薄壁取土器在新疆某水库除险加固工程地质勘察中的应用

杨 博，栾志刚

（1.石河子市吉泰岩土工程有限责任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司）

1 引言

本工程位于新疆玛纳斯河流域中下游，是一座引蓄注入式平原水库（大（2）型），水库大坝为碾压式均质土坝，坝高12 m，主坝段长2 000 m，年调节水量3.2亿～3.6亿m3，设计正常蓄水位海拔高程412.6 m，相应库容1.033亿m3。水库于1959年4月竣工投入运行，经过四、五十年的运行后，存在渗漏量较大、坝脚积水等问题。经鉴定，该水库被列为病险水库，必须进行水库除险加固处理。

该水库除险加固勘察中原状土取样是一个非常重要的环节，土样的质量好坏直接影响土工试验数据的可靠性。本次根据病险水库除险加固工程的要求，对工程地质勘察所使用的取土器型号、规格进行了比对和优选，根据岩土类别、状态和试验目的的不同，分别采用不同类型的取土器，配合一定的钻探工艺进行原状土取样，达到了预期的良好效果。

2 工程实例

2.1 坝体及坝基地层结构概况

水库坝体及坝基地层岩性大致分为3段：Ⅰ段（0+000～3+150坝段）：坝体土主要由低液限粘土组成，局部夹薄层粉土质砂和低液限粉土透镜体；浸润线以上低液限粘土层为坚硬-硬塑状态；浸润线以下至清基线以上低液限粘土层为可塑状态。Ⅱ段（3+150～6+800坝段）：坝体土主要由低液限粘土组成，局部夹薄层粉土质砂和低液限粉土透镜体；浸润线以上低液限粘土层为坚硬-硬塑状态；浸润线以下至清基线以上低液限粘土层为可塑状态。Ⅲ段（6+800～10+350坝段）：该段坝体土均由低液限粘土组成，浸润线以上低液限粘土为坚硬-硬塑状态；浸润线以下至清基线以上低液限粘土为可塑-流塑状态。

表1 取土器性能对照

2.2 薄壁取土器的取样目的

为了取得不同坝段不同状态下坝体土、坝基土的物理力学参数，满足坝体质量评价、坝体抗滑稳定计算和坝体土、坝基土渗透稳定计算要求，在钻孔内对坝体、坝基土进行原状土试样采取[1-3]。

根据取样目的，计划在坝体浸润线以上采取原状样12组/1层土，浸润线以下采取原状样24组/1层土（其中，粘性土按可塑、软塑或软塑、流塑分别取12组。若只有1种状态则改为采取原状样12组/1层土）。坝体下部和坝坡脚处的坝基土计划采取原状样12组/1层土（其中，粘性土按可塑、软塑或软塑、流塑分别取12组）。

原状土试验项目包括：颗粒分析、天然含水率、天然密度、颗粒比重、液限、塑限、剪切、渗透。其中，剪切试验要求必须同时做总应力法和有效应力法2种情况，即采用直剪仪做快剪和固结快剪、慢剪等方法，分别求出施工期（有效应力法和总应力法）、稳定渗流期和水库水位降落期（有效应力法)、水库水位降落期（总应力法）所要求的抗剪强度参数[4－5]。

根据试验要求，土类定名、含水率、密度、剪切和渗透试验土试样要求质量等级达到Ⅰ级；土类定名、含水率和密度试验土试样要求质量等级达到Ⅱ级。

2.3 薄壁取土器性能比较

本工程分别采用以下3种取土器采取原状土样：（1）固定活塞薄壁取土器；（2）双管单动薄壁取土器；（3）内环刀取砂器。根据3种取土器的规格、所适用岩土类别、岩土状态、优缺点等的不同对其进行综合比较（见表1）。

2.4 薄壁取土器工作效果

本次工作根据土的类别及状态分别采用相应的取土器进行原状土样采取，共采取原状土样152组，经筛选后送检试验室79组，送检的绝大多数土试样质量等级均可达到Ⅰ级。经过实地操作并分析比较，本工程所使用的固定活塞薄壁取土器适宜采取软塑、流塑状态的粘性土；本工程所使用的双管单动薄壁取土器适宜采取要求单层土多试样的硬塑及可塑状态的粘性土、粉土、粉砂和细砂；本工程所使用的内环刀取砂器适宜采取可塑状态的粘性土及所有类型的砂土。由此可见，有的放矢的选则取土器进行原状土采取效果明显，满足取样目的和试验要求，对本次工作的圆满完成具有极其重要的意义。

3 结束语

在工程地质勘察工作中，原状土样采取是一项非常重要的基础工作，根据本次工作中3种薄壁取土器的取样效果，对薄壁取土器取样等级和性状给出如下建议：（1）固定活塞薄壁取土器：可采取土试样质量等级为Ⅰ级的（可塑）、软塑、流塑状态的粘性土和（粉土）；土试样质量等级为Ⅱ级的可塑状态的粘性土和（粉土）。（2）双管单动薄壁取土器：可采取土试样质量等级为Ⅰ级并要求单层土多试样的 （坚硬）、硬塑、可塑、（软塑）状态的粘性土和粉土；土试样质量等级为Ⅱ级并要求单层土多试样的 （坚硬）、硬塑、可塑、（软塑）状态的粘性土和粉土。（3）内环刀取砂器：可采取土试样质量等级为Ⅰ级的（粉土）和砂土；土试样质量等级为Ⅱ级的软塑、流塑状态的粘性土、（粉土）以及砂土。

参考文献

[1]SL 55-2005.中小型水利水电工程地质勘察规范[S].

[2]GB 50487-2008.水利水电工程地质勘察规范[S].

[3]GB 50021-2001.岩土工程勘察规范[S].

[4]SL 291-2003.水利水电工程钻探规程[S].

[5]JGJ-T87-2012.建筑工程地质钻探技术标准[S].