化学论文发表：西大洋水库主坝褥垫排水体填筑所用砂砾料的制备

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发布时间：2011-02-25 11:44:36  更新时间：2023-06-07 15:34:58

西大洋水库主坝褥垫排水体填筑所用砂砾料的制备
　　于志虎
　　（河北省水利工程局河北石家庄050021）
　　摘要西大洋水库主坝褥垫排水体填筑为水库主坝除险加固的施工项目，设计填筑工程量为3万m3。填筑所用料为砂砾料，填筑材料的一个主要设计指标为不均匀系数≤1020。业主指定料场的砂砾料不均匀系数达不到设计要求，通过向砂砾料中掺加40%的砾石，改善了砂砾料的级配，砂砾料的不均匀系数达到了设计要求，比采用筛分法生产砂砾料工艺简单，节约了施工成本。
　　关键词砂砾料褥垫排水体不均匀系数
　　一、工程简介
　　西大洋水库位于河北省唐县境内大清河南支唐河出山口处。西大洋水库主坝除险加固施工的一个主要项目为褥垫排水体填筑。褥垫排水体填筑从主坝桩号0+540到主坝1+030，填筑高程从97.38到102.35（1985国家高程基准），平均填筑厚度为3m，填筑工程量为3万m3。
　　二、褥垫排水体所用砂砾料的设计要求
　　褥垫排水体填筑所用砂砾料的设计要求为：应具有良好的级配，料中粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%，5mm以上粒径含量应大于70%，不均匀系数应小于1020，最大粒径不宜大于20cm，且不得大于填筑层厚的2/3；应质地致密，颗粒形状要求无片、针状颗粒，不得含有杂草、树木、树根等有害物质；具有较高的抗水性、不易溶性，还要能抗冻融和风化，不能用风化料，其软化系数不小于0.75-0.85；填筑砂砾料压实后渗透系数要求不小于1×10-3cm/s。
　　在业主指定的砂砾料场取样后，送到具有资质的试验室检验，试验结果为砂砾料的各项指标除不均匀系数外均满足设计要求，不均匀系数大于20，不满足设计要求，料场的砂砾料必须经过处理才能使用。
　　三、业主指定料场的砂砾料不均匀系数的实际情况
　　业主提供的砂砾料场长度为400多米，宽度平均为100多米，可供开采的砂砾料工程量约为10万m3。
　　为了摸清料场的砂砾料不均匀系数的实际情况，在现场做了两次筛分试验。
　　第一次试验：将料场表面的土层和杂草清理干净后，在料场随机取样3次，烘干后通过筛分得到以下数据。
　　

取样筛分数据表1

　　根据筛分数据绘制颗粒大小分布曲线，如图所示（图中曲线为样品1的颗粒分布曲线）

不均匀系数的计算公式为：Cu=d60/d10
　　有效粒径d10：小于某粒径的土粒重量累计百分数为10%时相应的粒径称为有效粒径d10
　　限定粒径d60：小于某粒径的土料重量累计百分数为60%时相应的粒径称为限定粒径d60
　　不均匀系数Cu：d60与d10的比值反映颗粒级配的不均匀程度，称为不均匀系数。
　　根据绘制曲线查得相应的d60与d10，计算出样品的不均匀系数。
　　工程上把Cu5的土看作是均匀的，Cu10的土是不均匀的，即级配良好的。
　　曲率系数Cc：说明累计曲线的弯曲情况，分析土粒度成分的组合特性
　　Cc=d230/d10d60d30为相应累积含量为30%的粒径值
　　Cc值在13之间的土级配良好，Cc值小于1或大于3的土，累积曲线都明显弯曲（凹面朝下或朝上）而呈阶梯状，粒度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒组成，缺少中间颗粒。
　　样品1不均匀系数为39，样品2的不均匀系数为51.3，样品3的不均匀系数为59.0。不均匀系数均超过20。
　　第二次试验：为了全面摸清砂砾料场的不均匀系数的实际情况，在料场中间挖一坑，深度为3m,在坑底部取样品4。又在料场按照场地均匀布置5个取样点，每个点用挖掘机挖坑，坑深3m，坑挖好后，从坑底部沿着坑壁向上一直到坑壁顶部全断面取样，使所取样品反映开挖断面的真实情况，分别为样品5、6、7、8、9。样品筛分数据如下
　　取样筛分数据表2
　　颗粒分布 质量（kg） 小于某粒径质量(kg) 小于某粒径百分比(%)
　　 取样4 取样5 取样6 取样4 取样5 取样6 取样4 取样5 取样6
　　200mm以上 0 0 0 143.1 72.4 63.8 100.0 100.0 100.0
　　100200mm 19.2 9.3 9.5 143.1 72.4 63.8 100.0 100.0 100.0
　　60100mm 16.7 11.4 4.1 123.9 63.1 54.3 86.6 87.2 85.1
　　2060mm 36.7 19.5 19.3 107.2 51.7 50.2 74.9 71.4 78.7
　　520mm 19.3 11.8 9.2 70.5 32.2 30.9 49.3 44.5 48.4
　　25mm 8.6 5.8 5.3 51.2 20.4 21.7 35.8 28.2 34.0
　　0.22mm 28.5 10.8 10.7 42.6 14.6 16.4 29.8 20.2 25.7
　　0.250.5mm 6.0 1.4 2.4 14.1 3.8 5.7 9.9 5.2 8.9
　　0.25mm以下 8.1 2.4 3.3 8.1 2.4 3.3 5.7 3.3 5.2
　　
　　取样筛分数据表3
　　颗粒分布 质量（kg） 小于某粒径质量(kg) 小于某粒径百分比(%)
　　 取样7 取样8 取样9 取样7 取样8 取样9 取样7 取样8 取样9
　　200mm以上 0 0 0 95.4 64.6 67.9 100.0 100.0 100.0
　　100200mm 10.4 16.1 14.2 95.4 64.6 67.9 100.0 100.0 100.0
　　60100mm 20.0 6.5 8.0 85.0 48.5 53.7 89.1 75.1 79.1
　　2060mm 22.7 15.4 14.6 65.0 42.0 45.7 68.1 65.0 67.3
　　520mm 14.0 8.3 8.4 42.3 26.6 31.1 44.3 41.2 45.8
　　25mm 6.9 4.7 4.1 28.3 18.3 22.7 29.7 28.3 33.4
　　0.22mm 12.3 9.4 12.2 21.4 13.6 18.6 22.4 21.1 27.4
　　0.250.5mm 3.6 1.6 2.5 9.1 4.2 6.4 9.5 6.5 9.4
　　0.25mm以下 #p#副标题#e#5.5 2.6 3.9 5.5 2.6 3.9 5.8 4.0 5.7
　　通过绘制颗粒大小分布曲线，查得各组样品的d60、d30和d10，计算得到各组样品的不均匀系数与曲率系数。
　　各组样品的不均匀系数和曲率系数如表4所示：
　　表4各组样品的不均匀系数和曲率系数
　　
　　
　　取样 样品质量（kg） 不均匀系数 曲率系数
　　样品1 193.2 39 0.21
　　样品2 140.8 51.3 2.63
　　样品3 104.8 59.0 7.13
　　样品4 143.1 68.0 0.24
　　样品5 72.4 44.4 1.00
　　样品6 63.8 54.5 0.66
　　样品7 95.4 80.4 1.29
　　样品8 64.6 66.7 1.22
　　样品9 67.9 73.3 0.61
　　四、砂砾料生产工艺的制定
　　按照招、投标文件确定的施工方法，为得到合格的砂砾料，需要在砂砾料场设置一套筛分设备，把料场砂砾料筛分为几种规格的料，按照一定级配再混合均匀得到合格的填筑料。生产砂砾料需要投入输变电设备、筛分设备、两部装载机及其他配套设施，由于褥垫排水体的填筑工程量仅为3万m3,投入筛分设备不能充分发挥产能，投入的施工成本太大，采用筛分施工方法非常不经济。
　　经过全体技术人员共同讨论分析，决定不再采用筛分法生产砂砾料，采用向料场掺加一定数量的成品砂石料来改善砂砾料级配的施工方法，掺加料的施工方法从技术上分析是可行的。
　　取样品时在料场均匀分布了取样点，九组样品已经能够比较全面反映料场砂砾料的实际颗粒分布情况。仔细分析所取九组样品的筛分数据，发现料场的砂砾料粒径小于5mm的颗粒平均含量为30.1%，粒径大于20mm的颗粒平均含量为55.6%，九组样品的曲率系数有5组小于等于1，一组大于3，说明料场砂砾料缺少中间颗粒（520mm），细颗粒（粒径小于5mm）和大颗粒（粒径大于20mm）太多。应该向砂砾料中添加粒径为520mm的颗粒来达到设计要求。
　　通过反复计算，最终确定向砂砾料中添加40%（质量比）粒径为520mm的颗粒，将各组样品添加砾石后绘制颗粒分布曲线表，求得添加后各组样品的不均匀系数，如表5所示
　　分析试验结果发现只有样品7的不均匀系数没达到要求，考虑一组样品不具有代表性，其余各组样品均已达到设计要求，添加量已经足够，通过向监理工程师和建设处、设计组汇报，大家一致认为认为试验是成功的，确定的添加施工方案可以在施工中采用。
　　在监理工程师的制定下在砂砾料料场取样一组，添加40%的5-20mm砾石，委托河北省水利工程质量检测中心站进行相对密度和颗粒分析试验，试验结果符合设计要求，不均匀系数为18.3，根据设计要求相对密度Dr≥0.75,现场控制干密度≥2.12.1g/cm3。
　　表5添加40%砾石后各组样品的不均匀系数
　　取样 样品质量（kg） 不均匀系数
　　样品1 270.5 19.8
　　样品2 197.1 18.6
　　样品3 146.7 19.3
　　样品4 200.3 19.7
　　样品5 101.4 15.4
　　样品6 89.3 19.4
　　样品7 133.6 27.9
　　样品8 90.4 16.9
　　样品9 95.1 19.6
　　五、砂砾料现场生产方案
　　在施工中，从周围砂石料场购进520mm的成品砾石，通过现场实测，料场的砂砾料的密度和520mm砾石的密度近似，所以掺加料40%的质量比可以变化为体积比，将料场清表后，用推土机整平，在料场上均匀铺筑一层80cm的520mm砾石，开挖时严格控制挖掘机的开挖深度，开挖深度按照2.80m控制（包含80cm砾石厚度），挖掘机将料搅拌均匀后再装车运输到主坝填筑现场。
　　通过在主坝现场做砂砾料的碾压试验，确定了砂砾料填筑的各项施工参数：铺料厚度为50cm，YZ16B振动碾静碾2遍，振碾4遍，加水量5%。
　　褥垫排水体在实际填筑施工中，通过监理工程师随机抽取填筑砂砾料料做筛分试验，试验结果不均匀系数都满足设计要求。
　　六、结语
　　褥垫排水体填筑砂砾料的筛分单价为13.36元/压实方，采用添加砾石的施工方案后，砂砾料生产单价为7.08元/压实方，同时比筛分法生产现场施工工艺简单，节约了施工成本，取得了明显的经济效益，是一项切合实际的施工方法，值得类似工程借鉴。
　　参考文献：
　　1《碾压式土石坝施工技术规范》（SDJ213-83）水利电力出版社，1984
　　2《土力学与地基基础》秦植海主编中国水利水电出版社，1998
　　3《水利工程施工》张四维主编中国水利水电出版社
　　4《施工员》建筑工程管理人员职业技能全书华中科技大学出版
　　

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