某水库工程建筑材料应用分析

2023-05-25杜志永

河南水利与南水北调 2023年4期

关键词：砂料液限料场

杜志永

（洛阳市水利事业发展中心，河南洛阳 471000）

1 工程概况

某水库上坝址坝轴线位于两沟汇合处下游约160 m处，上坝坝高37 m，设计水库正常蓄水位403.70 m，左支沟河床自然坡降约18/1 000，右支沟河床自然坡降约15/1 000。

2 工程地质条件及岸坡稳定

2.1 地质条件

在水库回水范围内，库岸岩性主要为Q3pal低液限黏土和卵石混合土、Q1al低液限黏土和级配不良砂。Q3pal低液限黏土为弱透水，Q1al低液限黏土为微～弱透水，Q3pal卵石混合土和Q1al级配不良砂为强透水。

通过库区地测绘，大坝左右两坝肩上部出露的Q1al级配不良砂底部低于正常蓄水位403.70 m，存在绕坝渗漏问题，其余地段Q1al低液限黏土顶板均高于正常蓄水位403.70 m，未发现有通向库外的渗漏通道，不存在向邻谷的永久渗漏问题。

2.2 岸坡稳定

库区两岸出露地层上部为Q3pal低液限黏土和卵石混合土层，Q2pal低液限黏土和碎石混合土层，下部为Q1al级配不良砂和低液限黏土。Q2pal低液限黏土和碎石混合土层位于正常蓄水位以上，Q3pal低液限黏土和卵石混合土层、Q1al低液限黏土层部分位于库水位以下。

库区凹岸谷坡陡立，坡度40°～70°，局部直立，凸岸谷坡相对较缓。坡度一般30°～50°，局部直立。目前状态下局部坍塌现象时有发生，水库正常运行后，在库水长期浸泡和库水位升降等情况下，水库两岸被掏蚀，会产生上部较大范围土体坍塌，影响库容，建议对库岸进行护坡。

3 工程所需建筑材料设计分析

3.1 土料

3.1.1 土料场概况

土料场位于坝址处左岸上部的黄土台上，属黄土台塬前缘，塬顶高程661.10～620.00 m，边坡陡立。高程421 m以上出露地层上部为第四系中更新统洪冲积（Q2pal）低液限黏土，褐黄色，褐红色，稍湿，中密，坚硬，含有少量钙质结核，底部高程444.00～455.20 m为碎石混合土层。高程421 m以下为第四系下更新统冲积（Q1al）级配不良砂层和低液限黏土层。无用层为Q1al级配不良砂层和低液限黏土层及Q2pal低液限粘底部的碎石混合土层，有用层为Q2pal低液限粘。土料场开采范围地面高程460～525 m、422～442 m。

3.1.2 土的物理力学性质指标

高程460～525 m之间土料共取21组土样进行室内土工试验，天然含水量6.00%～15.50%，平均值10.50% ；天然重度13.40～15.80 kN/m3，平均值14.50 kN/m3；塑性指数10.20～12.80，平均值11.20；黏粒含量10.60%～25.00%，平均值18.70%。最大干密度1.62～1.70 g/cm3，平均值1.66 g/cm3；最优含水量14.05%～16.57%，平均值15.35%；击实后渗透系数7.60×10-7～9.37×10-6cm/s，平均值3.174×10-6cm/s。

高程422～442 m土料共取2组土样进行室内土工试验，天然含水量5.90%～13.80%，平均值9.90%；塑性指数11.70～13.10，平均值12.40；黏粒含量20.70%～29.30%，平均值25.00%。最大干密度1.66～1.68 g/cm3，平均值1.67 g/cm3；最优含水量15.58%～16.12%，平均值15.85%；击实后渗透系数1.31×10-6～3.90×10-6cm/s，平均值2.61×10-6cm/s。

3.1.3 质量及储量

土料场质量评价见表1，最优含水量14.05%～16.57%，平均值15.58%；天然含水率6.00%～15.50%，平均值10.70%，小于最优含水量，土料含水量偏低，其余指标满足规范。

表1 土料场土料质量评价表

土料场高程460～525 m 之间开采面积约6.90 万m2，平均开采厚度15 m，有用土料103.50 万m3，可扩大开采。高程422～442 m 之间土料场开采面积约0.50 万m2，平均开采厚度15 m，有用土料7.50万m3。

3.1.4 筑坝土料允许水力坡降

筑坝土料为低液限黏土，渗透破坏类型为流土，土的比重Gs取此次试验的平均值2.70，孔隙率n取相当于96%最大干密度对应的孔隙率n平均值40.80%，经计算，临界水力坡降1.01，除以安全系数2.00，得出土的允许水力坡降0.51。

3.2 砂料

距坝址下游约500 m有一砂场正在开采，其砂料与库区两岸分布的第四系下更新统（Q1al）级配不良砂为同一层，此次勘察对其砂料进行了采样室内筛分试验，根据试验结果，粒径均小于2.50 mm，含砂率97.29%～97.57%，平均值97.43%。砂料细度模数1.32～1.41，平均值1.37，平均粒径0.26 mm，含泥量2.43%～2.70%，平均值2.57%。水库下游砂料场砂料计算成果见表2。

表2 水库下游砂料场砂料计算成果表

细度模数小于规范规定的2.50～3.50，平均粒径小于规范规定的0.36～0.50，颗粒偏细，不满足规范要求。

根据地质调查，工程区天然砂料缺乏，所需砂料从平陆县茅津砂场购运。砂料场距坝址约20 km，交通较为便利，现正在开采使用，属商用砂场，质量和储量满足工程要求。

3.3 块石料及粗骨料

块石料及粗骨料采用苏家沟石料场，位于平陆县常乐镇苏家沟村西北方向，开采层为古生界寒武系徐庄组上部鲕状灰岩，该层位分布面积广，储量大，现正在开采使用，有简易道路直通坝址，距坝址约25 km。苏家沟石料场石料干密度2.69 g/cm3，吸水率0.30%，硫酸盐及硫化物含量0.18%，饱和单轴抗压强度54 MPa，各项指标基本满足设计要求。因此该料场石料质量较好，既可作为块石料，又可用来加工混凝土用骨料。