宽级配砾石土料在水库除险加固中的应用与分析

    冯玥

    

    

    

    【摘?要】通过对宁夏自治区南部土层较薄的土石山区及土料含水率较高的阴湿地区水库筑坝土料分析，充分运用当地宽级配砾石土料（包括人工掺合砾石土料），解决了水库筑坝过程中存在的土料含水率高问题，为类似工程提供可供借鉴技术资料。

    【关键词】水库;宽级配砾石土料;宁夏固原市

    Application and Analysis of Wide Graded Gravel Soil Materials in Reinforcement of Reservoir

    Feng Yue

    （Ningxia Water Conservancy Survey and Design Institute?Guyuan?Ningxia?756000）

    【Abstract】Based on the analysis of the dam soils in the damp and wet areas with high water content in soil and rocky soils in the south of the Ningxia Autonomous Region， the authors made full use of the local gravel aggregate material （including the artificial mixing of gravel soil） The problem of high water content of soil material existed in the process of dam construction and provides technical reference for similar projects.

    【Key words】Reservoir;Wide graded gravel soil material;Ningxia Guyuan

    1. 工程概况

    固原市贺家湾水库作为宁夏中南部城乡引水工程的调蓄水库，承担着固原市区、固-西引水、原州区东部引水等数十万人口的供水任务。工程建于2000年，为碾压式黄土均质坝，原设计最大坝高31.25m，总库容320万m3，调节库容270万m3，属小（一）型水库。水库由主坝和输水建筑物两部分组成。土坝为均质土坝，顶宽6.0m，坝长294m，前坡比为1：2. 5～1：3.0，后坡比为1：2.0～1：2.5～1：2.75，坝顶高程1947.00m，正常蓄水位1944.00m，设计洪水位1944.38m，校核洪水位1945.00m;放建筑物布置于左坝肩，由水塔、输水洞组成，水塔高22.0m，设计泄量为1.0 m3/s，安装1.2×1.5m铸铁闸门及螺杆式启闭机一套，工作桥长34.15m，为重力墩支承。

    2. 除险加固方案

    2.1?土坝培厚加固。

    坝体加高7.30m，坝顶设高1.2m的防浪墙，采用后加坝方式，加坝后坝体最大坝高38.55m，坝顶高程1954.30m，防浪墙顶高程1955.50m，总库容662万m3，坝顶长324m，顶宽8.0m;迎水坡坡比加高段为1：2.50，在原坝顶高程1947.0米处设马道，宽2.0m，采用格宾护坡;背水坡坡比为1：2.75、1：3.0、1：3.25，在1941.00米、1928.00m处设置马道，马道宽2.0m，采用现浇砼格网加生物措施护坡，坝后设褥垫式排水并对左、右坝肩坝基防渗采用帷幕灌浆处理。

    2.2?输水塔加高。

    水塔体加高7.30m，塔顶高程1954.30m，与坝顶高程齐平，最大下泄流量为1.0 m3/s，更换工作闸门及启闭机设备，对原涵洞进行钢管内衬加固，涵洞延長段水平长43m，并新建退水建筑物，在涵洞末端设置一套调流、调压设备。

    3. 坝体土料设计

    （1）原设计坝型为黄土均质坝，土料的最优含水量平均值为16.8%，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，填筑含水量控制范围为最优含水量的-2%～+2%，即为14.8～19.8%。土料含水量在14.8～19.8%范围之内的，属于直接利用层;高于19.8%的土料不能直接利用，需要进行晾晒。

    （2）实际勘察过程中，料场天然含水量处于填筑含水量控制范围14.8～19.8%的土料只占勘察储量的42.2%，可以直接使用;大于填筑含水量上限19.8%占勘察储量的57.8%。

    4. 宽级配砾石土料设计理念

    （1）贺家湾水库除险加固工程2015年3月开工建设，由于水库地处土层较薄的土石山区及土料含水率较高的阴湿地区，加之筑坝期间阴天多雨，土料含水率急剧增加，达到30%以上，工程无法施工，工期延后，效益不能正常发挥。经多次分析论证，提出了采用宽级配砾石土（人工掺合砾石土）筑坝的方法。

    （2）宽级配砾石土由粗料（大于5mm，小于100mm，）和细料（小于5mm，小于0.074mm含量大于15%）组成，筑坝干密度、渗透系数与砾石土的组成级配、力学指标、含水率有密切的关系。当砾石土中粗料（大于5mm）含量小于40%时，砾石土以细料（小于5mm）为主，砾石充填其中，机械碾压后砾石土具有良好的抗剪性、不透水性和较小的压缩性，满足均质坝筑坝各项技术指标要求;当砾石土中粗料（大于5mm）含量大于50%时，砾石起骨架作用，细粒充填其中，筑坝干密度、渗透系数明显增大。

    5. 砾石土填筑

    5.1?土料的质量是控制坝体填筑质量的第一关，根据实际测量成果，考虑到砾石土分类的不均匀、土质变化大的情况下，要求施工单位现场进行土料制备掺合，经验收合格后，进行碾压取样检测。

    5.2?为了给坝体填筑工作提供科学、合理、经济的碾压参数，土料上坝前严格进行砾石土现场碾压试验，其目的是检测砾石土碾压后是否能够满足设计要求的各项参数指标，以便选定合适的压实机具、压实方法、压实遍数、铺土厚度、砾石含量、含水率的最佳范围参数，提出质量控制技术指标和检测方法。试验确定的主要技术参数如下：

    （1）砾石土料最优含水率控制在13.5%左右，上下-2%～+2%之间浮动。

    （2）砾石土料铺土厚度控制在30cm左右。

    （3）碾压机具：20t压路机平压8遍，错距按25cm控制。

    （4）18t振动羊角碾振动2遍，并起到层面刨毛作用。

    （5）振动羊角碾开启一档，速度约2.0Km/h。

    5.3?坝体砾石土料碾压按照接合面处理、卸料及铺料、土料压实、接缝处理4道工序进行管理，上道工序合格尚可进行下道工序施工。

    6. 质量控制方法

    当砾石土料中粗料含量小于40%时，取其细料（小于5mm）进行击实试验，确定细料的最大干密度和最优含水率，用下列公式计算相应于粗料含量的最大干密度和最优含水率，乘以压实度，得到控制填筑干密度（贺家湾水库土坝填筑不同含砾量干密度控制特征表见表1，图1）。

    （γd）max=1PΔS+（1-P）（γd）。

    ωop=ωo（1-P）

    式中：（γd）max ——砾石土最大干密度

    P——粒径d5mm 砾石含量，以小数计

    ΔS ——粒径d 5mm砾石的

    （γd）。——粒径 d <5mm的细土粒最大干密度

    ωop ——砾石土最优含水率

    ωo——粒径长5mm细粒最优含水量

    7 结語

    固原市贺家湾水库程于2015年3月开工建设，2015年6月坝体帷幕灌浆结束，2016年8月坝体填筑完成竣工，10月底并通过了自治区防汛办、固原市水务局、发改委组织的验收。目前工程运行良好，水库蓄水正常，已达到了对该水库除险加固的目的。

    参考文献

    [1]?白永年、吴士宁、王洪恩. 土石坝加固[M].北京：水利水电出版社.1991年.

    [2]?张启岳.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社.1999年.

    [3]?《碾压式土石坝设计规范》. 中国水利水电出版社.2001年.

    [4]?宁夏水利水电勘测设计院.《原州区贺家湾水库地质勘察报告》[R].2014年.

    [5]?固原市水利勘测设计院.《原州区贺家湾水库设计报告》[R].2014年.