關刀橋水庫風化泥巖心墻筑壩料防滲性能研究

鄭小明，陳孝文

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

關刀橋水庫風化泥巖心墻筑壩料防滲性能研究

鄭小明，陳孝文

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

安岳關刀橋水庫大壩防滲心墻料采用風化泥巖料，由于料場料源構成復雜，其物理性能差異大，如何控制和合理使用，使其滿足防滲要求是設計關注的重點。研究結果表明，由于料源母巖以泥巖為主，在碾壓和擊實過程中，碾前細顆粒含量控制對碾后滲透系數的控制非常關鍵。

細粒含量 壓實度 滲透系數 風化泥巖料 關刀橋水庫

1 工程概況

關刀橋水庫是四川省都江堰灌區毗河供水工程的一座以灌溉供水為主兼有囤蓄功能的中型水庫，大壩為風化泥巖心墻石渣壩，最大壩高50.80m，心墻采用侏羅系上統遂寧組J3s(11)粉砂質泥巖作為大壩防滲料的料源，其設計干密度≥1.96g/cm3，滲透系數<1×10-5cm/s。心墻頂部水平寬度3.0m，上、下游坡度均為1∶0.3，墻底最大厚度28.08m，心墻上下游設置砂礫石反濾層。

2 風化泥巖心墻料試驗指標

本工程通過風化泥巖心墻石碴壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型方案比較，兩個壩型方案技術上均可行，經地質條件、天然建筑材料條件和工程布置、工程投資綜合比較后，最終采用較優方案——風化泥巖心墻石碴壩壩型。

本壩防滲料選擇料場中的侏羅系上統遂寧組J3s(11)的粉砂質泥巖。該料場粉砂質泥巖巖相變化大，巖層厚度變化較大，粉砂質泥巖層中都有厚度不等的粉砂巖或砂巖夾層。

對該粉砂質泥巖作為心墻防滲料進行了室內試驗和現場碾壓試驗，以確定其防滲性能、力學參數及施工工藝。

2.1 室內試驗成果

根據鉆探統計成果，侏羅系上統遂寧組J3s(11)粉砂質泥巖和砂巖夾層比例為9∶1，因此試驗中按此比例摻入砂巖，以模擬料場的真實情況。根據室內擊實試驗成果，擬定粉砂質泥巖防滲料的碾前級配最大粒徑200mm～300mm，粒徑<5mm含量40%～50%，粒徑<0.075mm含量>15%，粒徑<0.005mm含量>8%；>5mm部分按連續級配理論設計，<5mm部分由實際測定。室內擊實試驗壩料實測級配見表1。

表1 黃連坡風化泥巖心墻料室內試驗實測壩料級配(擊實前)

在擊實狀態下，粉砂質泥巖防滲料的最大干密度為1.96g/cm3～1.99g/cm3；最優含水率為10.8%～11.1%，因含粗顆粒，最優含水率小于塑限含水率。擊實試驗成果見表2。

在最大干密度和最優含水率控制條件下，粉砂質泥巖防滲料的滲透系數為7.6×10-6cm/s～4.8×10-6cm/s，具較高的抗滲坡降，滿足《碾壓土石壩設計規范》(SL274-2001)4.1.5條(心墻防滲料滲透系數<1×10-5cm/s)的技術要求。

表2 黃連坡風化泥巖心墻料擊實試驗成果

根據室內試驗成果及規范要求，提出了粉砂質泥巖心墻設計控制指標，碾壓前控制最大粒徑為300mm，粒徑<5mm含量>40%；填筑干密度≥1.96g/cm3，壓實度0.97，滲透系數<1×10-5cm/s；最優含水率9%～14%，宜控制在13%左右，分層碾壓填筑厚30cm。

2.2 現場碾壓試驗成果

關刀橋水庫工程對粉砂質泥巖心墻料先后進行了兩次現場碾壓試驗，第一次試驗時，碾壓前心墻料粒徑<5mm含量為24.9%，碾壓后粒徑<5mm含量為30%(詳見表3)。由第一次碾壓試驗成果可知，在目前的含水率狀態下以30cm鋪填，碾壓12遍(往返按2遍計，下同)，最大干密度均能達到設計≥1.96g/cm3要求，但滲透系數2.2×10-5cm/s均達不到設計要求(設計滲透系數≤1×10-5cm/s)(詳見表4)。

表4 黃連坡風化泥巖心墻料第一次碾壓試驗結果

表3 黃連坡風化泥巖心墻料第一次碾前、碾后級配組成

將第一次試驗成果與室內試驗成果對比分析發現，本次現場試驗碾前和碾后<5mm含量均小于室內試驗(詳見表1和表3)，分析認為，碾前細粒含量不足導致本次碾壓后滲透系數偏大。

第二次試驗中，增加了粉砂質泥巖心墻天然料的風化工藝，碾壓前心墻料<5mm含量達到40.3%，碾壓后<5mm含量為49.1%(詳見表5)。由第二次碾壓試驗成果可知，在目前的含水率狀態下以30cm鋪填，碾壓12遍，最大干密度均能達到設計≥1.96g/cm3要求，且滲透系數9.3×10-6cm/s達到設計要求(設計滲透系數<1×10-5cm/s)(詳見表6)。

表5 黃連坡風化泥巖心墻料第二次碾前、碾后級配組成

表6 黃連坡風化泥巖心墻料第二次碾壓試驗結果

設計鋪土厚度(cm)碾壓12遍含水率(%)干密度g/cm3壓實度(%)滲透系數(cm/s)30平均11.71.9897.510.91.9998.011.31.98597.89.3×10-6備注試驗室測定最大干密度為2.03g/cm3,最優含水率9.2%

3 結語

關刀橋水庫大壩防滲心墻料采用風化泥巖料，經過大量室內和現場試驗得出以下結論：

(1)采用風化泥巖作為大壩防滲心墻，滿足防滲要求的關鍵在于控制泥巖的風化程度，使碾前<5mm含量達到設計要求；

(2)在試驗研究的基礎上，采用風化砂泥巖石渣料作土石壩防滲料再次證明是成功的，取得了顯著的經濟效益及社會效益。

〔1〕陸恩施，高希章.四川省水利工程土石壩建設與筑壩材料研究綜述.四川水力發電，2006，8.

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2095-1809(2016)01-0025-03

鄭小明(1965-)，男，四川眉山人，副總工程師，從事水工設計和技術管理工作；

陳孝文(1980-)，男，四川德陽人，高級工程師，從事水工設計工作。