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張峰水庫一干末端蓄水池開挖土料評價

二分局   高永亮

 

1 工程概況

張峰水庫位于山西省晉城市沁水縣張峰村沁河干流上,距晉城市城區90km。水庫總庫容3.94m3,是沁河干流上一座以城市生活和工業用水、農村人畜飲水為主,兼顧防洪、發電等綜合利用的大型水利樞紐工程。

張峰水庫輸水工程主要包括總干、一干和二干,主要建筑物有倒虹吸、渡槽、隧洞、明渠、輸水管道、調節水池和揚水站等。

一干線路始于總干分水口,至陽城縣芹池鎮結束,線路全長18.86km,主要建筑物有隧洞、明渠、倒虹、渡槽、蓄水池。線路末端蓄水池設計為半挖半填式,池底高程為712.06m,池頂(壩)高程為722.06m,長約200m,寬約150m,正常蓄水位721.0m。容積約20m3

2 工程地質條件

蓄水池位于陽城縣芹池鎮劉東村東北,蘆葦河右岸。地貌上屬沁河流域侵蝕中低山區之山間黃土臺地。蘆葦河右岸支流性黃土沖溝發育,均為干溝,僅雨季有洪水。大旦溝及西溝分布于蓄水池東西兩側,蓄水池處于梯田狀土梁上,北高南低,現多為耕地,地面高程約705728m

蓄水池涉及的地層主要有第四系上更新統洪積(Q3pl)褐黃色低液限粘土、低液限粉土,松散,稍濕,表層有植物根系,局部含碎石;分布于表層,厚03.2m。其下為第四系中更新統洪積(Q2pl)淺紅色低液限粘土,較密實,稍濕,局部含鈣質結核層。在蓄水池附近廣泛分布,厚度大于20m

工程區地下水類型為碎屑巖類裂隙水,主要接受北部山體側向補給及大氣降水入滲補給,總體由北向南逕流,地下水位埋深大于50m,對工程無直接影響。

3 開挖土料質量及儲量評價

該蓄水池采用挖填結合方案,筑壩土料擬就近采用水池開挖部分。據設計計算總開挖量為12.78×104m3,其中開挖土料有用層儲量10.50×104m3,填筑用量為12.68×104m3

3.1料場概述

土料場地面高程712728m,地表地層巖性主要為Q3pl低液限粘土,厚度為03.2m,為無用層,其下為Q2pl低液限粘土,厚度大于20m,為有用層。土料場勘探深度內未見地下水位。土料場緊臨大壩,運輸條件好。

3.2土的物理力學性質指標

本階段在料場范圍內取原狀及擾動土樣進行了室內物理力學性質試驗。Q2pl低液限粘土層原狀土樣物理力學指標為:天然含水率15.626.7%,平均值20.5%;天然密度1.632.04g/cm3,平均值1.88g/cm3;干密度1.341.76g/cm3 ,平均值1.57g/cm3;垂直滲透系數5.90×10-66.21×10-4cm/s,平均值1.45×10-4cm/s,水平滲透系數3.30×10-67.06×10-4cm/s,平均值1.71×10-4cm/s;天然狀態壓縮系數av1-2 0.040.34MPa-1,平均值0.13 MPa-1,具低~中等壓縮性;飽和狀態壓縮系數av1-2= 0.070.38MPa-1,平均值0.16 MPa-1,具低~中等壓縮性;飽和快剪指標:粘聚力c12.735.2kPa,平均值23.0kPa內摩擦角φ2022.9°,平均值21.7°。自重濕陷系數0.0010.019,濕陷系數0.000.019,僅局部土層具濕陷性。擊實后土的物理力學指標為:最優含水量18.521.7%,平均值20.3%;最大干密度1.661.69g/cm3,平均值1.68g/cm3;垂直滲透系數3.1×10-79.8×10-7cm/s,平均值6.8×10-7cm/s;非飽和狀態壓縮系數av1-2 0.050.07MPa-1,平均值0.06 MPa-1,具低壓縮性;飽和狀態壓縮系數av1-2= 0.080.17MPa-1,平均值0.11 MPa-1,具低~中等壓縮性。

1)顆粒級配

利用有用層所有土樣的顆粒分析試驗成果,統計出各粒組的含量的平均值,并繪制顆粒級配曲線圖,見圖1

由圖可見:Q2pl土的有效粒徑d10=0.002mm,限制粒徑d60=0.020mm、中間粒徑d30=0.009mm,不均勻系數Cu=10.000,曲率系數Cc=2.03

1 顆分曲線圖

2)土的壓縮性

由原狀土樣物理力學指標,天然狀態下料場Q2pl土層壓縮系數范圍值為0.040.34MPa-1,平均值為0.13MPa-1,飽和狀態下料場Q2pl土層壓縮系數范圍值為0.070.38MPa-1,平均值為0.16MPa-1,屬低~中等壓縮性土。

而采用輕型擊實,按照0.97的壓實度配樣后,壓縮系數在天然狀態下范圍值為0.050.07MPa-1,平均值為0.06MPa-1具低壓縮性飽和狀態下范圍值為0.080.17MPa-1,平均值為0.11MPa-1飽和狀態下土層具低中等壓縮性。

3)擊實試驗

由擊實試驗結果看,Q2pl低液限粘土層最大干密度為1.661.69g/cm3,平均值為1.68g/cm3;最優含水率為18.5%21.7%,平均值為20.3%

4)滲透性

按最大干密度的97%配樣后,進行了滲透試驗,由試驗結果可知,Q2土層垂直滲透系數kV3.1×10-7cm/s9.8×10-7cm/s之間,平均值為6.8×10-7cm/s,具極微透水性。

5)抗剪強度

按最大干密度的97%配樣后,進行三軸固結不排水剪(試驗,采用規范要求統計方法對三軸試驗成果進行統計,經所繪制摩爾圓綜合考慮,飽和固結不排水抗剪強度指標總應力條件下:ccu=25kPaφcu=17°;有效應力條件下:c=19kPaφ=21°

在進行穩定計算時,建議選用cφ的小值平均值,需要指出的是,上述建議的強度值是在土層按試驗最大干密度的97%(即壓實度為0.97),作為干密度配樣后試驗得出的,若施工時控制壓實度較試驗壓實度小,或壓實度計算時,最大干密度未采用大值平均值時,則穩定計算參數(cφ)值,宜適當減小。

3.3質量評價

開挖范圍內Q2pl低液限粘土的質量評價見表1,由表可見:天然含水率范圍值16.320.2%,平均值18.3%,最優含水率范圍值18.521.7%,平均值20.3%,最優含水率與天然含水率平均值接近;最大干密度范圍值1.661.69g/cm3,平均值1.68g/cm3,天然干密度范圍值1.611.64g/cm3,平均值1.63g/cm3,最大干密度平均值略大于天然干密度平均值,其余各項指標均滿足均質壩土料質量指標。

 

開挖土料指標與均質土壩用料質量要求對比表

序號

項目

質量指標

Q2

均質壩

范圍值

平均值

1

粘粒含量

10%30%

17.826.1%

22.7%

2

塑性指數

717

10.915.8

13.0

3

滲透系數

碾壓后

1×10-4cm/s

3.1×10-79.8×10-7cm/s

6.8×10-7cm/s

4

天然含水率

與最優含水率或

塑限接近者為優

16.320.2%

18.3%

5

緊密密度

宜大于天然密度

滿足要求

 

3.4儲量計算

該蓄水池采用挖填結合方案,筑壩土料擬就近采用水池開挖部分。地面高程712728m,地表地層巖性主要為Q3pl低液限粘土,厚度為03.0m,為無用層,其下為Q2pl低液限粘土,厚度大于20m,為有用層。據設計計算總開挖量為12.78×104m3,其中無用層體積為2.28×104m3,開挖土料有用層儲量為10.50×104m3,填筑用量為12.68×104m3,因蓄水池四周均為梯田狀土梁,有用層Q2pl低液限粘土儲量豐富,必要時可擴大開采范圍,與已開挖土料結合能夠滿足設計要求。

4結論與建議

本次蓄水池開挖土料主要為第四系中更新統洪積低液限粘土,其天然含水率略低于土料的最優含水率,其余各項指標均滿足均質土壩土料質量要求,施工時應適量加水。經計算,儲量基本滿足設計要求,必要時可擴大開采范圍。

 

作者簡介:

高永亮1982- ),男,助理工程師

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