关刀桥水库风化泥岩心墙筑坝料防渗性能研究

郑小明，陈孝文

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

关刀桥水库风化泥岩心墙筑坝料防渗性能研究

郑小明，陈孝文

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

安岳关刀桥水库大坝防渗心墙料采用风化泥岩料，由于料场料源构成复杂，其物理性能差异大，如何控制和合理使用，使其满足防渗要求是设计关注的重点。研究结果表明，由于料源母岩以泥岩为主，在碾压和击实过程中，碾前细颗粒含量控制对碾后渗透系数的控制非常关键。

细粒含量 压实度 渗透系数 风化泥岩料 关刀桥水库

1 工程概况

关刀桥水库是四川省都江堰灌区毗河供水工程的一座以灌溉供水为主兼有囤蓄功能的中型水库，大坝为风化泥岩心墙石渣坝，最大坝高50.80m，心墙采用侏罗系上统遂宁组J3s(11)粉砂质泥岩作为大坝防渗料的料源，其设计干密度≥1.96g/cm3，渗透系数<1×10-5cm/s。心墙顶部水平宽度3.0m，上、下游坡度均为1∶0.3，墙底最大厚度28.08m，心墙上下游设置砂砾石反滤层。

2 风化泥岩心墙料试验指标

本工程通过风化泥岩心墙石碴坝和混凝土面板堆石坝两种坝型方案比较，两个坝型方案技术上均可行，经地质条件、天然建筑材料条件和工程布置、工程投资综合比较后，最终采用较优方案——风化泥岩心墙石碴坝坝型。

本坝防渗料选择料场中的侏罗系上统遂宁组J3s(11)的粉砂质泥岩。该料场粉砂质泥岩岩相变化大，岩层厚度变化较大，粉砂质泥岩层中都有厚度不等的粉砂岩或砂岩夹层。

对该粉砂质泥岩作为心墙防渗料进行了室内试验和现场碾压试验，以确定其防渗性能、力学参数及施工工艺。

2.1 室内试验成果

根据钻探统计成果，侏罗系上统遂宁组J3s(11)粉砂质泥岩和砂岩夹层比例为9∶1，因此试验中按此比例掺入砂岩，以模拟料场的真实情况。根据室内击实试验成果，拟定粉砂质泥岩防渗料的碾前级配最大粒径200mm～300mm，粒径<5mm含量40%～50%，粒径<0.075mm含量>15%，粒径<0.005mm含量>8%；>5mm部分按连续级配理论设计，<5mm部分由实际测定。室内击实试验坝料实测级配见表1。

表1 黄连坡风化泥岩心墙料室内试验实测坝料级配(击实前)

在击实状态下，粉砂质泥岩防渗料的最大干密度为1.96g/cm3～1.99g/cm3；最优含水率为10.8%～11.1%，因含粗颗粒，最优含水率小于塑限含水率。击实试验成果见表2。

在最大干密度和最优含水率控制条件下，粉砂质泥岩防渗料的渗透系数为7.6×10-6cm/s～4.8×10-6cm/s，具较高的抗渗坡降，满足《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001)4.1.5条(心墙防渗料渗透系数<1×10-5cm/s)的技术要求。

表2 黄连坡风化泥岩心墙料击实试验成果

根据室内试验成果及规范要求，提出了粉砂质泥岩心墙设计控制指标，碾压前控制最大粒径为300mm，粒径<5mm含量>40%；填筑干密度≥1.96g/cm3，压实度0.97，渗透系数<1×10-5cm/s；最优含水率9%～14%，宜控制在13%左右，分层碾压填筑厚30cm。

2.2 现场碾压试验成果

关刀桥水库工程对粉砂质泥岩心墙料先后进行了两次现场碾压试验，第一次试验时，碾压前心墙料粒径<5mm含量为24.9%，碾压后粒径<5mm含量为30%(详见表3)。由第一次碾压试验成果可知，在目前的含水率状态下以30cm铺填，碾压12遍(往返按2遍计，下同)，最大干密度均能达到设计≥1.96g/cm3要求，但渗透系数2.2×10-5cm/s均达不到设计要求(设计渗透系数≤1×10-5cm/s)(详见表4)。

表4 黄连坡风化泥岩心墙料第一次碾压试验结果

表3 黄连坡风化泥岩心墙料第一次碾前、碾后级配组成

将第一次试验成果与室内试验成果对比分析发现，本次现场试验碾前和碾后<5mm含量均小于室内试验(详见表1和表3)，分析认为，碾前细粒含量不足导致本次碾压后渗透系数偏大。

第二次试验中，增加了粉砂质泥岩心墙天然料的风化工艺，碾压前心墙料<5mm含量达到40.3%，碾压后<5mm含量为49.1%(详见表5)。由第二次碾压试验成果可知，在目前的含水率状态下以30cm铺填，碾压12遍，最大干密度均能达到设计≥1.96g/cm3要求，且渗透系数9.3×10-6cm/s达到设计要求(设计渗透系数<1×10-5cm/s)(详见表6)。

表5 黄连坡风化泥岩心墙料第二次碾前、碾后级配组成

表6 黄连坡风化泥岩心墙料第二次碾压试验结果

设计铺土厚度(cm)碾压12遍含水率(%)干密度g/cm3压实度(%)渗透系数(cm/s)30平均11.71.9897.510.91.9998.011.31.98597.89.3×10-6备注试验室测定最大干密度为2.03g/cm3,最优含水率9.2%

3 结语

关刀桥水库大坝防渗心墙料采用风化泥岩料，经过大量室内和现场试验得出以下结论：

(1)采用风化泥岩作为大坝防渗心墙，满足防渗要求的关键在于控制泥岩的风化程度，使碾前<5mm含量达到设计要求；

(2)在试验研究的基础上，采用风化砂泥岩石渣料作土石坝防渗料再次证明是成功的，取得了显著的经济效益及社会效益。

〔1〕陆恩施，高希章.四川省水利工程土石坝建设与筑坝材料研究综述.四川水力发电，2006，8.

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2095-1809(2016)01-0025-03

郑小明(1965-)，男，四川眉山人，副总工程师，从事水工设计和技术管理工作；

陈孝文(1980-)，男，四川德阳人，高级工程师，从事水工设计工作。