四川省水利工程土石壩建設(shè)與筑壩材料研究簡述

摘要：土石壩工程的建設(shè)發(fā)展與筑壩材料的深入研究密切相關(guān)。簡要介紹了諸工程在防滲土料、反濾過渡料、壩殼用料等諸方面的研究成果，不失為推動四川省水利工程土石壩建設(shè)的實例。

關(guān)鍵詞：水利工程 土石壩 筑壩材料 研究

 

20世紀70年代，四川省三岔水庫粘土斜墻石渣壩及南部升鐘水庫壩高70 m粘土心墻石渣壩的建設(shè)，標志著四川省土石壩建設(shè)擺脫了早期建設(shè)單一均質(zhì)土壩的傳統(tǒng)模式。冕寧大橋水庫壩高93 m的混凝土面板堆石壩的建成，是四川省水利建設(shè)史上的新發(fā)展。這些大型水利工程大壩的成功建設(shè)，都顯示了筑壩材料研究的發(fā)展和對大壩建設(shè)的強有力支持。隨著對當?shù)刂�壩材料的深入研究和開發(fā)，促進了我省一大批各具特色的土石壩工程的建設(shè)。20多年的工程實踐，已在防滲料、反濾過渡料、壩殼料諸方面得到了深入的研究和發(fā)展，取得了可喜的成果。21世紀初，岷江紫坪鋪水利樞紐壩高156 m面板堆石壩的興建，必將開創(chuàng)四川省水利史上土石壩建設(shè)的新篇章。?

2.1膨脹土的研究，70年代中后期，針對四川盆地9個水庫大壩土料400余組試驗成果，分析研究了本地區(qū)膨脹的主要判別指標，同時研究了大壩防滲體應(yīng)用膨脹土的方法，并在升鐘水庫大壩心墻中成功運用，論文“筑壩工程利用膨脹土的研究”在第四屆全國土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會上進行了交流，為我省土石壩工程建設(shè)中對膨脹土判別及應(yīng)用提供了經(jīng)驗。

2.2泥巖石渣作防滲料，80年代后期，隨著大、中型水利工程建設(shè)的需要，大量開采土料已對耕地造成威脅。針對四川中部“紅色地層”廣布風(fēng)化砂和泥巖料的特點，開展了研究其替代粘土作防滲料并在工程實踐中取得實效。論文“風(fēng)化砂、泥巖石渣作防滲料的研究”總結(jié)了我省雙河口及雙溪水庫大壩建設(shè)中的研究應(yīng)用成果，該論文在第三十屆國際地質(zhì)大會上發(fā)表，這個階段強調(diào)的是風(fēng)化泥巖石渣的使用。90年代中后期，在應(yīng)用風(fēng)化泥巖作防滲料的基礎(chǔ)上，更進一步地研究了弱風(fēng)化或新鮮泥巖石渣作防滲料。在研究方法及施工開采上有了新的突破，并在沉抗水庫中得以實施應(yīng)用，論文“沉抗水庫大壩泥巖心墻防滲料的研究”在《土石壩工程》上進行了交流。目前，在建的大洋溝水庫、關(guān)門石水庫、牛角坑水庫大壩都采用了泥巖石渣做防滲料。在我省的土石壩建設(shè)中，采用“紅層”泥巖石渣料作防滲料取得了顯著的社會效益及經(jīng)濟效益。?

2.3礫質(zhì)紅粘土研究，紅土在我國南方諸省用作筑壩材料早已是不爭的事實。但在80年代，四川省特別是在大型水利工程對其的使用則存在著相當大的疑慮，如在大橋水庫勘測設(shè)計階段進行主壩壩型比較中，對這種天然密度低、含水量高、天然孔隙比在0.95~1.13的礫質(zhì)紅粘土作為防滲料存在著極大的爭議。為此，對級配連續(xù)之寬級配礫質(zhì)紅粘土（因其礫石為棱角狀，在大橋工程中通稱碎石土）進行了系統(tǒng)的研究。主要包括礫質(zhì)紅粘土礦物成分、天然含水量、級配及相應(yīng)的力學(xué)特性研究。對礫質(zhì)紅粘土不同季節(jié)含水量的變化、含水量與細粒含量、碎石風(fēng)化程度、天然含水量與擊實最優(yōu)含水量的關(guān)系等作了專門性研究，并獲得科學(xué)結(jié)論，證明礫質(zhì)紅粘土符合防滲材料質(zhì)量的技術(shù)要求，是較好的筑壩材料，因而支持了在大橋水庫副壩溝昔格達地層上修建壩高29.5 m的礫質(zhì)紅粘土心墻堆石壩的方案，從而免去了在中酸性混染巖地層上修建壩高60 m面板堆石壩的方案，節(jié)約了大量資金，取得了較好的經(jīng)濟效益。隨后，其在瓦都水庫、晃橋水庫都得以應(yīng)用，并取得顯著的工程效益。?

 

四川西部地區(qū)屬高烈度地震區(qū)。在西部地區(qū)進行水利水電工程建設(shè)，土石壩有著更強的優(yōu)勢和前景。為保證工程安全，降低工程造價，對該地區(qū)廣泛分布的洪積堆積物的研究和利用具有重要意義。大橋水庫利用洪積扇碎石土作為主壩面板堆石壩墊層料成為工程建設(shè)之首例；瓦都水庫利用洪積扇碎石土作為大壩下游壩殼填料，為開發(fā)利用天然資源，降低工程造價作出了貢獻。論文“筑壩工程利用洪積扇碎石土的研究”及“大橋水庫混凝土面板堆石壩墊層的設(shè)計與研究”分別發(fā)表在《’99中西部巖土力學(xué)與工程學(xué)術(shù)討論會論文集》及《土石壩工程》2000年第1期，對洪積扇碎石土特性研究及應(yīng)用作了介紹。4反濾過渡料的研究

（1）傳統(tǒng)的反濾層和過渡層是分層設(shè)計的，我們把既對防滲體起反濾保護，又對壩殼料起過渡的雙重作用稱為反濾過渡層。采用這種連續(xù)級配料可以得到降低工程造價和簡化施工的效果；

（2）反濾過渡料設(shè)計選擇的方法：①級配連續(xù)。無論是人工破碎或天然砂卵石反濾過渡料都遵循連續(xù)級配的原則，保證充填關(guān)系；②運用中國水科院劉杰的研究成果（國家自然科學(xué)基金資助項目），針對防滲體的不同性質(zhì)，控制并選擇與反濾過渡料相適應(yīng)的D20料徑；③反濾過渡料最大粒徑的控制一般多為80 mm，如雙溪水庫人工破碎反濾過渡料、瓦都水庫天然砂卵石反濾過渡料控制最大粒徑為80~60 mm；大橋水庫副壩碎石土心墻堆石壩因其心墻的礫質(zhì)紅粘土特性，天然砂卵石反濾過渡料最大粒徑選為200 mm，基本為全級配砂卵石，從而大大降低了造價；④試驗論證。通過反濾試驗，檢驗反濾過渡料反濾保護及排水效果，控制其滲透系數(shù)在A×10-3 cm/s～A×10-4cm/s量級范圍；

（3）利用破碎帶石渣作反濾過渡料。晃橋水庫堆石料場中有寬約45 m的擠壓破碎帶，通過對破碎帶的全面研究，得出破碎帶石渣符合用作反濾過渡料質(zhì)量的技術(shù)要求，從而確定取代原設(shè)計采用之人工破碎反濾過渡料。破碎帶石渣單價約為人工破碎料的1／4，因此而節(jié)省了資金。論文“利用擠壓破碎帶石渣作反濾過渡料的研究”在《土石壩工程》2000年第2期中對研究成果作了詳細介紹。?

 

5.1壩殼用料

70年代中后期，我省土石壩壩殼用料范圍已有較大發(fā)展，巖性已涉及到砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r、白云巖、中酸性混染巖（花崗巖、閃長巖、輝綠巖混染）、玄武巖、石英正長巖、砂質(zhì)頁巖、砂卵石等諸多品種，巖石強度涉及軟巖?硬巖不同等級，研究范圍廣泛并在相應(yīng)工程中應(yīng)用，使土石壩建設(shè)獲得成功。?

5.2壩殼料最大干密度

壩殼料填筑干密度是土石壩設(shè)計和施工控制中最重要的指標之一，而研究無粘聚性壩殼料最大干密度的方法，求得科學(xué)合理的指標則成為關(guān)鍵。自1990年起，對紫坪鋪、大橋等大型工程堆石料即開始進行振動臺法及表面振動器法堆石最大干密度的比較研究。隨著各工程筑壩材料巖石及強度的不同，已形成了一套較完整的表面振動器法求堆石料最大干密度方法，論文“無粘聚性粗粒料最大干密度試驗方法探討”已在《土石壩工程》中作了全面介紹。大量的工程實踐已經(jīng)證明，采用該方法求得的最大干密度更接近實際，以此最大干密度值確定的設(shè)計干密度，完全能達到指導(dǎo)施工和控制施工質(zhì)量的目的。?

 

自1990年起，開始了紫坪鋪大壩筑壩料的試驗研究，各設(shè)計階段經(jīng)歷了對尖尖山灰?guī)r、水西關(guān)砂巖及青城橋砂卵石料的研究。在招標設(shè)計階段，則進一步對尖尖山料場作擴大調(diào)查及復(fù)查，對灰?guī)r堆石、墊層及過渡料做了大量的試驗，確定了相應(yīng)的級配、控制干密度及其力學(xué)特性指標。由于尖尖山系飛來峰，歷經(jīng)地質(zhì)構(gòu)造作用，巖體裂隙發(fā)育，因而對該料是否可獲得堆石所需塊度存在疑慮。2000年，經(jīng)四川大學(xué)、水電五局及我院共同努力，通過爆破試驗，已成功地取得爆破開采堆石料（最大粒徑800 mm）、過渡料（最大粒徑400 mm）成果，爆破級配達到堆石、過渡料設(shè)計控制級配范圍。此外，本階段還對壩址覆蓋層砂卵石及基巖開挖料利用以及青城大橋砂卵石料均作了研究，為大壩填筑料作了充分的技術(shù)準備。?

 

土石壩建設(shè)的發(fā)展離不開筑壩材料的研究與開發(fā)，而正確評價筑壩材料質(zhì)量是選擇工程建設(shè)安全、價格低廉的當?shù)夭牧�，進而作出優(yōu)秀設(shè)計的基本條件。我省通過近30年的工程實踐，深刻體會到原天然建材“78規(guī)范”已不適應(yīng)土石壩設(shè)計水平發(fā)展的需要，而2000年新版《天然建筑材料勘察規(guī)程》的天然建筑材料質(zhì)量技術(shù)要求仍滯后于當今土石壩設(shè)計與建設(shè)的發(fā)展。結(jié)合我省土石壩建設(shè)的實踐，論文“試論碾壓式土石壩筑壩材料勘察質(zhì)量評價”（《土石壩工程》2000年第2期）在這方面作了詳細的介紹，可供工程建設(shè)參考。?8結(jié)語

（1）實踐證明，四川省水利工程土石壩建設(shè)的發(fā)展，與筑壩材料的深入研究密不可分。在工程設(shè)計中作好筑壩材料的調(diào)查與試驗研究工作，是建設(shè)優(yōu)質(zhì)土石壩工程的重要條件；

（2）加強土石壩工程設(shè)計、地質(zhì)、試驗專業(yè)間的密切合作，共同研究壩料勘察選擇工作，是搞好土石壩工程建設(shè)的保證條件，必將提高土石壩設(shè)計、勘察及研究水平，推動土石壩工程建設(shè)的進一步發(fā)展。