土石坝筑坝土料的选择

（一）筑坝土料的选择（重点、难点）土石坝也称为当地材料坝，其最大优点是可就地取材。所以，筑坝材料应尽可能采用坝址附近的材料，包括枢纽其他建筑物的开挖土石料。土石坝设计前，必须查明坝址附近各种天然土石料的种类、储量、分布、性能，以及枢纽建筑物开挖料的性质、可用数量等，通过技术经济比较，选择适当的坝型、填筑标准及施工方法。筑坝土料选择的基本原则：（1）按照材料在坝体中所起作用的不同选择材料。（2）就地、就近取材。（3）充分利用枢纽建筑物开挖料。由于不同坝型及坝体中的不同部位（坝壳、防渗体、排水设施等）的土石料所起的作用不同，所以对土石料的要求不一样，现讲述如下：1、均质坝材料均质坝的坝体既是防渗体，又是支撑体，所以要求土料具有一定的抗渗性和强度，同时易于压实和压缩性小等。土料的渗透系数K不宜大于10-4cm/s；粘粒含量为10%~30%；有机含量按重量计不超过5%；塑性指数为8~10的壤土为宜，水溶盐含量不超过3%，还应具有一定的抗剪强度。最常用于均质坝的土料是砂质粘土和壤土。2、防渗体土料我国修建土石坝防渗体常用的土料是粘土、粘壤土和壤土。对防渗土料的基本要求是：（1）渗透系数：均质坝不大于1×10-4cm/s，心墙和斜墙不大于1×10-5cm/s。（2）水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）不大于3%。（3）有机质含量（按质量计）：均质坝不大于5%。心墙和斜墙不大于2%，超过此规定需进行论证。（4）有较好的塑性和渗透稳定性。（5）压缩性与坝壳料相近，浸水与失水时体积变化较小。（6）含水量最好接近最优含水量。（7）颗粒级配良好。塑性指数大于20和液限大于40%的冲击粘土；膨胀土；开挖、压实困难的干硬粘土；冻土；分散性粘土不宜作为坝的防渗体填筑料，必须采用时，应根据其特性采取相应的措施。应用实例：近年来国内外有些工程采用砾质粘土或人工砾粘土作防渗体取得良好的效果，如我国云南鲁布革水电站粘土心墙坝（坝高101m），采用一层粘土碾压后再翻起，拌匀后填筑到心墙上，使粗料空隙全部被细粒所填充，具有了足够的抗渗性和抗渗稳定性。我国南方地区的棕、黄或红色残积，西北、华北地区的失陷性黄土，均可作为较低均质坝材料和防渗体材料。3、坝壳土石料心墙的上下游坝壳或斜墙后的坝体主要起支撑作用，以保持坝体稳定。所以要求填筑坝壳部位的土石料应具有排水性能好、抗剪强度高、易于压实、抗渗透稳定和抗震稳定性好，具有一定的抗风化能力。料场开采和建筑物开挖的砂、砾石、卵石、漂石等无粘性土及石料、风化料、砾石土均可作为坝壳料，并应根据材料性质用于坝壳的不同部位。均匀中、细砂及粉砂可用于中、低坝坝壳的干燥区，但地震区不宜采用。采用风化石料和软岩填筑坝壳时，应按压实后的级配研究确定材料的物理力学指标，并应考虑浸水后抗剪强度降低、压缩性增加等不利情况。对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜填筑在干燥区。下游坝壳水下部分和上游坝壳水位变动区应采用透水料填筑。4、排水体、护坡石料反滤料、过渡层料和排水体料必须符合：质地致密；抗水性和抗风化性能满足工程运用的技术要求；使用要求的级配和透水性；反滤料和排水体中的粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%。反滤料可利用天然或经筛选的砾砂石料，也可采用块石、砾石轧制，或天然轧制的掺合料。3级低坝经过论证可采用土工织物作为反滤层；对于较重要的坝，坝趾排水的反滤料，最好不采用角砾及碎石，以免施工时碰擦产生石粉，淤塞反滤层。坝面护坡反滤料的要求可较低，可采用角砾和碎石。护坡石料应采用质地致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用条件要求的硬岩石料。排水体、护坡石料的抗压强度低于40~50MPa，软化系数不小于0.75~0.85，岩石的孔隙率不大于3%，吸水率（按空隙体积计算）不大于0.8，容重大于22kN/m3。（二）土料填筑标准的确定（重点、难点）填筑标准的确定是土石坝设计中重要的一环，它对施工的难易程度、工期长短及整个土石坝的造价均有很大的影响．应根据工程实际情况，如坝型和坝的不同部位、土石料的压实特性和压实工具、料场的土料性质、气候条件、施工条件以及不同填筑标准对造价和施工难易程度的影响等来确定。对于粘性土，主要是确定填筑干容重及含水量；对于非粘性土，主要是确定孔隙比和相对密度。1、粘性土料的填筑标准粘性土压实的具体指标是干密度及相应的含水率。因为粘性土的含水率对压实土料所费的功能及可能达到的干密度有很大影响。土料含水率太小。土粒之间不够润滑，需要耗费较大的压实功能去克服阻力才能达到要求的干密度；含水率太大，施工时会产生相当大的孔隙压力，碾压机械所加荷载不能全部传递到土粒上，影响压实效果。只有当最优含水率时，耗费压实功能最小，干密度最大。故《碾压式土石坝设计规范》规定，含砾和不含砾的粘性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计干重度γd应以击实最大干重度γdmax乘以压实度P求得，即γd=Pγdmax式中：γd———设计干重度，kN/m3；P———压实度；γdmax———标准击实验平均最大干重度，kN/m3。《碾压式土石坝设计规范》规定，粘性土的压实度P应符合下列要求：1级、2级和高坝，P=98%~100%；3级及以下的中、低坝，P=96%~98%。设计烈度为8度、9度的地区，宜取上述规定的大值。有特殊用途和性质特殊的土料压实度要另行确定。粘性土的击实最大干密度和最优含水率应按照SL237——1999《土工试验规程》规定的击实试验方法求取。对于砾石土应按全料试样求取最大干密度和最优含水率。粘性土的施工填筑含水率可根据土料性质、填筑部位、气候条件和施工机械等情况，在最优含水率附近作适当变化，但应控制在最优含水率的-2%~+3%偏差范围内。大量的研究成果表明，在最优含水率的干侧和湿侧压实的土。具有不同的结构和不同的力学性质。故其上限值应以不影响压实和运输机械正常运行，施工期土体内孔隙压力不影响坝坡稳定及压实过程不产生剪切破坏等为准；其下限值应以填土浸水后不致产生大量的附加沉降，坝体不发生裂缝和在水压力作用下不产生水力劈裂等为准。2、非粘性土料的压实标准砂砾石和砂压实的目的是为了增加抗剪强度和抗压强度，减少沉降，防止液化。压实的具体指标是孔隙比和相对密度。相对密度Dr，根据试验求得的最大、最小孔隙比后，由下式求得，即Dr=(emax－e)/(emax—emin)式中：Dr———相对密度；emax———砂砾石和砂在最松（最大）状态时的孔隙比；emin———砂砾石和砂在最密实（最小）状态时的孔隙比；e———砂砾石和砂的设计孔隙比。砂砾石和砂的填筑标准以相对密度为设计控制指标，并符合下列要求：对于砂砾石要求Dr不低于0.75，对于砂Dr不低于0.70，对于反滤料宜为0.70；砂砾料中粗粒料含量小于50%时，应保证细粒料（小于5mm的颗粒）的相对密度也符合上述要求；地震区的相对密度设计标准应符合SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的规定。压密程度一般与含水量关系不大，而与粒径级配和压实功能有密切关系。非粘性土料设计中的一个重要问题是防止产生液化，解决途径要求有较高的密实度外，还要注意颗粒不能太小，级配要适当，不能过于均匀。堆石料的填筑标准宜用孔隙率为设计控制指标，并符合：土质防渗体分区坝和沥青混凝土心墙坝的堆石料，孔隙率宜为20%~28%；沥青混凝土面板坝堆石料的孔隙率宜在混凝土面板堆石坝和土质防渗体分区坝的孔隙率之间选择。设计地震烈度为8度、9度地区。应取上述孔隙率率的小值。小结：通过本章的学习，掌握坝体各组成部分对材料的要求以及粘性土的压实标准的确定，了解非粘性土料的压实标准，以便在以后设计土石坝中，正确的使用材料和确定压实标准。思考题：1、如何正确的选择土石坝防渗体的土料？2、怎么样确定非粘性土的压实标准？