筑中泥岩风化料的应用分析

此水库项目大坝防渗心墙土料主要是泥岩风化料，由于料源的物理性能具有明显的差异，为了解泥岩风化料的具体情况，进行了大量的现场试验，从而为大坝的填筑施工提供科学依据。根据分析结果表明，土料的压实性主要用碾压后的密度来反映，从获得的大量数据及成果说明压实度有关于多方面的因素。具体作出如下分析：

3.1土料压实性分析

级配和土性的不同，均对压实干密度带来影响。站在料场碾压前后级配的变化情况进行分析，地料场中存在2个采区，其中的粗砾最大粒径为200mm，在2mm以上砾石，在对其进行碾压之前，质量分数大概为50%，在对其进行碾压之后，碾压的遍数逐渐降低，降低量提高到16~40%之间，在碾压之后，增加量平均在5%以上，在0.075mm以下的细粒质量分数，经过碾压之后，变化最为明显。我们将采区划分为Ⅰ采区和Ⅱ采区，其中Ⅰ采区在碾压之前，平均值是8%，经过碾压以后，平均值在50%以上。Ⅱ采区平均值是33.5%，经过碾压之后，也扩大到了50%。在料场当中，经过碾压之后的粗砾比较容易破碎。因为Ⅱ采区比Ⅰ采区中的干密度低，其中Ⅰ采区干密度值在1.41~1.46g/cm3之间，而Ⅱ采区干密度值在1.44~1.54g/cm3之间。

3.2含水率和压实干密度分析

料场进行了最优含水率和最优含水率±(2%～3%)这3种状态下的选择性试验及最优含水率下的复核试验。结果表明含水率对土料压实干密度的影响较大，含水率等于最优含水率时各土料可得到最佳的压实效果。在最优含水率状态下，料场Ⅰ采区土料碾压8遍后均可达到现场控制指标，即现场击实成果的最大干密度为1.46g/cm3；料场Ⅱ采区土料碾压10遍后也达到了1.54g/cm3的最大干密度。

从碾压后的现场观察及开挖探坑情况看，含水率偏小(比最优含水率小2%～3%)时，碾压层表面易被凸块碾碾压刨松，有的地方粗、细粒结合不好，遇水易产生湿陷，对坝体的防渗不利；含水率较大(比最优含水率大2%～3%)时，各碾压过程未出现弹簧土和涌土现象，在碾压试验中未出现剪切破坏现象。

测得各料场的天然含水率为29%左右，料场Ⅰ采区的最优含水率为29.5%，料场Ⅱ采区的最优含水率为25.5%。各料场土料经剥除表层立采混合后运输至坝面铺土，天然含水率可损失2%～3%，施工中不需调整土料含水率可直接上坝碾压，从而简化了施工工艺。

3.3碾压遍数和干密度之间的关系分析

当填筑施工完毕进行碾压作业时，如碾压施工次数在6~12之间，就可利用挖坑灌水法来进行密度测试。经对测试结果进行分析表明，在同一填铺厚度以及含水率的情况下，压实的干密度会随着碾压次数的增加而呈现出增大趋势。具体来说，在实际施工中，密度增幅较大主要集中在碾压遍数在8遍之前，但之后其增幅却逐渐减小。对于密度增幅最大的6~8碾压遍数，其所导致的沉降量也最大，而密度增幅下降，沉降几乎为零。

3.4铺土厚度和干密度之间的关系分析

在碾压试验中，铺土厚度分别取30cm、35cm、40cm。一般情况下，压实干密度随铺土厚度的增加而逐渐减小，本次试验结果也证明了这一结论。设计铺土厚度时应考虑土料在含水率下限时土层底部不产生干松土层及达到设计干密度条件下使施工效率最高。

在最优含水率下，料场Ⅰ采区铺土厚度为35cm时，碾压8遍后可获得现场击实1.46g/cm3的压实干密度。由于Ⅱ采区的粗粒较Ⅰ采区的粗粒风化程度低，在凸块碾作用下铺土厚度取30cm虽可达到初设阶段1.50g/cm3的设计干密度，但需碾压10遍才能达到现场击实1.54g/cm3的控制干密度。为保证水库大面积的施工质量，建议铺土厚度取30～35cm，并严格控制不得超厚。

4结束语

综上所述，风化泥岩材料在水库大坝防渗心墙施工中的应用可以大大提升土体的压实密度，从而加强土体强度，有效减少压缩变形问题的出现。然而，在实际应用过程中，需要充分了解风化泥岩材料的实际性能，促使其优点得到充分发挥。

参考文献

[1]黄长宽.掺配全强风化防渗土料在土石坝中的应用研究[J].人民长江,2016,47(S2):79-82.

[2]刘家伟.用砂泥岩风化料作心墙防渗土料的性能研究[J].长江科学院院报,2015,32(11):52-54.

[3]卢晓鹏.泥岩风化料在龙虎水库大坝防渗心墙填筑中的应用[J].水利水电科技进展,2013,33(01):49-52.