筑坝土料勘察工作问题探讨

陈金辉

筑坝土料勘察工作问题探讨

陈金辉

（红河州水利水电工程建设质量与安全监督站，云南 蒙自 661100）

土石坝在水利工程中应用较多，筑坝土料往往是决定土石坝设计的主要因素，通过对红河州土石坝工程筑坝土料勘察工作的分析，结合部分工程实施情况，提出了容易出现的问题及相应解决办法，希望能对今后的工作有所帮助。

天然建筑材料；勘察；问题；探讨

天然建筑材料是土石坝坝型选择、体形设计、投资控制及工程立项的重要决定因素，对天然建筑材料进行准确、客观的评价，往往是土石坝设计、实施成败的关键。天然建筑材料勘察、试验工作具有投入大、工期长、抽样难、试验多、参数杂等特点，加之现在水利工程建设缺乏合理的设计工期、前期工作经费缺乏等因素的影响，天然建筑材料勘察往往很难严格按相关规范进行实施，造成设计指标、开采条件、储量及质量等与实际情况严重偏离，从而导致工程出现严重的设计变更、超概、超工期现象，更甚者，直接导致工程质量不合格，影响工程安全。

红河州位于云南省西南部，州内地质构造较发育，岩体多破碎、风化，岩性以碳酸盐岩、碎屑岩、花岗岩、玄武岩类及变质的板岩、片麻岩、大理岩等为主，多有第四系地层覆盖，山坡一般较陡，植被覆盖较好。总体存在勘察难度大、料场均匀性差、剥采比大、开采条件差等特点。近年来，红河州水利项目日益增多，总结各项目天然建筑材料的勘察、设计、实施过程，存在以下几方面的问题。

1 勘察工作投入不足

勘察工作投入不足是影响天然建材勘察质量的主要原因，由此，常造成料场的变更，直接影响投资及工期控制目标。如某工程砌石料场，由于表层质量较好，勘察时未布置钻孔，在开采时发现深部夹较厚泥层，最后不得不变更料场，造成了极大的经济损失。

常见的导致勘察工作量投入不足的原因主要如下。

（1）工程蜂拥，料场勘察缺乏必要的工期。自国家加强水利基础设施建设以来，水利工程的投入成倍增长，工程项目蜂拥。从上到下，似乎形成了一个共识，只要能推动项目启动，项目勘察或设计上略有不足的地方可以在实施阶段进行调整，各级政府都想借水利建设的“东风”，多建工程，从而忽略或简化了勘察设计中耗时较长的料场勘察问题。

（2）项目前期勘察经费不足。由于工程大量组织实施，地方政府经费有限，对单个项目的前期投入急剧减少，这也是造成勘察过程中料场的钻探、检测等工作被“简化”的主要原因之一。

（3）勘察、试验工作饱和。由于项目多，设计单位、勘察单位、试验单位的工作出现饱和状态，以风化料的大样试验为例，从勘察平硐中取完样开始，常常需要在试验单位排队等待数月，才可拿到检测成果。在急于上项目的大背景下，这无疑促使更多的项目放弃了更真实可靠的大样试验，转而采用代表性较差但相对简单、快捷的击实试验成果。这在一定程度上降低了勘察的质量，易造成后期的较大调整。

2 试验方法选用不当,导致指标偏离

对筑坝土料进行试验是一项非常复杂的工作，因为我们不仅需要取得土料在天然状态、松散状态、压密状态的物性、力性指标，还要分析各项指标与压密状态的相互关系，以指导设计或施工。如土料含水率与干密度的关系、压实度与渗透性指标的关系、含水量与渗透系数的关系等。

在试验过程中，不同的土料有不同的试验要求，同一指标也可能有多种试验方法，只有正确选择试验方法，才能保证试验指标的准确性。主要集中于压实性指标及渗透性指标的试验，分别讨论如下。

2.1 压实性指标

压实性指标是筑坝材料最为关键的指标之一，土石料的压实性可用压实度、相对密度、孔隙率等来进行控制，也有部分工程直接采用干密度进行控制。采用压实度及相对密度控制时，对测定土料最大干密度的试验方法常出现使用错误，如表1所示。

表1 水利规范中土料最大干密度检测方法的适用范围

中小型工程在勘察阶段一般对防渗土料采用轻型击实指标，坝壳料采用重型击实或相对密度试验指标，重型击实的粒径适用范围为dmax＜20mm。对多数风化料而言，超径颗粒含量很多，检测方法的适用性就不如大型击实试验，但由于重型击实较易操作，所以多数工程仍采用重型击实成果。

对各种检测方法中超过粒径要求的部分称为“超径”颗粒，水利规范中提供的超径处理方法共有4种，即剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法。大体思路都是用土样中满足仪器要求的粒组代替超径粒组后进行检测。这必将使测得的最大干密度偏小，虽在勘察设计阶段这样的成果偏于安全，但若用设计的最大干密度在施工时进行控制，则易造成土料“过压”现象，出现不合理数据，这也给施工单位偷工减料提供了可乘之机，而实际压实度往往达不到预期要求。

换言之，工程实施过程中的“过压”现象，缘于最大干密度的确定不合理，而这样的现象在已实施的项目中实属多见。如龙母沟水库粘土心墙填筑设计要求干密度为不小于1.3g/cm3，压实度不小于97%，实际检测969组，干密度最大达1.47g/cm3，最小1.30 g/cm3，平均1.35g/cm3，压实度大于100%的就达388组，占总检测数的40.0%。

2.2 渗透性指标

在勘察设计阶段，对于粘性土（防渗土料），我们常采用击实后土样室内变水头渗透试验成果为设计值，对于无粘性土（坝壳料），常采用最大干密度状态下的常水头渗透试验值或经验值，施工时的检测则多采用试坑注水法，各种检测方法的适用性如下表2所示。

表2 渗透性指标检测方法

在勘察阶段常采用室内试验成果，而实施阶段则多采用现场试验成果。根据以往工程经验及不完全统计，现场试验得出的渗透系数一般较室内试验的大，对于粘性土相差可达一至两个量级。但从试验方法可知，室内试验的变水头法及现场的单环法实施较为简便，故常被采用。即粘性土采用室内试验指标，粗粒土采用现场注水指标，这样造成检测口径的不统一，给验收评定带来不便。但若心墙料采用双环法注水，其检测耗时较长，势必影响工程进度。具体采用何种方法，要根据工程实际要求，由参建各方共同商议确定。

有部分工程为了检测方便及加快施工进度，对粘土心墙的检测也采用单环注水法，虽然粘性土单环注水检测结果一般偏大，但从规范管理角度来讲，这种试验方法不适用于粘性土，其结果与室内检测结果及双环注水法检测结果的关系尚无定论，所以是不符合规范的做法。有的工程虽采用双环法注水，但未同时测定入渗深度及毛细上升高度，在计算时缺乏必要依据，成果具有一定的人为因素。

3 对开采条件调查不重视

料场的开采条件涉及自然条件、交通条件、用地规划及当地民风民俗等诸多方面。料场勘察时对自然条件、交通条件等均会进行比较认真的勘察，但极易忽略料场的用地规划、地类、当地风俗等因素。此类料场仅根据感性认识或当地村民介绍，没有到国土部们进行落实，地类往往判别错误，在勘察工作完成后才发现该地属基本农田或处于自然保护区内，无法进行征地及开采工作，造成审批困难。部份料场则是位于当地民族的“龙山”、“风水山”，也造成料场开采工作无法进行。更有的工程项目已经批准，后由于料场位于当地较肥沃的耕地区，加之征地面积大，还有可用厚度薄、开采较困难等问题，不得不变更料场，导致投资突破限额，面临重新审批的困境。

4 取样代表性差

样品的代表性是测出反应料场真实情况数据的前提，如果取的样品代表性差，那么不论做多么准确的数据都不能反应料场实际情况。影响样品代表性的因素主要有以下几个方面。

（1）岩性复杂。料场常常不是一种均匀的岩性，如常见的砂岩夹泥岩的情况，泥岩夹层（或互层）对料场的整体指标有较大影响。此时应根据不同的含量采取不同的处理方法。若泥岩含量较大且层厚稳定，应分岩性进行取样检测，并根据含量进行加权平均后提出料场指标。若含量较少时，应选取代表性断面采取混合样品，测定综合指标。

（2）风化程度不同。风化程度对料场指标也有较大影响，在取样时也应给予足够重视。很多岩石不同风化程度其物理力学指标可以相差很大，如弱风化的花岗岩与强风化的花岗岩无论容重、强度、软化系数均相差很大。没有任何一个料场是单一风化程度的，此时，应对所需采用风化层进行重点取样，如果兼用，就应该分别取样，分别提出物理力学指标。

总之，如果取不到代表性强的样品，那么所有的勘察工作都是白费，所以在取样时应有综合考虑，千万不能草草了事，更不能随意而为之。

5 缺乏综合利用计划

每一个料场都是不均匀的，对于指标极差的部分或无利用价值的部分应该剥离抛弃，而对质量相对较差，可以分区使用的部分则应尽量加以利用，这是料场勘察设计的大趋势。

红河州已建工程中，对料场进行综合利用以减少征地、减少弃料的工程已有实例。开远市大庄水库坝壳料，料场表层容重及渗透系数偏小，但其方量极大，不易完全剥离抛弃。经设计复核并报批后，将这部分土料进行利用，填筑于上游死水位之下，这样即节约了投资，又节省了工期，可谓有百利而无一害，当然这必须建立在充分论证的基础之上。

但多数工程勘察中，未充分考虑料场的分区利用问题，而只是一味的追求高质量土料，对剥离量、剥采比及土石方平衡重视不够，造成资源的极大浪费，同时也增加了环境压力，拖延了工期。

6 结 语

料场勘察并不仅仅是为了取得设计指标，而要兼顾指标的准确性、合理性，以及以后施工实施控制的相互衔接，直接影响到整个工程项目的设计及施工，是非常关键的。但料场的勘察前期投入大，耗时长，加上其他一些人为因素，料场勘察往往不易严格按规范执行，导致料场变更，造成相当大的经济损失，更甚者，可影响整个工程的质量。

要提高料场勘察的质量就必须保证足够的人力物力投入，勘察时有要详细而贴合实际的计划，对料场利用尽量做到就近使用及物尽其用，取样检测应满足规范要求，并应保证样品的代表性。

只有通过不断的探索及改进，才能对土石坝料场的勘察、设计、施工各个环节进行更好的控制，从而提高勘察及设计水平。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.029

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1008-1305（2014）03-0080-03

陈金辉(1977年-)，男，工程师。