洋河水庫土石壩填筑料壓實技術指標的確定

郭印亮

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

洋河水庫位于河北省秦皇島市撫寧縣北10km，是一座大（Ⅱ）型水庫，總庫容3.586億m3。1976年唐山地震后，洋河水庫大壩受到嚴重損壞，大壩壩頂出現裂縫，防浪墻倒塌，經過修復后形成不穩定的戴帽加高直墻段，一直處于帶病運行之中。1999年采用了貼坡填筑方案對大壩進行了加固，壩體增高50cm，增設混凝土防浪墻、壩腳排水棱體及排水溝、防汛路、自動測報系統，改進大壩觀測系統。土石壩填筑料為大壩下游田各莊砂礫料場的砂礫料及非常溢洪道開挖的全風化花崗巖棄渣。

2 砂礫料的特性及壓實技術指標的確定

2.1 砂礫料的特性

砂礫料是洋河水庫土石壩填筑用料之一，取自大壩下游的田各莊砂礫料場及大灣子砂礫料場，距大壩2.0km。砂礫料的級配不連續性和分布離散性是它的兩大特點。

無粘性土的顆粒組成是反映其基本特性的主要依據，如壓實和滲流特性等。依據各粒徑組的含量繪制的分布曲線圖可辨別其均勻性。該料場的砂礫料屬于級配不良的砂礫料，其缺乏中間粒徑，2.0～20mm粒徑之間的顆粒含量只占全重的10%，在顆粒大小分配曲線上呈典型的“椅子”形狀。這種不連續級配的砂礫料是經過多次沖（洪）積而形成的粗細兩種料的混合體。砂礫料的離散性主要表現在料場的垂直方向和水平方向上都有很大的變化，任何兩處級配曲線截然不同，因此各處砂礫料的壓實特性也不盡相同。

一般認為有效粒徑d10＜0.1mm，不均勻系數Cu＜5的砂類土屬于壓密性差、孔隙率大、穩定性不好、易產生滲流破壞的土類。而田各莊砂礫料場中的砂礫料雖屬不連續性土，且離散性大，但其不均勻系數多在15～30以上，d10＞0.1mm，因此上述料場中的砂礫料均歸屬于易壓實且較為穩定的砂礫料，可以將其用作填筑用料。

2.2 砂礫料填筑干密度的確定

根據設計要求，砂礫料填筑的壓實標準以相對密度Dr作為控制指標。最大干密度ρdmax采用振動臺進行振動壓密求得，最小干密度ρdmin采用試樣桶緩慢放入土樣求得，對于給定的相對密度，相應的填筑干密度ρd可按下式求得。

由于砂礫料分布離散性很大，各勘探點的最大干密度試驗結果也相差很大。田各莊砂礫料場5個試樣的相對密度試驗成果如下。 最大干密度分別為1.81，1.87，1.94，1.97，2.13g/cm3；最小干密度分別為1.53，1.60，1.71，1.74，1.83g/cm3。 最大干密度與最小干密度的極差分別達到0.32g/cm3和0.30g/cm3，采用最大干密度及最小干密度的平均值計算Dr＝0.7時的填筑干密度ρ′d作為控制指標。將會出現下列情況：①對于級配較差的砂礫料，其ρdmax和ρdmin比較小，按ρ′d作為控制指標進行壓實，將增大碾壓時的難度，且有可能達不到設計要求，此時砂礫料的實際相對密度大于相對密度的計算值；②對于級配較好的砂礫料，其本身的ρdmax和ρdmin比較大，按ρ′d作為控制指標進行壓實，將使砂礫料的壓實特性得不到充分發揮，此時砂礫料的實際相對密度小于相對密度的計算值。為了使砂礫料的壓實特性得到充分發揮，保證砂礫料的壓實效果，可根據試驗成果的不同，劃分多個區域，在相對密度為0.7的條件下，每個區域采用不同的控制干密度，這樣來控制填筑料的壓實效果比較合理。

根據現場施工的設備情況，進行了砂礫料的碾壓試驗。確定采用YZ14B型14t震動壓路機，鋪料厚度為50cm，碾壓6～8遍，可以達到設計要求（Dr≥0.7）。加水量為所碾壓砂礫料體積的20%～35%比較合適，含水量控制在8%上下，碾壓效果較好。

3 全風化花崗巖的基本特性和壓實指標的確定

3.1 全風化花崗巖的基本特性

非常溢洪道開挖的全風化花崗巖棄渣，為黃～黃褐色，塊狀構造，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母。巖石可用翻鏟挖掘，部分巖塊可用手掰碎。巖塊經木棒碾碎后，多為礫砂或粗砂，少量為礫石，隨著碾壓時間的延長，顆粒粒徑會逐漸變小，因此級配不穩定。

3.2 全風化花崗巖填筑料壓實指標的確定

由于全風化花崗巖填筑料級配不穩定，在碾壓過程中會使巖塊逐漸破碎，細顆粒的含量逐漸增高。根據有關資料，細粒土<0.075mm的含量不超過12%，且能自由排水的試樣，宜用相對密度指標控制壓實效果?？紤]到全風化花崗巖碾壓時易于破碎，細顆粒含量較高，級配不穩定等特性，該工程采用了壓實度指標控制壓實效果，室內進行了擊實試驗，確定了全風化花崗巖的最優含水率和最大干密度。

室內擊實試驗共做了19組（小于5mm試樣），最大干密度平均值為1.89g/cm3，最優含水量平均值為10.6%，大于5mm的試樣含量平均值為25%，校正后的最大干密度為2.04g/cm3。

3.3 實際壓實效果

采用14～16t震動碾，經過2遍平碾靜壓及4遍震動碾壓，鋪料厚度控制在50cm時，其干密度可達1.95～1.96g/cm3，而大于5mm的顆粒含量降為19.8%，換算為粒徑小于5mm試樣時的干密度ρd實際為1.84g/cm3，而室內擊實達到的小于5mm試樣的最大干密度1.89g/cm3，壓實度0.96，設計干密度ρd設計為1.81g/cm3。ρd實際（1.84）＞ρd設計（1.81），震動碾的碾壓效果較好。

4 結語

（1）土石壩填筑料壓實控制指標的選取要具體情況具體分析，不同的填筑料有其不同的特性，應根據其特性確定其壓實控制指標。

（2）砂礫料的細粒（粒徑＜0.075mm）含量較少，且排水通暢，宜用相對密度來控制其壓實程度。為使砂礫料達到最佳的壓實效果，根據相對密度試驗結果的不同，可將料場劃分多個區域，每個區域采用不同的控制干密度，這樣來控制填筑料的壓實效果比較合理。

（3）全風化花崗巖等顆粒易于破碎的土料，因其級配不穩定，細粒含量較高，且排水條件較差，用擊實試驗的方法求得最大干密度，采用壓實度作為施工的控制指標較為合理。

（4）在修建堤、壩等工程項目上，應積極利用開挖棄料，這樣可以節約大量工程經費，并根據其特性，采用適當的辦法來控制工程質量。

［1］常士鏢，張蘇民.工程地質手冊［K］.北京：中國建筑工業出版社.2007.

［2］顧曉魯，錢鴻縉.地基與基礎［M］.北京：中國建筑工業出版社.2003.

［3］GB50021—2001，巖土工程勘察規范［S］.

［4］林在貫，高大釗.巖土工程手冊［K］.北京：中國建筑工業出版社.1994.

［5］SL237—1999，土工試驗規程［S］.