洋河水库土石坝填筑料压实技术指标的确定

郭印亮

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

洋河水库位于河北省秦皇岛市抚宁县北10km，是一座大（Ⅱ）型水库，总库容3.586亿m3。1976年唐山地震后，洋河水库大坝受到严重损坏，大坝坝顶出现裂缝，防浪墙倒塌，经过修复后形成不稳定的戴帽加高直墙段，一直处于带病运行之中。1999年采用了贴坡填筑方案对大坝进行了加固，坝体增高50cm，增设混凝土防浪墙、坝脚排水棱体及排水沟、防汛路、自动测报系统，改进大坝观测系统。土石坝填筑料为大坝下游田各庄砂砾料场的砂砾料及非常溢洪道开挖的全风化花岗岩弃渣。

2 砂砾料的特性及压实技术指标的确定

2.1 砂砾料的特性

砂砾料是洋河水库土石坝填筑用料之一，取自大坝下游的田各庄砂砾料场及大湾子砂砾料场，距大坝2.0km。砂砾料的级配不连续性和分布离散性是它的两大特点。

无粘性土的颗粒组成是反映其基本特性的主要依据，如压实和渗流特性等。依据各粒径组的含量绘制的分布曲线图可辨别其均匀性。该料场的砂砾料属于级配不良的砂砾料，其缺乏中间粒径，2.0～20mm粒径之间的颗粒含量只占全重的10%，在颗粒大小分配曲线上呈典型的“椅子”形状。这种不连续级配的砂砾料是经过多次冲（洪）积而形成的粗细两种料的混合体。砂砾料的离散性主要表现在料场的垂直方向和水平方向上都有很大的变化，任何两处级配曲线截然不同，因此各处砂砾料的压实特性也不尽相同。

一般认为有效粒径d10＜0.1mm，不均匀系数Cu＜5的砂类土属于压密性差、孔隙率大、稳定性不好、易产生渗流破坏的土类。而田各庄砂砾料场中的砂砾料虽属不连续性土，且离散性大，但其不均匀系数多在15～30以上，d10＞0.1mm，因此上述料场中的砂砾料均归属于易压实且较为稳定的砂砾料，可以将其用作填筑用料。

2.2 砂砾料填筑干密度的确定

根据设计要求，砂砾料填筑的压实标准以相对密度Dr作为控制指标。最大干密度ρdmax采用振动台进行振动压密求得，最小干密度ρdmin采用试样桶缓慢放入土样求得，对于给定的相对密度，相应的填筑干密度ρd可按下式求得。

由于砂砾料分布离散性很大，各勘探点的最大干密度试验结果也相差很大。田各庄砂砾料场5个试样的相对密度试验成果如下。 最大干密度分别为1.81，1.87，1.94，1.97，2.13g/cm3；最小干密度分别为1.53，1.60，1.71，1.74，1.83g/cm3。 最大干密度与最小干密度的极差分别达到0.32g/cm3和0.30g/cm3，采用最大干密度及最小干密度的平均值计算Dr＝0.7时的填筑干密度ρ′d作为控制指标。将会出现下列情况：①对于级配较差的砂砾料，其ρdmax和ρdmin比较小，按ρ′d作为控制指标进行压实，将增大碾压时的难度，且有可能达不到设计要求，此时砂砾料的实际相对密度大于相对密度的计算值；②对于级配较好的砂砾料，其本身的ρdmax和ρdmin比较大，按ρ′d作为控制指标进行压实，将使砂砾料的压实特性得不到充分发挥，此时砂砾料的实际相对密度小于相对密度的计算值。为了使砂砾料的压实特性得到充分发挥，保证砂砾料的压实效果，可根据试验成果的不同，划分多个区域，在相对密度为0.7的条件下，每个区域采用不同的控制干密度，这样来控制填筑料的压实效果比较合理。

根据现场施工的设备情况，进行了砂砾料的碾压试验。确定采用YZ14B型14t震动压路机，铺料厚度为50cm，碾压6～8遍，可以达到设计要求（Dr≥0.7）。加水量为所碾压砂砾料体积的20%～35%比较合适，含水量控制在8%上下，碾压效果较好。

3 全风化花岗岩的基本特性和压实指标的确定

3.1 全风化花岗岩的基本特性

非常溢洪道开挖的全风化花岗岩弃渣，为黄～黄褐色，块状构造，矿物成分以石英、长石为主，含少量云母。岩石可用翻铲挖掘，部分岩块可用手掰碎。岩块经木棒碾碎后，多为砾砂或粗砂，少量为砾石，随着碾压时间的延长，颗粒粒径会逐渐变小，因此级配不稳定。

3.2 全风化花岗岩填筑料压实指标的确定

由于全风化花岗岩填筑料级配不稳定，在碾压过程中会使岩块逐渐破碎，细颗粒的含量逐渐增高。根据有关资料，细粒土<0.075mm的含量不超过12%，且能自由排水的试样，宜用相对密度指标控制压实效果。考虑到全风化花岗岩碾压时易于破碎，细颗粒含量较高，级配不稳定等特性，该工程采用了压实度指标控制压实效果，室内进行了击实试验，确定了全风化花岗岩的最优含水率和最大干密度。

室内击实试验共做了19组（小于5mm试样），最大干密度平均值为1.89g/cm3，最优含水量平均值为10.6%，大于5mm的试样含量平均值为25%，校正后的最大干密度为2.04g/cm3。

3.3 实际压实效果

采用14～16t震动碾，经过2遍平碾静压及4遍震动碾压，铺料厚度控制在50cm时，其干密度可达1.95～1.96g/cm3，而大于5mm的颗粒含量降为19.8%，换算为粒径小于5mm试样时的干密度ρd实际为1.84g/cm3，而室内击实达到的小于5mm试样的最大干密度1.89g/cm3，压实度0.96，设计干密度ρd设计为1.81g/cm3。ρd实际（1.84）＞ρd设计（1.81），震动碾的碾压效果较好。

4 结语

（1）土石坝填筑料压实控制指标的选取要具体情况具体分析，不同的填筑料有其不同的特性，应根据其特性确定其压实控制指标。

（2）砂砾料的细粒（粒径＜0.075mm）含量较少，且排水通畅，宜用相对密度来控制其压实程度。为使砂砾料达到最佳的压实效果，根据相对密度试验结果的不同，可将料场划分多个区域，每个区域采用不同的控制干密度，这样来控制填筑料的压实效果比较合理。

（3）全风化花岗岩等颗粒易于破碎的土料，因其级配不稳定，细粒含量较高，且排水条件较差，用击实试验的方法求得最大干密度，采用压实度作为施工的控制指标较为合理。

（4）在修建堤、坝等工程项目上，应积极利用开挖弃料，这样可以节约大量工程经费，并根据其特性，采用适当的办法来控制工程质量。

［1］常士镖，张苏民.工程地质手册［K］.北京：中国建筑工业出版社.2007.

［2］顾晓鲁，钱鸿缙.地基与基础［M］.北京：中国建筑工业出版社.2003.

［3］GB50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

［4］林在贯，高大钊.岩土工程手册［K］.北京：中国建筑工业出版社.1994.

［5］SL237—1999，土工试验规程［S］.