小水井水库坝料设计

许建生

(凉山州水利水电勘测设计研究院,四川西昌,615000)

小水井水库是凉山州会理县的一项中型水库,总库容1690.1万m3,有效库容1438.1万m3,最大坝高42m,灌溉面积2480hm2,大坝坝型为钢筋混凝土面板砾质土坝。坝体填筑料所需砾质土产自下游乱脏岗,储量十分丰富,据地勘资料查明,储藏厚度20m～80m,考虑到方便运输,只需采用表层以下10m厚即有可采储量135.2万m3,适合机械化大强度开挖,而且基本上不含腐质土等杂质。水平沉积具有平面分选性,当立面方式开挖时,就会均匀拌合,克服了水平分选特征。如此良好的坝体材料是否可以用于上坝呢?为此我们做了认真细致的分析设计,现简述如下。

经土力学试验(试验附件略),确定乱脏岗土料为砾质壤土,其主要物理力学指标为:①最大干容量,试验最小值1.75g/cm3,最大值2.0g/cm3,试验室经加入含砾量校正后,建议最大干容量为1.89±0.02g/cm3,设计采用1.92g/cm3;②摩擦角。试验中8个土样最大摩擦角为35°,最小值为23.67°,平均值31.2°,设计值取31°;③粘结力。试验值5.4g/cm2,最小值2.7g/cm2,设计值1.5g/cm2;④渗透系数(2mm以下粒径)。最大值4×10-6cm/s,最小值7×10-7cm/s,平均值3.7×10-6cm/s。由于试验时剔除了2.0mm以上砾石颗粒,其值可以认为偏小,设计时采用增大两个数量级选用,设计值为4×10-6cm/s;⑤最优含水量。试验最大值为15.3%,最小值为12.0%,平均值为13.7%,设计值采用14%。

由于大坝较高(42m),工程又处在高震区,因此需要对大坝坝壳料进行地震时的液化判别,增加工程的安全性和可靠性。

初判①:规范确定土料粒径大于5mm的重量占总重的70%,不会被地震液化,上述坝壳料粒径大于5mm的仅占20%,因此地震时有被液化的可能性。

初判②:规范确定7度地震区粘粒含量应不小于16%,试验颗分资料中取用的各土样均小于16%,因此坝料在地震时也有被液化的可能性。

以上两个初判条件均不满足,进入复判。

复判①:规范规定少粘粒土当含水量ωu﹥0.9～1.0时,可能产生地震液化,否则不产生地震液化。

式中:ωs——少粘性土饱和含水量;

ωL——少粘性土液限含水量。

按照上列计算式,再根据试验提供的实测值进行不同的大样号列表计算(过程略),得出ωu﹤0.5﹤0.7,因此满足复判①,不产生地震液化。

复判②:土料塑性指标IL﹥0.75～1.0时,则要产生液化,否则不液化。

同样采用列表根据不同大样进行计算(过程略),得出IL=0.5﹤﹤0.75～1.0,因此,也能满足复判②不产生地震液化的条件。

复判③:当饱和粘性土(包括砂土和粒径大于2mm的砾质土)的相对密度在7度地震条件下大于70%时,不产生地震液化。

查土工试验成果知:ya=1.92g/cm3,yamax=2.0g/cm3,

yamin=1.75g/cm3,代入上式得Dr=0.71﹥0.7(不产生液化)。

因此,复判③当控制干容量大到1.92g/cm3时,就可以达到相对密度的要求(建议值为1.89±0.02g/cm3)。经研究后认为,该土料完全可以达到平均干容量1.92g/cm3的填筑密实度的。

经以上三条复判指标判断,小水井水库砾质壤土坝体,只要平均干容量在施工中能达到1.92g/cm3的密实度,就能满足不产生地震液化的条件,而这一点由专业队伍施工是有保证的,乱脏岗坝壳料是完全可以上坝的。

综上所述,笔者认为,设计坝料时,在初判条件不满足地震液化标准的情况下不要轻易放弃,应当认真进行试验分析,认真进行复判,为此可以节省工程费用,保证工程安全。