土石坝筑坝料的若干问题浅析

土石坝筑坝料的若干问题浅析

作者：惠仕兵胡人炭陈英周小林

来源：《中华建设科技》2014年第03期

【摘要】土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝简称土石坝。土石坝筑坝料母岩强度、级配、粗细粒和粗细料占比等控制着筑坝料压实度、渗透性、变形量等，本文就近些年来土石坝筑坝料试验研究以及坝体填筑质量检测资料进行统计分析，晒晒土石坝筑坝料方面新的认识，寻寻土石坝筑坝料方面的新规律，试图对提高土石坝填筑质量检测水平起些积极作用。

【关键词】粗粒土；无粘性粗粒土；粗细料；筑坝料母岩强度；自由排水

1. 粗粒土

（1）据GB/T50145-2007《土的工程分类标准》，粗粒土是粗粒组（60 mm≥d>0.075mm）质量多于总质量的50%的土，从粗粒土的定义看，粗粒土仅限于最大粒径60mm，而在实际工程中（如土石坝、堆石坝的填筑材料）dmax>60mm土石料为多数，用量也大。SL 228-98《混凝土面板堆石坝设计规范》、SL 274-2001《碾压式土石坝设计规范》要求坝壳料的dmax不超过压实层厚或为压实层的2/3，垫层料dmax≤100mm，过渡料垫层料dmax≤300mm。

（2）图1为国内外土石坝堆石、石渣级配曲线图[1]。堆石、石渣dmax=1000mm，粗粒组（60 mm≥d>0.075mm）质量只占总质量20～60%，巨粒组占30～70%，仍习惯称其为粗粒土。从土石坝筑坝料应用或工程实践角度，粗粒土定义非常宽泛，它包含巨粒土组成。图2为紫坪铺水库主、次堆石区筑坝料级配曲线图，堆石、石渣dmax=800mm，粗粒组（60

mm≥d>0.075mm）质量只占总质量25.7～41.3%，巨粒组占53.8～73.4%。

2. 无粘性粗粒土与粘性粗粒土

2.1如上所述，粗粒土是一个很宽泛的概念，按其工程特性，常分为粘性粗粒土与无粘性粗粒土。四川大学屈智炯、何昌荣等在《新型石渣坝—粗粒土筑坝的理论与实践》[2]提出根据其细粒（i×10-4 （cm/s）能自由排水的粗粒土定性为无粘性粗粒土，将渗透系数K

4. 筑坝料母岩强度

4.1岩石为矿物的集合体，是组成地壳的主要物质。岩石强度常常用抗压强度R来表征，其主要受组织、胶结物的性质、压力的方向因素等影响，对岩体而言，除了取决于岩块强度外，与结构面性状紧密相关，在大多数情况下，结构面起着控制性作用。

4.2如果我们仅按土石坝规范中有关筑坝料母岩的饱和无侧限抗压强度为30MPa划分软硬岩两大类，来定性筑坝料母岩性状就显得比较机械，也易出错。硬岩包括以花岗岩、闪长岩、玄武岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质灰岩等为代表的坚硬岩和以板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等为代表的较硬岩，筑坝料软岩至少包括以千枚岩、泥灰岩、砂质泥岩等为代表的较软岩和以页岩、泥岩、泥质砂岩为代表的软岩。母岩抗压强度、岩性等不同，爆破、碾压破碎效果——破碎后块度分布和破碎的范围是有巨大差别的，再加上构造、风化影响就更为复杂了。另外，岩石抗压强度测定具有一定的离散性。据相关研究，测定岩石抗压强度离散系数，和抗压强度的大小有关，坚固的岩石离散系数较小，不坚固的较大，约在15～30%范围之内。再者，岩石抗压强度测定还具有一定的方向性。岩石的抗压强度也决定于挤压应力作用的方向。以沉积岩而言，它们具有层面的，如果应力作用的方向和层面垂直，则岩石的抗压强度为最大。此外，某些岩石常常具有裂缝、矿脉或片理等类的构造，如果它们的方向和破裂面（Plane of Failure）的方向一致时，则对岩石的抗压强度自然影响很大。

4.3母岩强度高低，影响着坝料爆破、碾压破碎后级配变化，尤其是对P-5或P+5含量影响，是筑坝料试验研究以及坝体填筑质量检测的一项重要内容。图9是P5含量与母岩饱和抗压强度统计关系曲线。当母岩饱和无侧限抗压强度R=60MPa左右时，P+5含量达70%或P-

5≤30%左右，这时筑坝料压实干密度最大，渗透系数在10-2～10-3，具自由排水性；当母岩饱和无侧限抗压强度R=30MPa左右时，P+5含量达65%或P-5为35%，这时筑坝料压实干密度减少速率发生转折，渗透系数降低至10-3～10-4，尚可自由排水；母岩饱和无侧限抗压强度R 再减小，筑坝料就不能满足自由排水要求了。因此，笔者认为饱和无侧限抗压强度R≥30MPa 是硬岩筑坝料具自由排水、较高的压实密度低标准要求，是必要的，但不是充分条件。

图9P5含量与母岩饱和抗压强度统计关系曲线

5. 自由排水和非自由排水

6. 一定抗剪强度

6.1一定抗剪强度也是规范和实际工作经常用提到的问题，什么叫着抗剪强度高、一定抗剪强度和抗剪强度低呢？现有规程规范没有具体条款给出具体要求，一般认为母岩为石灰岩筑坝料经压实后抗剪强度高，母岩为砂岩筑坝料经压实后具有一定的抗剪强度，母岩为页岩筑坝料经压实后抗剪强度较低或低。下面通过较硬岩代表石灰岩、较硬岩或较软岩代表砂岩和较软岩或软岩代表页岩筑坝料三轴抗剪试验成果分析研究无粘性粗粒土有关抗剪强度分类。

7. 结束语

通过对粗粒土含义、无粘性粗粒土与粘性粗粒土区别、粗料与细料划分、自由排水与非自由排水定性、筑坝料母岩强度作用等若干问题浅析，加深了规程规范有关筑坝料条款的理解，如SL 228-98《混凝土面板堆石坝设计规范》、SL 274-2001《碾压式土石坝设计规范》两规范就筑坝料都有细粒含量（P0.075）、细料含量（P-5）规定条款，并相信会对提高土石坝填筑

质量检测水平起些积极作用；其次，探寻了在确保筑坝料有较高压实度、能自由排水、低压缩性、一定抗剪强度条件下，可通过试验研究来放宽粗料含量（P+5）或细料含量（P-5）、细粒含量（P0.075）、渗透系数（K）适宜范围值，就可扩大筑坝料利用率，尤其是可以充分的利用枢纽区开挖石渣，并认为是可行的；再者，论述了母岩抗压强度作用问题，并认识到母岩抗压强度为60MPa左右的花岗岩、石灰岩、钙质砂岩等是优质的堆石筑坝料，只需对其上坝填筑级配、压实度进行控制，均能满足要求。母岩抗压强度

参考文献

[1]郭庆国著《粗粒土的工程特性及应用》黄河水利出版社（1999年）

[2]四川大学屈智炯、何昌荣等编著《新型石渣坝——粗粒土筑坝的理论与实践》中国水利水电出版社（2002年）

[3]陈英《利用较软岩石渣作反虑料的初步研究》四川水力发电（2003年.第22卷第2期）

[文章编号]1619-2737（2014）02-17-538

[作者简介] 惠仕兵（1963-），男，籍贯：四川成都人，从事水利基本建设工程质量管理工作。