混凝土面板砂砾石坝筑坝特性试验研究.pdf

混凝土面板砂砾石坝筑坝特性试验研究屈 军 9 【 研究 分 析 】 混凝土面板砂砾石坝筑坝特性试验研究 屈 军 ( 呼图壁河流域管理( 局) 处， 新疆 呼图壁 8 3 1 2 0 0 ) 摘要 介绍了新疆呼图壁河青年渠首改造工程混凝土面板砂砾石坝筑坝材料： 垫层料、 坝壳砂砾料、 坝基砂砾料进 行常规大三轴试验的结果。主要包括坝基料现场密度试验、 粗粒土相对密度试验、 粗粒土静三轴试验。试验结果表明： 该坝筑坝材料 工程特性较好 ， 设 计采用面板砂砾 石坝是可行的 。 关键词 堆石坝； 筑坝特性； 相对密度 ； 静三轴试验 中图分类号 ： T V 4 3 1 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 0 9 0 2 1 工程概 况 新疆 呼图壁河青 年渠首 改造工 程位 于独 山子东侧 的 呼图 壁河 中下 游河段上 ， 至呼 图壁 县城约 2 1 k m。该 渠首 工程属 于 拦河 坝式渠首 ， 采用 双坝式结 构 ， 有上 坝和下 坝组成 。上 坝是 复合 土工膜 防渗心墙 堆石 坝 ， 下 坝 是 面板堆 石 坝。上 坝 总 长 1 1 9 0 n l ， 坝顶高程为7 8 1 5 0 m， 坝顶宽度为 4 0 m， 最大坝高为 1 4 9 4m。上坝桩号0+ 0 0 0 0+ 8 0 0段坝高由 1 4 3 8 m逐渐变 为 7 1 0 i n ， 桩号 0+8 0 01 +1 0 0段坝高由7 1 0 m逐渐变为 5 9 4 m。 考虑到上坝两侧水位变幅较大， 在泄洪冲砂闸冲砂时 会发生较大的水位差 ， 故将 上 坝桩号 0+0 0 00+8 0 0段 坝 体 设计为复合土工膜心墙砂砾石堆石坝。土工膜心墙材料采用 两布一膜 、 厚 度 为 0 5 0 m m的复 合 土 工 膜 ( 2 0 0 g m P E 0 5 0 ram 2 0 0 g m ) ， 以“ z ” 字形垂直布置于坝轴线。心墙土工膜 “ z ” 字形变幅宽度为0 5 m， 膜的上升角度为 4 5 。 ， 两侧设置 2 5 c m厚的中粗 砂保 护层 ， 坝体最大横剖面图见 图 1 。 卜复合 土工膜2 o 0 g P E O 5 2 0 0 g 2 - 中粗砂 保护层3 - 砂砾 料 图1 土坝坝体最大横剖面 由于上坝两侧水位变幅较大， 且坝基砂砾石覆盖层较深 ， 目前尚无类似工程实例可供参考。因此， 总结该工程从模型试 验、 工程设计以及工程施工中的经验对该类工程的指导是非常 有益的。通过对该工程从工程模型试验、 工程设计 以及到工程 施工的总结来看， 在工程中， 以试验研究指导工程设计 ， 工程设 计充分考虑施工 的可行性 ， 科学组织施工 ， 加强施工 管理 ， 问题 就会得到 圆满解决 。 2 筑坝材料特性与试料制备 新疆呼图壁河青年渠首改造工程混凝土面板砂砾石坝筑 坝材料 主要是砂砾石料 ， 垫 层料 、 坝壳 砂砾料 均取 自砂 砾石料 场的砂砾石。筑坝材料料源、 级配要求、 碾压标准见表 1 。 表 1 筑坝材料特性 坝基料采用现场人工开挖取料 ， 在设计单位推荐坝址轴线 处开采砂砾料。根据天然建筑材料勘察规范要求， 为增加取料 的代表性， 在坝轴线上取了4组砂砾料， 取样深度 1 i n 。对粒径 大于6 0 m m颗粒进行了现场颗分， 对粒径小于6 0 mm颗粒全部 运回。按 土工试验规程 S L 2 3 70 0 61 9 9 9方法进行室内颗 分试验 。 3 试验结果 3 1 坝基料的天然密度试验 本次现场试验对坝基料进行了天然密度试验， 在设计坝轴 线上选取了4个点进行了平行试验。试验按 土工试验规程 S L 2 3 7 0 0 31 9 9 9、 S L 2 3 7 0 0 41 9 9 9方法进行。计算结果见 表 2 。 1 0 内 蒙 古 水 利 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 2 8期) 表 2 上 坝坝体料 天然密度试验 结果 3 2 坝基料、 垫层料、 坝 壳料相对密度试验 本次共进行了3组料( 砂砾料、 垫层料、 坝基料) 的相对密 度试验 ， 其 中每组料均进行 了 4次平行 试验 。试验采用风 干土 料 ， 试样筒尺寸为 q ) 3 0 0 3 6 0 m i l l 。最小干密度试验采用固定 体积法， 试验按 土工试验规程 S L 2 3 7 0 5 41 9 9 9方法进行。 最大干密度试验采用振动击实法， 以模拟堆石坝现场施工振动 碾振 动压 实 ， 试验 采用 粗 粒料 相对 密度 仪 ， 试 样顶 部静 载 1 4 k P a ， 振动频率为2 0 H Z， 振动历时8 m i n 。相对密度试验结果见 表 3 。 表 3 上坝坝体材料相对密度试验结果 g Z m 表 4 上 坝坝基料 相对密度试验 结果 坝壳砂砾料、 垫层料试样制备干密度按设计要求的相对密 度进行换算 ， 坝壳砂砾料为 2 2 5 g m ， 垫层料为 2 2 2 g m 。 坝基料试样制备干密度按照坝基现场干密度进行换算， 换算后 试验制备干密度为 2 2 7 g m 。 3 3 静 三轴试验 本次试验共进行了3种料的大型三轴剪切试验， 每种料都 进行了饱和样试验。试验方法及参数整理均按 土工试验规 程) S L 2 3 7 0 6 01 9 9 9方法进行。大型三轴剪切试验试样尺寸 为 0 0 m m6 0 0 mm， 每组试验 4个试样， 最大 围压为 6 0 0 k P a 。按试样控制干密度进行装样， 试样分 6层装入成型筒内， 每层厚度 1 0 c m， 用振捣器夯实。 试样饱和采用顶部抽气， 试样内形成负压， 测计进水量管 水位读数后， 打开进水阀。试样在负压作用下， 水由下而上逐 渐饱和试样。待试样上部出水后， 停止抽气， 用水头饱和法进 行饱和， 直至进出水量几乎平衡时， 认为试样完全饱和， 方可进 行剪切试验 。 表 5 不 固结不排水试验结果 4试 验结果 分析 本次筑坝材料坝壳砂砾料、 垫层料均是 Al 料场砂砾料， 其 区别 只是颗料级配不 同而 已 ， 静 力特性 的共 同特点是 ： 在低 围 压下砂砾料都具有明显的剪胀性， 且坝壳砂砾料的剪胀性大于 垫层料 。从砂砾料 、 垫层料 的固结排水试 验可 以看 出， 由于 坝 壳砂砾料细料含量较少 ， 粗 料含量 骨架作 用 明显 ， 在 围压相 同 情况下强度较高 。从 不排 水 试验 也 可看 出 ， 随着 细 料含 量增 加， 粗料骨架作用明显降低 ， 内摩擦角下降较明显， 从总应力圆 及强度包线可以看出 ， 垫层料 内摩擦角较小。 5结论及 建议 ( 1 ) 坝基 砂砾 料由于细 料含量相对 较少 ， 在三轴试 验卸样 过程 中发现有细颗粒 的下沉现象 ， 从现象上看 属于明显 的管涌 破坏， 引起该现象的原因 目前还尚难解释， 但根据颗分结果及 通过细料含量法判定坝基土为管涌型土。今后建议对坝基土 的渗透性及渗透稳定性做进一步试验研究。同时在设计中， 建 议做好 上游 坝基 的防渗 加固处 理及下游 坝基的反滤排水措施 ， 防止坝基料产生渗透变形。 ( 2 ) 针对 A1 料场级配不太连续的情况， 加上砂砾料在施 工中又容易产生颗粒离析现象， 故应严格加强施工质量检测、 管理和监理 ， 保证各区坝料及其填筑质量符合设计要求。 ( 3 ) 粗颗粒料 ( 坝 壳砂砾 料 、 垫层料 、 坝基 料 ) 在 试料制 备 过程中存在缩尺效应 ， 现场最大粒径 3 0 0 5 0 0 m m的筑坝材 料 ， 由于试 验仪 器 尺寸 的 限制 ， 均按 规 范缩 制成 最大粒 径 6 0 mm的试料进行试验。加上现场取料的不均匀性和试样数量的 限制 ， 试验结果所反映的坝料物理力学性质与现场料的性质有 一 定差异， 建议业主、 工程监理在施工过程中加强施工质量的 控制及取样与质检的监督与管理， 根据施工质检资料认真分析 坝料细料含量与相对密度及强度的关系， 确保大坝施工质量及 安全运行 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 7一 o 4 ( 编校 ： 郭宝丽 )