彭成居
广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司 广西 南宁 530023
[摘 要] 对大垌水库工程花岗岩土料场进行勘察，对影响土料作为大坝填筑用土料中起决定性因素的粘粒含量、渗透系数、天然含水率和最优含水率进行了研究，提出了花岗岩风化土碾压后的物理力学性质，对于今后采用花岗岩风化料用于填筑土坝的工程有很大的借鉴意义。
[关键词]花岗岩风化土、土料填筑、粘粒含量、渗透系数、最优含水率、抗剪强度
1、工程概况
广西防城港市大垌水库是防城港市供水水源项目之一，位于防城河支流平垌江上。工程的开发任务为以供水为主，兼顾发电、灌溉等综合利用。大垌水库由拦河坝、岸坡闸控式溢洪道、导流发电洞、引水式电站等主要建筑物组成。水库正常蓄水位为193m，总库容3394万m3，属于中型水库，大垌水库拦河坝设计为均质土坝，坝顶总长337m，坝顶宽7m，坝顶高程196m，最大坝高57m。大垌水库位于广西暴雨中心的十万大山的南侧，是一座在暴雨中心修建的土坝。
根据工程勘察，坝址下游发育有大量的花岗岩地层，残坡积土层薄但全风化层厚。花岗岩全风化层砾石含量高，由于其中的长石风化不完全，粘粒含量不高，作为填筑用土料会存在一定问题，广西有多座采用花岗岩风化料填筑的土坝，也是由于当时未进行研究，后期运行中坝体均出现了一定的渗漏问题。大垌水库如采用花岗岩风化料进行大坝填筑，就必须对其特性进行勘察研究，为水库大坝碾压提供依据。
2、料场钻探工作及成果
大垌水库选用的是下游的那邓花岗岩料场，运距约1km，根据料场地形地质条件，将料场从上游到下游依次分为那邓土料场1区、那邓土料场2区和那邓土料场3区，料场类型为Ⅱ类，勘探网（点）布置间距为50~100m，由于涉及全风化层的可挖性的研究分析，因此特别要求钻探不能采用回转转进，只能采用冲击钻进，钻探过程中要注意测量初见水位和终孔水位，避免料场开挖由于水位较高而造成土料含水量高无法压实。土料场勘察共完成机钻钻孔31个，孔深5.2～17.5m，料场主要土层为：（1）第四系表土层（Qedl），粘土，黑色、黄灰色，土黄色，湿，可塑，含砾，见有大量植物根系，厚度一般0.2～0.5m。（2）第四系残坡积层（Qedl），粘土，土黄色、黄色，褐红色，湿，可塑，含砾，砾石成份为石英，砾径2～4mm，含量10%左右，层厚一般1.8～4.8m，平均厚度3m左右。（3）印支期全风化紫苏辉石花岗斑岩（γπ51d），可见原岩结构，长石已风化为乳白色，冲击较易钻进，岩芯为土状，加水后可捏成条，直径0.4～1cm。根据颗分试验成果，全风化紫苏辉石花岗斑岩大部分为粘土，局部夹少量粉土和粉土质砂。除ZK12号钻孔能量测到地下水位埋深14.7m外，其余钻孔为干孔。根据钻探成果，料场为花岗岩地层，料场靠山一侧全风化层下限为10m左右，风化较浅；中间和靠河一侧全风化下限埋深较深，最深达17.2m，总体存在风化不均一现象。
3、土料场土料填筑料质量技术指标要求
根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2015）[1]第5.3.1“填筑土料的适用性应根据质量技术指标、设计要求及工程经验等进行综合评价”。其对于一般土填筑料质量技术指标要求见表1.
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因此根据规范中一般土填筑料质量技术指标，在那邓土料场采取了20组原状样，232组扰动土样进行室内土工试验，根据大量的试验成果对于其中对土料筑料质量起决定性因素的花岗岩全风化层的粘粒含量、渗透系数（击实后）和天然含水率技术指标进行了研究。
4、料场花岗岩全风化层粘粒含量研究
根据规范，对于均质土坝上坝填筑料粘粒含量要求在“10%～30%”之间。由于岩体的风化原因，从上到下花岗岩全风化层相应的粘粒含量也会降低，因此对于土料场不同深度花岗岩全风化层粘粒含量的研究，既可以确定土料场的开采厚度，又可以针对粘粒含量较少的部位进行处理。在土料场勘探孔中1m取1个扰动土样进行颗分试验，根据颗分试验成果，料场全风化土层粘粒含量一般10.4%～27.3%，满足规范要求。局部粘粒含量为5.7%～9.8%，占试验样品数的9.4%，对于其中粘粒含量小于10%的土料分布位置和深度统计表见表2 [2]。
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从表2可以看出，料场下部全风化土料粘粒含量低于10%的位置是不固定的，多为中部的球状风化物的核心位置或下部接近强风化带的位置，且占的比例不大于10%，可以通过局部的上、下土料混合来增加粘粒含量，使之满足规范的要求，因此土料场开采时可以采用大断面的施工开采方案，将6～7m高度范围的土料在施工开采时混合上坝使用。
5、土料场渗透系数
根据试验成果，土料场花岗岩全风化层土料击实后的渗透系数范围值为7.12×10-5cm/s～5.13×10-7cm/s，平均值为2.21×10-5cm/s，大值平均值为5.05×10-5cm/s，小值平均值为4.34×10-6cm/s。料场花岗岩全风化层土料击实后的渗透系数满足均质土坝对于土料碾压后渗透系数小于1×10-4cm/s的要求。
6、土料场土的天然含水量研究
根据大坝碾压的施工组织设计，由于工期跨年度，这就涉及了土料在雨季（8-9月）（3-4月）和旱季（1-2月）施工时土料含水量是否满足规范要求的问题，因此在旱季和雨季对土料场不同深度范围的土料取样进行了天然含水率的试验。根据试验成果，土料场雨季、旱季天然含水量汇总表见表3[2]。
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说明：料场旱季土料天然含水量为1～6m范围的数值。
根据料场土料天然含水量试验成果统计成果分析可以得出以下结论：① 那邓土料场土料雨季天然含水量变化幅度大于旱季天然含水量变化幅度，且土料均位于地下水位之上，因此推测这是由于土料受到降水的影响及雨水下渗和排泄不同所致。② 那邓土料场雨季上部0～6m深度范围土料含水量平均值与下部（6m以下）土料含水量平均值比较来看，那邓土料场1区上部比下部高2.6%，那邓土料场2区上部比下部高0.7%，因此可以大致推断旱季上部土料与下部土料天然含水量的关系与雨季基本一致，基本稍低于上部土料的天然含水量。
从勘察成果研究分析，那邓土料场1区雨季和旱季土料天然含水量与最优含水量接近，能满足规范要求；那邓土料场2区雨季土料天然含水量高于最优含水量5～5.7%，旱季土料天然含水量高于最优含水量2.5～2.6%，但由于超出不多，雨季施工时注意将开挖面及时覆盖处理即可；非雨季施工时那邓土料场1区和那邓土料场2区土料含水率应能满足最优含水率要求。
从后期的施工来看，根据勘察成果建议处理后，上坝的土料均能满足规范要求，无需再进行额外的施工处理，保证了大坝的施工进度。
7、 那邓土料场土料物理力学性质评价
勘察中在料场共取了57组样做了击实后的三轴剪切试验，试验方法为三轴饱和固结不排水剪CU（不测孔隙水压力（总应力）和测孔隙水压力（有效应力））和土击实后的三轴饱和固结排水剪CD。根据土料室内试验成果，土料抗剪强度参数建议值见表5。
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8、结语
勘察中对花岗岩风化料场土料的粘粒含量、渗透系数、天然含水率和最优含水率进行了研究，提出了花岗岩风化土碾压后的物理力学性质，并对土料场土料的施工开采上坝提出了合理建议，对于后面采用花岗岩风化料填筑土坝的工程有很大的借鉴意义。
大垌水库采用花岗岩风化料填筑大坝效果明显，节约了工期和投资，使得水库能早日蓄水验收，早日投入使用，为下游防城港市城市用水及工农业提供重要保障。
参 考 文 献
[1] SL251-2015，水利水电工程天然建筑材料勘察规程[S]
[2] 广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院.大垌水库工程工程地质勘察报告[R].南宁：广西壮族自治区水利电力勘测设计院研究院.2014.
[作者简介] 彭成居（1978-）男，汉族，广西南宁人，广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司高级工程师，本科学历，主要从事水利水电工程勘察设计工作。