榆林市王圪堵水库筑坝土料配水技术的探讨

薛杰军　朱嘉伟　薛伟强

（陕西水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

榆林市王圪堵水库筑坝土料配水技术的探讨

薛杰军朱嘉伟薛伟强

（陕西水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

本文通过分析榆林市王圪堵水库筑坝土料配水试验的有关资料，对土料配水处理技术提出自己的一些认识，为类似工程土料配水方案选择提供一些经验。

王圪堵水库；土料配水试验；土料配水技术；分析

1　水库概况

王圪堵水库是无定河中游的一项大（2）型水沙控制工程，水库的建设任务是以供水、拦沙为主，兼顾灌溉等综合利用。水库总库容3.89亿m3，坝后电站装机3.75MW。水库就近向榆横煤化学工业区、鱼米绥盐化学工业区多年平均年供水总量1.544亿m3；向下游现有的14.6万亩灌区灌溉平均年补水总量0.444亿m3；60年运用期拦截泥沙1.91亿m3。水库大坝为均质土坝，土方填筑量463万m3；料场土料天然含水率ω=8.7%～10%，最优含水率ωop=13.2%～13.3%，筑坝施工时需加水提高含水率，可研审查要求进一步落实筑坝土料配水方案。因此陕西省水利水电勘测设计研究院地质勘察总队2006年4月1日至7月7日完成了筑坝土料配水试验报告。由于配水试验缺乏相应技术规程支持，如何确定注水量、下渗深度、待渗期天数、开采期天数尚在摸索研究阶段，因此对其研究意义重大。

2　研究现状

通过对以上问题进行了资料收集，总结如下：

咸阳亭口水库结合地形布置了4个试验坑，试验坑间距为15m，开口面积均采用5m× 5m。坑号分别为S1、S2、S3、S4，注水量分别为30m3、27m3、24m3、21m3，最终下渗深度分别为6.3m、4.9m、5.2m、4.3m，待渗期分别为45d、48d、47d、50d，可开采期分别为39d、38d、58d、49d。

延安南沟门水库结合地形布置了2个试验坑，S1坑开口面积采用3m×3m，深1 m，S2坑开口面积采用6m×6m，深1 m，注水量分别为9.9m3、36m3、最终下渗深度分别为4.2m、3.8m。待渗期26d，可开采期分别为30d。

榆林王圪堵水库地形布置了3个试验坑，开口面积均采用4m×4m，深0.5 m。坑号分别为S1、S2、S3。计划注水量分别为15m3、20m3、25m3。最终下渗深度分别为5.8m、4.8m、3.7m。待渗期分别为12d、11d、10d、可开采期分别为16d、15d、10d。

榆林王圪堵水库2010年3月动工，施工采用渗坑开口面积为40m×10m，深1.0m和50m×20m，深1.0m。注水量为保持坑内水深0.5m连续两周后停止加水，实测最大入渗深度4.8m～5.5m，水平方向影响半径为1m～1.5m。

3　榆林市王圪堵水库筑坝土料配水试验概述

2.1设备配备

为保证现场工作顺利进行，配备的试验仪器、设备如表1。

2.2试坑布置

试验在1—（3）号土料场选取有代表性的试坑位置3处（如图1所示）用于配水，分别为试坑1、试坑2、试坑3。试坑长、宽各4m，深0.5m，容积8m3。并在坑壁铺设塑料膜以减少侧向渗流。

2.3试坑起始含水量测定

图1　试坑位置示意图

表1　试验仪器、设备表

表2　试坑内起始含水量测定表

在配水前先在各试坑外侧打洛阳铲钻孔一个，每孔深度7.5m（见表2），测得当时的各孔内土层天然含水量平均值约为6%。

可研阶段提供的料场土料天然含水率ω=8.7～10%。

2.4试坑配水

2006年4月22日开始陆续为试坑1、2注水，在保持坑内水头为0.5m的条件下，注水延续时间分别约为40小时和35小时。4月23日开始为试坑3注水，在保持水头为0.5m的条件下，注水延续时间约30小时。待渗期定为3天。由于黄土层土质较密，客观上也延长了注水时间。为了尽量减少不利的损耗，在坑顶搭设了防晒网以减少蒸发。

2.5现场试验

待渗3天后，第4天开始造孔取扰动样进行含水量测试，造孔采用洛阳铲成孔，孔径为10cm。每试坑每天布置钻孔3个，孔位由试坑中心向边缘辐射状排列，0m、1m、2m各1孔，每孔每米取扰动样一组，取样过程中样品应尽量减少在空气中的暴露时间，装入皿盒后，在现场用精度0.01g的电子天平称量，并详细认真填写野外记录表。按计划每天取样工作完成后即进入烘干阶段，将试样放入恒温干燥箱在105°的恒温状态下，经过8小时的不间断烘干，然后用电子天平称其干燥后的总质量，同时填写记录表，经核对无误后将试验数据输入计算机程序中，经计算可得到单坑配水后某一天各孔的试验成果表。

试坑1配水后含水量变化统计表见表3。由表中可以看出第4天试坑0.5m～4m深度的土体含水量已由6%变为19.32%～18.11%，第12天试坑0.5m～5m深度的土体含水量已变为16.68%～15.28%，接近最优含水量或塑限含水量，进入可开采期，第23～27天试坑0.5m～6m深度的土体含水量有些已小于最优含水量或塑限含水量，已不可开采。

试坑2配水后含水量变化统计表见表4。情况与试坑1基本相同。

4　水库筑坝土料配水试验分析

3.1试坑大小与个数

大型挖掘设备的立面开挖高度一般为4m，因此入渗深度可按4m～5m设计。水平方向渗透影响半径为根据经验可按1m～1.5m设计。试坑平面尺寸根据经验可按正方形或圆形进行布置，边长或直径可采用3m～5m，深度可采用0.5m～1.0m设计。试坑个数建议依据料场起始含水量=↑↓、垂直渗透系数、土层厚度的不同点来选择具有代表性试坑个数，条件基本相同时不应进行对比试验。

3.2试坑注水量

试坑注水量目前大家基本按每平米1m3进行计算，应根据料场试坑预计入渗范围的土体天然含水量平均值ω1，最优含水量ω2及塑限含水量ω3，开挖运输过程的含水量减小值ω4（可取2%～3%），开采上线含水量ω5，开采下线含水量ω6，料场试坑预计入渗范围的土体天然密度ρ，料场试坑预计入渗范围土体的体积V，并考虑一定的水量侧渗损失K计算，根据《土力学》中土的三相理论进行推导得：

表3　试坑1配水后含水量变化统计表

表4　试坑2配水后含水量变化统计表

试坑注水量=K（ω5-ω1）ρV/（1+ω1）

例如：K=1.1，ω5=20%，ω1=10%，ρ=1.66g/cm3，试坑边长=4m，预计入渗深度4.5m，水平方向渗透影响半径取0.5m，则V=（4+2×0.5）×（4+2×0.5）×4.5=112.5 m3。

试坑注水量=1.1×（0.2-0.1）×1.66× 112.5/（1+0.1）=18.68m3。计算试坑每平米注水量为18.68/42=1.2m3。

3.3下渗深度

根据大量试验数据证明，下渗深度与试坑注水量、土层垂直渗透系数、配水试验方法等相关。由于目前入渗深度按4m～5m设计，试坑注水量约每平米1m3左右，配水试验方法采用筑筑畦灌水法，因此最终下渗深度约为4m～6m。

3.4待渗期天数

待渗期天数主要受土层天然垂直渗透系数、天然含水量影响，渗透系数越小待渗期天数越长，含水量越大待渗期天数越长。亭口水库砂粒含量1.6%，粉粒含量73.8%，粘粒含量24.1%，天然含水量ω1=13.3%。南沟门水库砂粒含量9.7%，粉粒含量79.9%，粘粒含量10.4%，天然含水量ω1=10.9%。王圪堵水库砂粒含量10.3%，粉粒含量73.6%，粘粒含量16.1%，天然含水量ω1=6%。砂粒、粉粒含量多，渗透性就强。因此亭口水库待渗期天数为45d～50d，南沟门水库待渗期天数为26d，王圪堵待渗期天数为10d～12d。

3.5可开采期天数

可开采期天数也直接受土层垂直渗透系数、天然含水量影响，渗透系数越小可开采期天数越长，含水量越大可开采期天数越长。亭口、南沟门水库土料压实后垂直渗透系数5.89～5.46× 10-6cm/s，王圪堵水库土料压实后垂直渗透系数1.41×10-5cm/s。由于料场砂粒、粉粒、粘粒含量不同，天然含水量不同，因此亭口水库可开采期为38d～49d，南沟门水库可开采期为30d，王圪堵水库可开采期为10d～16d。

5　结语

本文主要以王圪堵水库土料施工配水成果为例，并同时分析印证亭口、南沟门水库土料配水试验有关成果，运用土力学有关理论，总结提出了土料配水试验中试坑大小与个数、试坑注水量、下渗深度、待渗期天数、可开采期天数的确定方法，对类似工程土料配水具有参考价值。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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