寬級配礫石土料在水庫除險加固中的應用與分析

馮玥

【摘要】通過對寧夏自治區南部土層較薄的土石山區及土料含水率較高的陰濕地區水庫筑壩土料分析，充分運用當地寬級配礫石土料（包括人工摻合礫石土料），解決了水庫筑壩過程中存在的土料含水率高問題，為類似工程提供可供借鑒技術資料。

【關鍵詞】水庫；寬級配礫石土料；寧夏固原市

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

Feng Yue

（Ningxia Water Conservancy Survey and Design InstituteGuyuanNingxia756000）

【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. 工程概況

固原市賀家灣水庫作為寧夏中南部城鄉引水工程的調蓄水庫，承擔著固原市區、固-西引水、原州區東部引水等數十萬人口的供水任務。工程建于2000年，為碾壓式黃土均質壩，原設計最大壩高31.25m，總庫容320萬m3，調節庫容270萬m3，屬小（一）型水庫。水庫由主壩和輸水建筑物兩部分組成。土壩為均質土壩，頂寬6.0m，壩長294m，前坡比為1：2. 5～1：3.0，后坡比為1：2.0～1：2.5～1：2.75，壩頂高程1947.00m，正常蓄水位1944.00m，設計洪水位1944.38m，校核洪水位1945.00m；放建筑物布置于左壩肩，由水塔、輸水洞組成，水塔高22.0m，設計泄量為1.0 m3/s，安裝1.2×1.5m鑄鐵閘門及螺桿式啟閉機一套，工作橋長34.15m，為重力墩支承。

2. 除險加固方案

2.1土壩培厚加固。

壩體加高7.30m，壩頂設高1.2m的防浪墻，采用后加壩方式，加壩后壩體最大壩高38.55m，壩頂高程1954.30m，防浪墻頂高程1955.50m，總庫容662萬m3，壩頂長324m，頂寬8.0m；迎水坡坡比加高段為1：2.50，在原壩頂高程1947.0米處設馬道，寬2.0m，采用格賓護坡；背水坡坡比為1：2.75、1：3.0、1：3.25，在1941.00米、1928.00m處設置馬道，馬道寬2.0m，采用現澆砼格網加生物措施護坡，壩后設褥墊式排水并對左、右壩肩壩基防滲采用帷幕灌漿處理。

2.2輸水塔加高。

水塔體加高7.30m，塔頂高程1954.30m，與壩頂高程齊平，最大下泄流量為1.0 m3/s，更換工作閘門及啟閉機設備，對原涵洞進行鋼管內襯加固，涵洞延長段水平長43m，并新建退水建筑物，在涵洞末端設置一套調流、調壓設備。

3. 壩體土料設計

（1）原設計壩型為黃土均質壩，土料的最優含水量平均值為16.8%，根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）的規定，填筑含水量控制范圍為最優含水量的-2%～+2%，即為14.8～19.8%。土料含水量在14.8～19.8%范圍之內的，屬于直接利用層；高于19.8%的土料不能直接利用，需要進行晾曬。

（2）實際勘察過程中，料場天然含水量處于填筑含水量控制范圍14.8～19.8%的土料只占勘察儲量的42.2%，可以直接使用；大于填筑含水量上限19.8%占勘察儲量的57.8%。

4. 寬級配礫石土料設計理念

（1）賀家灣水庫除險加固工程2015年3月開工建設，由于水庫地處土層較薄的土石山區及土料含水率較高的陰濕地區，加之筑壩期間陰天多雨，土料含水率急劇增加，達到30%以上，工程無法施工，工期延后，效益不能正常發揮。經多次分析論證，提出了采用寬級配礫石土（人工摻合礫石土）筑壩的方法。

（2）寬級配礫石土由粗料（大于5mm，小于100mm，）和細料（小于5mm，小于0.074mm含量大于15%）組成，筑壩干密度、滲透系數與礫石土的組成級配、力學指標、含水率有密切的關系。當礫石土中粗料（大于5mm）含量小于40%時，礫石土以細料（小于5mm）為主，礫石充填其中，機械碾壓后礫石土具有良好的抗剪性、不透水性和較小的壓縮性，滿足均質壩筑壩各項技術指標要求；當礫石土中粗料（大于5mm）含量大于50%時，礫石起骨架作用，細粒充填其中，筑壩干密度、滲透系數明顯增大。

5. 礫石土填筑

5.1土料的質量是控制壩體填筑質量的第一關，根據實際測量成果，考慮到礫石土分類的不均勻、土質變化大的情況下，要求施工單位現場進行土料制備摻合，經驗收合格后，進行碾壓取樣檢測。

5.2為了給壩體填筑工作提供科學、合理、經濟的碾壓參數，土料上壩前嚴格進行礫石土現場碾壓試驗，其目的是檢測礫石土碾壓后是否能夠滿足設計要求的各項參數指標，以便選定合適的壓實機具、壓實方法、壓實遍數、鋪土厚度、礫石含量、含水率的最佳范圍參數，提出質量控制技術指標和檢測方法。試驗確定的主要技術參數如下：

（1）礫石土料最優含水率控制在13.5%左右，上下-2%～+2%之間浮動。

（2）礫石土料鋪土厚度控制在30cm左右。

（3）碾壓機具：20t壓路機平壓8遍，錯距按25cm控制。

（4）18t振動羊角碾振動2遍，并起到層面刨毛作用。

（5）振動羊角碾開啟一檔，速度約2.0Km/h。

5.3壩體礫石土料碾壓按照接合面處理、卸料及鋪料、土料壓實、接縫處理4道工序進行管理，上道工序合格尚可進行下道工序施工。

6. 質量控制方法

當礫石土料中粗料含量小于40%時，取其細料（小于5mm）進行擊實試驗，確定細料的最大干密度和最優含水率，用下列公式計算相應于粗料含量的最大干密度和最優含水率，乘以壓實度，得到控制填筑干密度（賀家灣水庫土壩填筑不同含礫量干密度控制特征表見表1，圖1）。

（γd）max=1PΔS+（1-P）（γd）。

ωop=ωo（1-P）

表1賀家灣水庫土壩填筑不同含礫量干密度控制特征表

礫石土料含礫量（%） 0-10%20%30%40%備注

礫石土料干密度（g/ cm3） 1.74-1.78 1.83 1.89 1.98

圖1

式中：（γd）max ——礫石土最大干密度

P——粒徑d5mm 礫石含量，以小數計

ΔS ——粒徑d 5mm礫石的

（γd）。——粒徑 d <5mm的細土粒最大干密度

ωop ——礫石土最優含水率

ωo ——粒徑長5mm細粒最優含水量

7 結語

固原市賀家灣水庫程于2015年3月開工建設，2015年6月壩體帷幕灌漿結束，2016年8月壩體填筑完成竣工，10月底并通過了自治區防汛辦、固原市水務局、發改委組織的驗收。目前工程運行良好，水庫蓄水正常，已達到了對該水庫除險加固的目的。

參考文獻

[1]白永年、吳士寧、王洪恩. 土石壩加固[M].北京：水利水電出版社.1991年.

[2]張啟岳.土石壩加固技術[M].北京：中國水利水電出版社.1999年.

[3]《碾壓式土石壩設計規范》. 中國水利水電出版社.2001年.

[4]寧夏水利水電勘測設計院.《原州區賀家灣水庫地質勘察報告》[R].2014年.

[5]固原市水利勘測設計院.《原州區賀家灣水庫設計報告》[R].2014年.

[文章編號]1619-2737（2017）01-12-021

[作者簡介] 馮玥（1984-），女，職稱：水利工程師，畢業于河北工程大學，長期從事水利工程設計工作。