南沟门水库工程筑坝土料配水试验设计及实施方案

摘要：本文主要介绍延安南沟门水库工程筑坝土料配水试验设计及实施方案，并通过试验确定出合理的施工参数。施工实践证明，此次配水试验确定的各项参数准确可行，为后期大坝顺利填筑起到了关键的作用，可供同类工程借鉴。

关键词：筑坝土料；土工试验；配水设计

Abstract: This paper describes the test design of water mixing of dam soil and the implementation program of Nangoumen Reservoir Project of Yan'an, as well as the reasonable construction parameters got by test. The construction practice has proved that the data got by the test is accurate and feasible, which has played a critical role in the dam filling in later phase, providing reference for the similar projects.

Key words: dam soil; geotechnical test; design of water mixing

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012

1. 工程概况

南沟门水库枢纽总库容2.006亿m3，为Ⅱ等、大（2）型，枢纽主要建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、溢洪道、引水发电洞、坝后电站等五部分组成。

水库枢纽设计大坝为均质土坝，最大坝高68.0m，坝顶高程852.0m，需用土料472万m3。工程区位于陕北黄土高原南部，第四系上更新统（Q3eol）黄土和中更新统（Q2eol+pl）黄土状壤土分布广泛，坝区周围土料储量丰富，料场土层各项技术质量指标基本符合《SL251－2000规程》对均质土坝土料的质量要求，但由于工程区气候干旱少雨，地下水埋深大，根据对土料场进行复查，但天然含水率远小于土料的最优含水率，最小值仅7.0%，不符合设计要求和规范标准，不能直接用于坝体填筑，因此，对筑坝土料需要人工配水，在大面积开始泡土前需进行配水试验，确定合理的施工参数。

2．配水试验的工艺设计

此次配水试验采用畦（坑）灌法。这种方法在工程实际应用时是按地形将土料场分成若干大小不一的区块进行整平筑畦，然后灌水，在水分下渗、蒸发达到设计要求时开挖上坝。而试验中为了方便、准确的计算用水量及下渗深度等，实际是开挖成面积大、深度小的试验坑进行试验。通过不间断的取样测试工作，找出土料适宜的灌水量和待渗、开挖时段。

1）试坑位置、间距及开挖面积的选择

畦（坑）灌法试验用水量大，考虑到试验用水的拉运方便，又要保证试验的代表性和准确性，试验位置选择在A土料场高程824、830的平台进行。试验共开挖2个试验坑，在高程830平台将上部4m范围土料挖除后开挖试验坑S1，S1坑口为3m×3m深1m，主要为探明埋深4m左右土料人工配水的效果；在高程824平台表面开挖试验坑S2，S2坑口为6m×6m深1m，主要为探明表层土料人工配水的效果。

2）计划灌水量的确定

参照类似工程配水经验，灌水量设计是以（饱和含水率－天然含水率）×80%计算。考虑到实际开采中大型机械一次开挖深度约为4m，所以灌水量浸水深度4m计算，检查下渗后实际达到的深度。

3）待渗期的确定和检查孔设计

所谓待渗期就是从水全部进入试坑开始，到水分下渗并使有效开采深度内的土料含水率满足上坝开采要求所需的时间段，通过不断的取样测试工作，最终确定出待渗期。根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》，均质坝土料的“天然含水率与最优含水率或塑限接近者为优”。 试验区土料的最优含水率wop=17.0%，根据《碾压式土石坝施工规范》的规定，满足上坝要求的土料含水率宜在15%~20%之间，参照类似工程经验，土料在开采、运输及摊铺过程中水分的损失在2%~3%，因此土料适宜开采的含水率范围为18%~21%。本次试验的待渗期确定按有效开采深度内土料含水率进入18%~21%时认为待渗期结束，进入开采期。有效开采深度的确定原则是：土料注水下渗后，在渗透范围内土料含水率达到18~21%的最大深度即确定为有效开采深度。

检查孔是用洛阳铲造孔，每0.5m取样一组，进行含水率测定，检查孔布置从试验坑中心开始，与试坑一侧边线呈90°直交向两侧辐射，孔与孔之间距离设计为1m，每0.5m深度取样一组，每次取样结束用孔内取上的土进行原土封孔。

4）含水率的测定

含水率测定是用烘干法，其操作方法按《土工试验规程》的规定进行。

5）开采期结束的标准

开采期结束的标准为：有效开采深度范围内的土料平均含水率降至18%时，认为开采期结束，土料应停止开采。

6）资料整理和评价

采用计算、图表等综合分析的方式进行比对分析，确定土料配水及开采的相关参数，为后期土料场人工配水提供必要的技术参数和基础资料。

3．试验实施

1）试坑开挖

试坑开挖先采用挖掘机，人工修整。开挖过程中机械不进入坑内，以保证不改变试坑内土层的天然状态。S1试坑位于A料场高程830的台阶，为探明不同深度处土料的渗透效果，将高程830台阶上部4米范围土料挖除后挖试坑S1，S1开挖面积均为3m×3m，深1m。S2试验坑位于A料高程824的平台的表层，S2开挖面积为6m×6m，深1m。

2）测定原始含水率

本次试验在开挖的S1、S2试坑内共取样20组进行了土层天然含水率测定，取样深度均为5.0m。机械开采深度一般在4m左右，所以试坑平均含水率计算选用了4m深度范围的平均值。天然含水率随深度变化过程如图1、图2所示。从曲线图可以看出，不同深度处的天然含水率差别较大，分析认为这主要与土层粘粒含量及试验坑所处的位置有关。

3）试坑注水

试验坑注水，对运水车辆安装了流量表统计水量，按照计算好的水量进行注水，全过程试验人员分班值守，严格按计划方案执行，S1试验坑注水9.9m3，S2试验坑注水36m3。试坑注水模拟现场土料场配水时的加水方式进行注水，在水罐车出水口安装上水表，然后从水表出水口直接向试坑中注水，并将计算好的水量一次注入试坑。

4）取样测试

取样检测孔间距1m，深度方向每0.5m取样一组进行含水率检测，至水分下渗的干湿分界以下1m。每次取样结束用孔内取上的土进行原土封孔，以保证水份不会从孔内损失。

4．成果分析评价

1）含水率分析

经过多次的取样测试，对试验坑含水率变化趋势作出相应分析。通过曲线图找出各试坑待渗期和可开采期的时段。

（1）S1试验坑8月5日注水完成，8月9日开始含水率检测，含水率随时间、深度变化统计见表4；试坑S1配水后相同深度处时间与含水量关系曲线图，见图3；试坑S1配水后相同时间内深度与含水量关系曲线图，见图4。

表4S1试坑含水率变化统计表