新疆呼图壁河青年渠首改造工程面板砂砾石坝常规三轴试验

新疆呼图壁河青年渠首改造工程面板砂砾石坝常规三轴试验

1坝体设计及施工新疆呼图壁河青年运河首修复工程位于独山子以东的呼图壁河下游，距呼图壁县约21公里。该渠首工程属于拦河坝式渠首,采用双坝式结构,有上坝和下坝组成。上坝是复合土工膜防渗心墙堆石坝,下坝是面板堆石坝。上坝总长1190m,坝顶高程为781.50m,坝顶宽度为4.0m,最大坝高为14.94m。上坝桩号0+000-0+800段坝高由14.38m逐渐变为7.10m,桩号0+800-1+100段坝高由7.10m逐渐变为5.94m。考虑到上坝两侧水位变幅较大,在泄洪冲砂闸冲砂时会发生较大的水位差,故将上坝桩号0+000-0+800段坝体设计为复合土工膜心墙砂砾石堆石坝。土工膜心墙材料采用两布一膜、厚度为0.50mm的复合土工膜(200g/m2PE0.50mm/200g/m2),以“Z”字形垂直布置于坝轴线。心墙土工膜“Z”字形变幅宽度为0.5m,膜的上升角度为45°,两侧设置25cm厚的中粗砂保护层,坝体最大横剖面图见图1。由于上坝两侧水位变幅较大,且坝基砂砾石覆盖层较深,目前尚无类似工程实例可供参考。因此,总结该工程从模型试验、工程设计以及工程施工中的经验对该类工程的指导是非常有益的。通过对该工程从工程模型试验、工程设计以及到工程施工的总结来看,在工程中,以试验研究指导工程设计,工程设计充分考虑施工的可行性,科学组织施工,加强施工管理,问题就会得到圆满解决。2材料选取及颗粒分分新疆呼图壁河青年渠首改造工程混凝土面板砂砾石坝筑坝材料主要是砂砾石料,垫层料、坝壳砂砾料均取自砂砾石料场的砂砾石。筑坝材料料源、级配要求、碾压标准见表1。坝基料采用现场人工开挖取料,在设计单位推荐坝址轴线处开采砂砾料。根据天然建筑材料勘察规范要求,为增加取料的代表性,在坝轴线上取了4组砂砾料,取样深度1m。对粒径大于60mm颗粒进行了现场颗分,对粒径小于60mm颗粒全部运回。按《土工试验规程》SL237-006-1999方法进行室内颗分试验。3试验结果3.1平行试验方法本次现场试验对坝基料进行了天然密度试验,在设计坝轴线上选取了4个点进行了平行试验。试验按《土工试验规程》SL237-003-1999、SL237-004-1999方法进行。计算结果见表2。3.2试验方法及结果本次共进行了3组料(砂砾料、垫层料、坝基料)的相对密度试验,其中每组料均进行了4次平行试验。试验采用风干土料,试样筒尺寸为φ300×360mm。最小干密度试验采用固定体积法,试验按《土工试验规程》SL237-054-1999方法进行。最大干密度试验采用振动击实法,以模拟堆石坝现场施工振动碾振动压实,试验采用粗粒料相对密度仪,试样顶部静载14kPa,振动频率为20HZ,振动历时8min。相对密度试验结果见表3。坝壳砂砾料、垫层料试样制备干密度按设计要求的相对密度进行换算,坝壳砂砾料为2.25g/m3,垫层料为2.22g/m3。坝基料试样制备干密度按照坝基现场干密度进行换算,换算后试验制备干密度为2.27g/m3。3.3试验参数本次试验共进行了3种料的大型三轴剪切试验,每种料都进行了饱和样试验。试验方法及参数整理均按《土工试验规程》SL237-060-1999方法进行。大型三轴剪切试验试样尺寸为φ300mm×600mm,每组试验4个试样,最大围压为600kPa。按试样控制干密度进行装样,试样分6层装入成型筒内,每层厚度10cm,用振捣器夯实。试样饱和采用顶部抽气,试样内形成负压,测计进水量管水位读数后,打开进水阀。试样在负压作用下,水由下而上逐渐饱和试样。待试样上部出水后,停止抽气,用水头饱和法进行饱和,直至进出水量几乎平衡时,认为试样完全饱和,方可进行剪切试验。4坝壳砂料强度本次筑坝材料坝壳砂砾料、垫层料均是A1料场砂砾料,其区别只是颗料级配不同而已,静力特性的共同特点是:在低围压下砂砾料都具有明显的剪胀性,且坝壳砂砾料的剪胀性大于垫层料。从砂砾料、垫层料的固结排水试验可以看出,由于坝壳砂砾料细料含量较少,粗料含量骨架作用明显,在围压相同情况下强度较高。从不排水试验也可看出,随着细料含量增加,粗料骨架作用明显降低,内摩擦角下降较明显,从总应力圆及强度包线可以看出,垫层料内摩擦角较小。5试验研究的建议和建议(1)坝基砂砾料由于细料含量相对较少,在三轴试验卸样过程中发现有细颗粒的下沉现象,从现象上看属于明显的管涌破坏,引起该现象的原因目前还尚难解释,但根据颗分结果及通过细料含量法判定坝基土为管涌型土。今后建议对坝基土的渗透性及渗透稳定性做进一步试验研究。同时在设计中,建议做好上游坝基的防渗加固处理及下游坝基的反滤排水措施,防止坝基料产生渗透变形。(2)针对A1料场级配不太连续的情况,加上砂砾料在施工中又容易产生颗粒离析现象,故应严格加强施工质量检测、管理和监理,保证各区坝料及其填筑质量符合设计要求。(3)粗颗粒料(坝壳砂砾料、垫层料、坝基料)在试料制备过程中存在缩尺效应,现场最大粒径300～500mm的筑坝材料,由于试验仪器尺寸的限制,均按规范缩制成最大粒径60mm的试料进行试验。加上现场取料的不均匀性和试样数