引嫩入白輸水總干風(fēng)積砂筑渠控制指標(biāo)探討

馬振洲

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,吉林長(zhǎng)春 130012)

引嫩入白輸水總干風(fēng)積砂筑渠控制指標(biāo)探討

馬振洲

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,吉林長(zhǎng)春 130012)

在吉林省引嫩入白供水工程中,輸水總干渠大部分明渠采用風(fēng)積砂填筑,其填筑控制標(biāo)準(zhǔn)如何確定,是一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。為此,對(duì)風(fēng)積砂進(jìn)行顆粒組成、擊實(shí)性能和相對(duì)密度試驗(yàn)研究,并參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確了風(fēng)積砂筑渠宜采用壓實(shí)度控制,并給出具體控制指標(biāo),對(duì)該地區(qū)類似工程建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。

引嫩入白;風(fēng)積砂;筑渠;控制指標(biāo);壓實(shí)度

“引嫩入白供水工程”是吉林省振興東北老工業(yè)基地規(guī)劃中的重點(diǎn)水利工程項(xiàng)目,總投資18.6×108元。工程引水總流量為65 m3/s,年引水量約8×108m3,可新增水田灌溉面積66 667 hm2,控制大田抗旱面積66 667 hm2,濕地補(bǔ)水28 000 hm2。

工程由一個(gè)輸水樞紐工程(白沙灘泵站、輸水總干渠、洋沙泡蓄水調(diào)節(jié)工程)和四個(gè)分項(xiàng)工程組成。輸水總干渠長(zhǎng)52.5 km。渠道斷面型式采用梯形。風(fēng)積砂填筑渠道內(nèi)邊坡采用1∶2,外坡采用1∶2.5,渠道外坡高度大于4.5m時(shí)設(shè)馬道。渠道底寬15m～25 m。渠底采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲,渠坡采用現(xiàn)澆PP纖維混凝土板護(hù)砌,板下復(fù)合土工膜防滲。

引水明渠有逾10 km渠段在風(fēng)積砂地區(qū)通過(guò),因當(dāng)?shù)赝恋刭Y源短缺,本著就地取材,節(jié)省造價(jià)原則,工程中利用儲(chǔ)量豐富的風(fēng)積砂修建渠道。風(fēng)積砂在我國(guó)沙漠廣泛分布的內(nèi)蒙、新疆等地作為路基材料普遍應(yīng)用于公路建設(shè)中,前人對(duì)風(fēng)積砂作為路基填料進(jìn)行大量研究,但作為筑渠堤材料鮮見(jiàn)論述。我省西部資源性缺水,為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活用水,需興建大量水利工程,而西部風(fēng)積砂面積占總面積1/3,本文結(jié)合工程實(shí)際,對(duì)風(fēng)積砂特性及作為筑渠材料控制指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)、探討,對(duì)因地制宜、利用豐富風(fēng)積砂作為筑渠壩材料有重要意義,對(duì)類似工程有借鑒作用。

1 風(fēng)積砂的基本特點(diǎn)

輸水總干渠沿線風(fēng)積砂分布為已固定沙丘,地貌為風(fēng)砂覆蓋波狀崗地,時(shí)代為Q4早期,料場(chǎng)開(kāi)挖邊坡可直立。風(fēng)積砂表層0.5 m～3.0 m已經(jīng)土壤化,顏色為灰黑色,植被覆蓋,下部為淺黃、灰黃色含細(xì)粒土細(xì)砂、細(xì)粒土質(zhì)細(xì)砂。以細(xì)砂和粉粒為主。礦物成分多為石英,少量長(zhǎng)石。松散,質(zhì)較純,分選、磨圓均好,呈半渾圓狀,局部夾1-2層灰黑色亞砂土。

2 風(fēng)積砂的篩分試驗(yàn)

通過(guò)6處原狀樣試驗(yàn),風(fēng)積砂天然含水率 ω=4.8%,天然干密度 ρd=1.46 g/cm3,天然密度 ρ=1.54 g/cm3,孔隙比e=0.802,比重瓶測(cè)得砂粒比重為2.60～2.65。

采用篩分試驗(yàn),風(fēng)積砂的顆粒組成如表1所示,通過(guò)對(duì)篩分結(jié)果分析可知其顆粒主要集中在0.25 mm～0.075 mm粒徑區(qū)間,其次為0.075 mm～0.005 mm粒徑區(qū)間,風(fēng)積砂顆粒很細(xì),顆粒均勻,級(jí)配不良。按土的工程分類標(biāo)準(zhǔn),定名為細(xì)粒土質(zhì)細(xì)砂,屬少粘性土[1]。顆分曲線見(jiàn)圖1。少粘性土顆粒較細(xì),含有一定粘粒,具有一定塑性,在水飽和狀態(tài)下粘性很小,滲透系數(shù)小于砂土。性質(zhì)介于粘性土與無(wú)粘性土(砂土)之間。

表1 風(fēng)積砂篩分試驗(yàn)成果

圖1 風(fēng)積砂顆分曲線

3 風(fēng)積砂的擊實(shí)試驗(yàn)

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)采用輕型擊實(shí)儀,擊數(shù)25擊,擊實(shí)功能592.2 kJ/m3。曲線見(jiàn)圖2。從曲線看,風(fēng)積砂擊實(shí)試驗(yàn)當(dāng)含水率達(dá)到16%～18%,出現(xiàn)最大干密度的峰值,含水率超過(guò)20%干密度下降很快。含水率小于10%干密度增長(zhǎng)較慢,干密度隨著細(xì)粒含量增加而增大。風(fēng)積砂在含水率為17%左右,擊實(shí)法能達(dá)到較高的干密度和較佳密實(shí)效果。

圖2 干密度～含水率關(guān)系曲線

4 風(fēng)積砂的相對(duì)密度試驗(yàn)

砂的密實(shí)程度通常指單位體積中固體顆粒的含量。在工程中為反映砂的密實(shí)程度,采用現(xiàn)場(chǎng)干密度與該種砂所能達(dá)到孔隙比最小時(shí)的最大干密度和孔隙比最大時(shí)最小干密度相比較,來(lái)表示砂土的密實(shí)程度。對(duì)于少粘性土風(fēng)積砂是否可以用相對(duì)密度來(lái)表示密實(shí)程度,這主要取決于風(fēng)積砂中細(xì)粒含量,風(fēng)積砂中細(xì)粒(＜0.075 mm)含量變化差異很大,在0～50%之間變化,而含細(xì)粒量直接影響到風(fēng)積砂相對(duì)密度確定密實(shí)程度的適用性。

本次風(fēng)積砂的最小干密度試驗(yàn)采用漏斗法和量筒法,砂的最大干密度試驗(yàn)采用振動(dòng)錘擊法。為了確定相對(duì)密度和擊實(shí)法對(duì)輸水總干渠風(fēng)積砂適用性,在同一取樣點(diǎn)分別進(jìn)行兩種方法試驗(yàn)。其結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表2可知:

(1)由相對(duì)密度所得最大干密度比擊實(shí)所得的最大干密度小,由此,用相對(duì)密度所求的最大干密度時(shí)不能正確代表該風(fēng)積砂的最大干密度,并用Dr來(lái)表示這些砂樣的密實(shí)程度是不合適的。

(2)風(fēng)積砂擊實(shí)最大干密度隨細(xì)粒含量而增加,相對(duì)密度對(duì)應(yīng)的最大干密度隨細(xì)粒含量增加而減少。究其原因,風(fēng)積砂顆粒組成中含有一定細(xì)粒量,其含量較少時(shí)凝聚力小,其力學(xué)特性表現(xiàn)為無(wú)粘性。它在振動(dòng)錘擊下,顆粒能夠充分重新排列組合,達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)。隨細(xì)粒含量增加,風(fēng)積砂由無(wú)粘性向假粘性、粘性過(guò)渡,在細(xì)顆粒達(dá)到一定值10%以后,由于細(xì)粒增多,因其相互的凝聚力及排斥力而不能在振動(dòng)及錘擊下顆粒進(jìn)行充分排列組合,致使孔隙相對(duì)較大,密實(shí)度較小。

(3)相對(duì)密度Dr=0.7對(duì)應(yīng)干密度小于擊實(shí)最大干密度95%。

表2 風(fēng)積砂相對(duì)密度及擊實(shí)試驗(yàn)對(duì)比

5 風(fēng)積砂的筑渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

利用風(fēng)積砂修建渠道,其控制標(biāo)準(zhǔn)采用相對(duì)密度還是壓實(shí)度,究竟采用多大數(shù)值,是一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題,目前還沒(méi)有明確標(biāo)準(zhǔn),具體到工程需認(rèn)真研究確定,現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)粘性土和無(wú)粘性土有明確規(guī)定:

文獻(xiàn)[2]《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)規(guī)定對(duì)無(wú)粘性土填筑堤防應(yīng)按相對(duì)密度控制,1、2級(jí)和高度超過(guò)6 m的3級(jí)堤防,相對(duì)密度不應(yīng)小于0.65;粘性土填筑堤防按壓實(shí)度控制,2級(jí)和高度超過(guò)6 m的3級(jí)堤防壓實(shí)度不應(yīng)小于0.92。對(duì)于少粘性土沒(méi)有明確規(guī)定。

文獻(xiàn)[3]《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)中指出相對(duì)密度是砂類土緊密程度的指標(biāo)。適用于透水性良好的無(wú)粘性土,對(duì)含細(xì)粒較多的試樣不宜進(jìn)行相對(duì)密度試驗(yàn),美國(guó)ASTM規(guī)定0.074 mm土粒含量不大于試樣總質(zhì)量的12%。

美國(guó)墾務(wù)局規(guī)定:如細(xì)粒土(＜0.075 mm)超過(guò)12%時(shí)分別作相對(duì)密度和標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn),當(dāng)70%的相對(duì)密度時(shí)相應(yīng)干密度小于擊實(shí)最大干密度的95%,應(yīng)用擊實(shí)試驗(yàn),否則采用相對(duì)密度控制[4]。

綜上所述,輸水總干渠風(fēng)積砂細(xì)粒(＜0.075 mm)含量17.4%(3.6%～33.7%),70%的相對(duì)密度時(shí)相應(yīng)干密度小于擊實(shí)最大干密度的95%,作為筑渠料應(yīng)按擊實(shí)試驗(yàn)由壓實(shí)度來(lái)控制,壓實(shí)度采用0.92;局部細(xì)粒含量較低(＜10%)宜采用相對(duì)密度控制,控制相對(duì)密度Dr≥0.7,比規(guī)范規(guī)定略高。填筑時(shí)控制含水率在16%～18%,濕法壓實(shí)。既可以滿足設(shè)計(jì)要求,又能滿足工程施工要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)輸水總干渠區(qū)風(fēng)積砂顆分試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)與相對(duì)密度表示的密實(shí)程度對(duì)比分析,提出風(fēng)積砂宜采用壓實(shí)度做為筑渠堤料設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。這對(duì)于風(fēng)積砂在本地區(qū)作為填筑料的應(yīng)用有一定借鑒意義。

[1]王聞韶.土的動(dòng)力強(qiáng)度和液化特性[M].北京:中國(guó)電力出版社,1997:127.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.GB50286-98.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1998:12.

[3]中華人民共和國(guó)水利部.GB/T 50123-1999.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1999:260.

[4]李江,袁高軍,杭蘇成,等.沙漠明渠風(fēng)積砂筑堤填筑標(biāo)準(zhǔn)及施工特性研究[J].施工組織設(shè)計(jì),2004,(3):9.

Control Index Discussion on General Canal Built with Aeolian Sand of Water Diversion Project of Transferring Water from Nenjiang River to Baicheng City

MA Zhen-zhou
(Jilin Investigation and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower,Changchun,Jilin130012,China)

InWater DiversionProject of Transferring Water from Nenjiang River to Baicheng City,most of the open channel is built with aeolian sand,so how to identify the control standard of filling is an important technical issue.Therefore,through the experimental research for the grain composition,compaction performance and relative density of aeolian sand,and according to relevant standards,it is made clear that the compactness controlling should be adopted in canal building with aeolian sand,and specific control index is given,which would have a certain instruction significance and practical value to similar projects in this area.

Water Diversion Project of Transferring Water from Nenjiang River to Baicheng City;aeolian sand;canal building;control index;compaction degree

TV67

A

1672—1144(2012)01—0022—03

2011-10-20

2011-12-05

馬振洲(1972—),男(漢族),遼寧普蘭店人,高級(jí)工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察工作。