摘要：土石壩工程的建設(shè)發(fā)展與筑壩材料的深入研究密切相關(guān)。簡(jiǎn)要介紹了諸工程在防滲土料、反濾過渡料、壩殼用料等諸方面的研究成果，不失為推動(dòng)四川省水利工程土石壩建設(shè)的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：水利工程 土石壩 筑壩材料 研究

 

20世紀(jì)70年代，四川省三岔水庫(kù)粘土斜墻石渣壩及南部升鐘水庫(kù)壩高70 m粘土心墻石渣壩的建設(shè)，標(biāo)志著四川省土石壩建設(shè)擺脫了早期建設(shè)單一均質(zhì)土壩的傳統(tǒng)模式。冕寧大橋水庫(kù)壩高93 m的混凝土面板堆石壩的建成，是四川省水利建設(shè)史上的新發(fā)展。這些大型水利工程大壩的成功建設(shè)，都顯示了筑壩材料研究的發(fā)展和對(duì)大壩建設(shè)的強(qiáng)有力支持。隨著對(duì)當(dāng)?shù)刂尾牧系纳钊胙芯亢烷_發(fā)，促進(jìn)了我省一大批各具特色的土石壩工程的建設(shè)。20多年的工程實(shí)踐，已在防滲料、反濾過渡料、壩殼料諸方面得到了深入的研究和發(fā)展，取得了可喜的成果。21世紀(jì)初，岷江紫坪鋪水利樞紐壩高156 m面板堆石壩的興建，必將開創(chuàng)四川省水利史上土石壩建設(shè)的新篇章。?

2.1膨脹土的研究，70年代中后期，針對(duì)四川盆地9個(gè)水庫(kù)大壩土料400余組試驗(yàn)成果，分析研究了本地區(qū)膨脹的主要判別指標(biāo)，同時(shí)研究了大壩防滲體應(yīng)用膨脹土的方法，并在升鐘水庫(kù)大壩心墻中成功運(yùn)用，論文“筑壩工程利用膨脹土的研究”在第四屆全國(guó)土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)上進(jìn)行了交流，為我省土石壩工程建設(shè)中對(duì)膨脹土判別及應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)。

2.2泥巖石渣作防滲料，80年代后期，隨著大、中型水利工程建設(shè)的需要，大量開采土料已對(duì)耕地造成威脅。針對(duì)四川中部“紅色地層”廣布風(fēng)化砂和泥巖料的特點(diǎn)，開展了研究其替代粘土作防滲料并在工程實(shí)踐中取得實(shí)效。論文“風(fēng)化砂、泥巖石渣作防滲料的研究”總結(jié)了我省雙河口及雙溪水庫(kù)大壩建設(shè)中的研究應(yīng)用成果，該論文在第三十屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)上發(fā)表，這個(gè)階段強(qiáng)調(diào)的是風(fēng)化泥巖石渣的使用。90年代中后期，在應(yīng)用風(fēng)化泥巖作防滲料的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步地研究了弱風(fēng)化或新鮮泥巖石渣作防滲料。在研究方法及施工開采上有了新的突破，并在沉抗水庫(kù)中得以實(shí)施應(yīng)用，論文“沉抗水庫(kù)大壩泥巖心墻防滲料的研究”在《土石壩工程》上進(jìn)行了交流。目前，在建的大洋溝水庫(kù)、關(guān)門石水庫(kù)、牛角坑水庫(kù)大壩都采用了泥巖石渣做防滲料。在我省的土石壩建設(shè)中，采用“紅層”泥巖石渣料作防滲料取得了顯著的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。?

2.3礫質(zhì)紅粘土研究，紅土在我國(guó)南方諸省用作筑壩材料早已是不爭(zhēng)的事實(shí)。但在80年代，四川省特別是在大型水利工程對(duì)其的使用則存在著相當(dāng)大的疑慮，如在大橋水庫(kù)勘測(cè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行主壩壩型比較中，對(duì)這種天然密度低、含水量高、天然孔隙比在0.95~1.13的礫質(zhì)紅粘土作為防滲料存在著極大的爭(zhēng)議。為此，對(duì)級(jí)配連續(xù)之寬級(jí)配礫質(zhì)紅粘土（因其礫石為棱角狀，在大橋工程中通稱碎石土）進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要包括礫質(zhì)紅粘土礦物成分、天然含水量、級(jí)配及相應(yīng)的力學(xué)特性研究。對(duì)礫質(zhì)紅粘土不同季節(jié)含水量的變化、含水量與細(xì)粒含量、碎石風(fēng)化程度、天然含水量與擊實(shí)最優(yōu)含水量的關(guān)系等作了專門性研究，并獲得科學(xué)結(jié)論，證明礫質(zhì)紅粘土符合防滲材料質(zhì)量的技術(shù)要求，是較好的筑壩材料，因而支持了在大橋水庫(kù)副壩溝昔格達(dá)地層上修建壩高29.5 m的礫質(zhì)紅粘土心墻堆石壩的方案，從而免去了在中酸性混染巖地層上修建壩高60 m面板堆石壩的方案，節(jié)約了大量資金，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨后，其在瓦都水庫(kù)、晃橋水庫(kù)都得以應(yīng)用，并取得顯著的工程效益。?

 

四川西部地區(qū)屬高烈度地震區(qū)。在西部地區(qū)進(jìn)行水利水電工程建設(shè)，土石壩有著更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和前景。為保證工程安全，降低工程造價(jià)，對(duì)該地區(qū)廣泛分布的洪積堆積物的研究和利用具有重要意義。大橋水庫(kù)利用洪積扇碎石土作為主壩面板堆石壩墊層料成為工程建設(shè)之首例；瓦都水庫(kù)利用洪積扇碎石土作為大壩下游壩殼填料，為開發(fā)利用天然資源，降低工程造價(jià)作出了貢獻(xiàn)。論文“筑壩工程利用洪積扇碎石土的研究”及“大橋水庫(kù)混凝土面板堆石壩墊層的設(shè)計(jì)與研究”分別發(fā)表在《’99中西部巖土力學(xué)與工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集》及《土石壩工程》2000年第1期，對(duì)洪積扇碎石土特性研究及應(yīng)用作了介紹。4反濾過渡料的研究

（1）傳統(tǒng)的反濾層和過渡層是分層設(shè)計(jì)的，我們把既對(duì)防滲體起反濾保護(hù)，又對(duì)壩殼料起過渡的雙重作用稱為反濾過渡層。采用這種連續(xù)級(jí)配料可以得到降低工程造價(jià)和簡(jiǎn)化施工的效果；

（2）反濾過渡料設(shè)計(jì)選擇的方法：①級(jí)配連續(xù)。無論是人工破碎或天然砂卵石反濾過渡料都遵循連續(xù)級(jí)配的原則，保證充填關(guān)系；②運(yùn)用中國(guó)水科院劉杰的研究成果（國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目），針對(duì)防滲體的不同性質(zhì)，控制并選擇與反濾過渡料相適應(yīng)的D20料徑；③反濾過渡料最大粒徑的控制一般多為80 mm，如雙溪水庫(kù)人工破碎反濾過渡料、瓦都水庫(kù)天然砂卵石反濾過渡料控制最大粒徑為80~60 mm；大橋水庫(kù)副壩碎石土心墻堆石壩因其心墻的礫質(zhì)紅粘土特性，天然砂卵石反濾過渡料最大粒徑選為200 mm，基本為全級(jí)配砂卵石，從而大大降低了造價(jià)；④試驗(yàn)論證。通過反濾試驗(yàn)，檢驗(yàn)反濾過渡料反濾保護(hù)及排水效果，控制其滲透系數(shù)在A×10-3 cm/s～A×10-4cm/s量級(jí)范圍；

（3）利用破碎帶石渣作反濾過渡料?；螛蛩畮?kù)堆石料場(chǎng)中有寬約45 m的擠壓破碎帶，通過對(duì)破碎帶的全面研究，得出破碎帶石渣符合用作反濾過渡料質(zhì)量的技術(shù)要求，從而確定取代原設(shè)計(jì)采用之人工破碎反濾過渡料。破碎帶石渣單價(jià)約為人工破碎料的1／4，因此而節(jié)省了資金。論文“利用擠壓破碎帶石渣作反濾過渡料的研究”在《土石壩工程》2000年第2期中對(duì)研究成果作了詳細(xì)介紹。?

 

5.1壩殼用料

70年代中后期，我省土石壩壩殼用料范圍已有較大發(fā)展，巖性已涉及到砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r、白云巖、中酸性混染巖（花崗巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖混染）、玄武巖、石英正長(zhǎng)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、砂卵石等諸多品種，巖石強(qiáng)度涉及軟巖?硬巖不同等級(jí)，研究范圍廣泛并在相應(yīng)工程中應(yīng)用，使土石壩建設(shè)獲得成功。?

5.2壩殼料最大干密度

壩殼料填筑干密度是土石壩設(shè)計(jì)和施工控制中最重要的指標(biāo)之一，而研究無粘聚性壩殼料最大干密度的方法，求得科學(xué)合理的指標(biāo)則成為關(guān)鍵。自1990年起，對(duì)紫坪鋪、大橋等大型工程堆石料即開始進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)法及表面振動(dòng)器法堆石最大干密度的比較研究。隨著各工程筑壩材料巖石及強(qiáng)度的不同，已形成了一套較完整的表面振動(dòng)器法求堆石料最大干密度方法，論文“無粘聚性粗粒料最大干密度試驗(yàn)方法探討”已在《土石壩工程》中作了全面介紹。大量的工程實(shí)踐已經(jīng)證明，采用該方法求得的最大干密度更接近實(shí)際，以此最大干密度值確定的設(shè)計(jì)干密度，完全能達(dá)到指導(dǎo)施工和控制施工質(zhì)量的目的。?

 

自1990年起，開始了紫坪鋪大壩筑壩料的試驗(yàn)研究，各設(shè)計(jì)階段經(jīng)歷了對(duì)尖尖山灰?guī)r、水西關(guān)砂巖及青城橋砂卵石料的研究。在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段，則進(jìn)一步對(duì)尖尖山料場(chǎng)作擴(kuò)大調(diào)查及復(fù)查，對(duì)灰?guī)r堆石、墊層及過渡料做了大量的試驗(yàn)，確定了相應(yīng)的級(jí)配、控制干密度及其力學(xué)特性指標(biāo)。由于尖尖山系飛來峰，歷經(jīng)地質(zhì)構(gòu)造作用，巖體裂隙發(fā)育，因而對(duì)該料是否可獲得堆石所需塊度存在疑慮。2000年，經(jīng)四川大學(xué)、水電五局及我院共同努力，通過爆破試驗(yàn)，已成功地取得爆破開采堆石料（最大粒徑800 mm）、過渡料（最大粒徑400 mm）成果，爆破級(jí)配達(dá)到堆石、過渡料設(shè)計(jì)控制級(jí)配范圍。此外，本階段還對(duì)壩址覆蓋層砂卵石及基巖開挖料利用以及青城大橋砂卵石料均作了研究，為大壩填筑料作了充分的技術(shù)準(zhǔn)備。?

 

土石壩建設(shè)的發(fā)展離不開筑壩材料的研究與開發(fā)，而正確評(píng)價(jià)筑壩材料質(zhì)量是選擇工程建設(shè)安全、價(jià)格低廉的當(dāng)?shù)夭牧?，進(jìn)而作出優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本條件。我省通過近30年的工程實(shí)踐，深刻體會(huì)到原天然建材“78規(guī)范”已不適應(yīng)土石壩設(shè)計(jì)水平發(fā)展的需要，而2000年新版《天然建筑材料勘察規(guī)程》的天然建筑材料質(zhì)量技術(shù)要求仍滯后于當(dāng)今土石壩設(shè)計(jì)與建設(shè)的發(fā)展。結(jié)合我省土石壩建設(shè)的實(shí)踐，論文“試論碾壓式土石壩筑壩材料勘察質(zhì)量評(píng)價(jià)”（《土石壩工程》2000年第2期）在這方面作了詳細(xì)的介紹，可供工程建設(shè)參考。?8結(jié)語(yǔ)

（1）實(shí)踐證明，四川省水利工程土石壩建設(shè)的發(fā)展，與筑壩材料的深入研究密不可分。在工程設(shè)計(jì)中作好筑壩材料的調(diào)查與試驗(yàn)研究工作，是建設(shè)優(yōu)質(zhì)土石壩工程的重要條件；

（2）加強(qiáng)土石壩工程設(shè)計(jì)、地質(zhì)、試驗(yàn)專業(yè)間的密切合作，共同研究壩料勘察選擇工作，是搞好土石壩工程建設(shè)的保證條件，必將提高土石壩設(shè)計(jì)、勘察及研究水平，推動(dòng)土石壩工程建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。