乌拉盖水库工程天然建筑材料调查与评价

2007年12月DEC2007JOURNALOFINNERMONGOLIAAGRICULTURALUNIVERSITY3乌拉盖水库工程天然建筑材料调查与评价刘志中,刘晓峰内蒙古自治区水利水电勘测设计院,呼和浩特010020摘要水利水电工程一般多因地制宜、就地取材,有的当地天然建筑材料甚至成为决定建筑物类型和工程造价的决定性因素。本文分析了区域地形、地貌、地层、岩性等,通过地质调查、钻探、坑探等勘察手段,在前人工作程度很低的地区寻找到了设计需要的建造土坝的各种材料。同时,使用野外和室内土工实验方法,研究了这些建材的物理、力学性质。在此基础上根据平均厚度法和设计、规范标准对各料场建材进行了计算和评价,其质量和数量均满足要求,为本工程设计和施工提供了可靠的建材依据。关键词防渗土料粘土勘察储量实测指标标准质量评价中图分类号TV41文献标识码A文章编号10093575200704014905SURVEYANDEVALUATIONONNATURALBUILDINGMATERIALSOFWULAGALRESERVOIRENGINEERINGLIUZHI2ZHONG,LIUXIAO2FENGINNERMONGOLIA,WATERCONSERVANCY,HYDROPOWERSURVEYANDDESIGNINSTITUTE,HUHHOT010020,CHINAABSTRACTTHEMOREWATERCONSERVANCYANDHYDROPOWERPROJECTSOFTENSUITMEASURESTOLOCALCONDITIONSANDTHEUSEOFLOCALMATERIALS,SOMETIMESLOCALNATURALBUILDINGMATERIALSEVENDETERMINETYPESOFBUILDINGANDBECOMEDECIDINGFACTOROFENGINEERINGCOSTSTHISPAPERANALYZESTHEREGIONALTERRAIN,TOPOGRAPHY,STRATIGRAPHY,LITHOLOGYANDSOON,TOGOTHROUGHINVESTIGATIONMEANSOFTHEGEOLOGICALSURVEY,DRILLING,TEST2PITTINGSEARCHTHEDESIGNDEMANDMATERIALSFORTHECONSTRUCTIONOFTHEDAMINTHELOWLEVELREGIONOFPREVIOUSWORKMEAN2WHILE,TOUSESOIL2TESTMETHODSFOROUTDOORSANDLABORATORYSTUDIEDTHEPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFTHESEBUILDINGMATERIALSBASEDONTHIS,THEBUILDINGMATERIALSINMATERIALFIELDSARECALCULATEDANDEVALUATEDACCORDINGTOTHEAVERAGETHICKNESSWAYANDTHESTANDARDOFTHEDESIGNSANDSPECIFICATIONS,THEQUALITYANDQUANTITYOFTHESEMATERIALSARETOMEETTHEREQUIREMENTSDESIGNANDCON2STRUCTIONOFTHISPROJECTAREPROVIDEDWITHARELIABLEBASESOFBUILDINGMATERIALSKEYWORDSPREVENTIONPERMEABILITYSOILMATERIALSQUALITYEVALUATIONCLAYINVESTIGATIONRESERVESACTUALMEASUREMENTINDEXSIGNSTANDARD然建筑材料的设计需要量为防渗土料10104M3均质土料35104M3坝壳填筑料33104M3混凝土细骨料013104M3混凝土粗骨料016104M3反滤料砂111104M3反滤料砾石111104M3人工混凝土粗骨料2104M3。内蒙古水利水电勘测设计院承担了乌拉盖水库工程地质勘察工作,于2002年5月进入现场实施天然建筑材料调查并做了相应的野外和室内土工试验。1工程概况乌拉盖水库位于内蒙古东乌旗境内的乌拉盖经济开发区,其工程等别和主要设计指标为工程等别级,工程规模为大型,总库容2183108M3,设计洪水位913186M,正常蓄水位911112M,坝顶高程916148M,最大坝高21198M,坝顶长度354M,溢洪道泄洪洞堰顶高程909M,泄洪涵洞洞顶高程903M,坝型为粘土心墙坝或均质土坝。各种当地天3收稿日期20070508作者简介1957,男,高级工程师,主要从事工程地质的研究1150内蒙古农业大学学报2007年及规模分为、两个料场。料场位于水库管理站东侧山坡上,为一已开采料场,距坝址约019KM,有土路相连,交通便利。料场有用层岩性为黄褐、褐色壤土,结构单一,呈薄厚层分布,由南向北逐渐变薄,平均厚度618M。无用层平均厚度015M。料场场地开阔,地下水位低于有用层底板,无水下开采,不受季节影响,开挖条件较好,便于使用机械开挖。料场位于乌拉盖开发区砖场的山坡上,是1个正在开采的粘土料场,距坝址约65KM,有四级公路和砂石路相通,交通较为便利。料场有用层岩性以黄褐、浅褐色粘土为主,其次为壤土,呈薄中厚层状分布,平均厚度115M。无用层岩性为土黄色砂壤土,平均厚度018M。料场场地开阔,地下水位埋深大,无水下开采,不受季节影响,但有用层较薄,不利于使用机械开挖,且运距较远。31212均质土料场开采条件均质土料场位于51团砖场山前冲积平原和低山丘陵区。砖场现已停止生产。料场距坝址约5KM,有砂石路相通,交通便利。料场有用层岩性为含少量砾的壤土,结构单一,呈薄中厚层分布,平均厚度119M。无用层岩性为黑黄色砂壤土,含有机质及植物根系,平均厚度013M。料场地形开阔平坦,地下水位低于有用层底板,无水下开采,不受季节影响,无用层较薄,有用层较厚,适合机械开挖。31213砂砾料料场开采条件砂砾料按产地分为三连和胡稍庙两个料场。三连料场位于水库下游三连附近的乌拉盖河右岸,为一已开采料场,距坝址约8KM,有四级公路及砂石路相通,交通尚属方便。料场有用层岩性为冲洪积砂砾石,平均厚度112M,为粗细骨料混合料场。无用层岩性为黑灰色砂壤土及含砾砂壤土,平均厚度118M。地下水位埋深215M。水上开采平均厚度017M,水下开采为015M。该料场无用层较厚,有用层较薄,且有水下开采,开采条件较差。另一个料场为胡稍庙砂砾料场。该料场位于水库下游胡稍庙附近的乌拉盖河两岸,是一已开采的料场。料场距坝址约23KM,有草原土路与公路相通,交通比较方便。料场有用层岩性为冲洪积的砂砾石,薄层分布,平均厚度110M,为粗、细骨料混合料场。无用层岩性为黑灰色砂壤土及含砾砂壤土,2区域地质概况211地形地貌水库和周边地区地貌形态可划分为构造剥蚀梁状低山、枝状沟谷、沼泽化河谷平原、风积砂地四大类型。梁状低山山顶高程一般为950M1100M,主要由上侏罗系火山碎屑岩组成。由于长期风化剥蚀作用,山顶多呈梁状、浑圆状。地表被第四系地层覆盖,草类植物茂盛。枝状沟谷广泛分布于工作区,多呈NW方向和NE方向延伸,分叉较多,呈树枝状。谷坡多为直线和凸形,坡角2030,沟谷底部由全新统冲积砂和砂砾石组成。沼泽化河谷平原由乌拉盖河冲积形成,地形开阔平坦,河流蛇曲发育。地表主要由第四系全新统砂砾石、淤泥质壤土、砂壤土组成。风积砂地局部分布在山坡及河谷平原中,由全新统风积砂组成。形态为固定和半固定砂丘、砂垅砂滩、砂窝地、平砂地等1,2。212地层岩性工作区出露及钻孔揭露的地层岩性有侏罗系上统查干诺尔组J3C,岩性为安山质、流纹质火山碎屑岩,安山质凝灰角砾岩,晶屑玻屑凝灰岩,流纹质熔结凝灰岩,石英粗面岩,黑曜岩等。新生界第三系上新统N2气孔、杏仁状安山岩、玄武岩,红色泥岩,砂砾岩。新生界第四系Q中更新统Q2,冰碛冰水堆积泥砾、含壤土粗砾、砂砾石、砂,冲湖积淤泥质壤土、砂卵石上更新统Q3,坡积、洪积砂砾石、碎石、黄土状砂壤土全新统Q4,冲积壤土、砂壤土、中粗砂、砂砾石,湖沼相淤泥质壤土、淤泥质细沙,风积细砂、中细砂,洪积、坡积、崩积砂壤土、碎石、砂,残积红色粘土、壤土1,2。3天然建筑材料调查与储量计算311勘察精度及勘探方法各类料场均按详查精度布置工作量。依据料场分布、类型、地形、储量等特征布置勘探点,采用地面调查、钻探、坑探并结合天然断面等手段进行勘察3,4。在探坑内分层取样,现场做土的天然密度及含水量试验探坑采用全坑法取土,钻孔取原状样及散状样,运至室内做各项试验5。312各料场开采条件31211防渗土料场开采条件防渗土料场按产地151第4期刘志中等乌拉盖水库工程天然建筑材料调查与评价量为215104M3反滤料砾石勘察储量为213104M3人工混凝土粗骨料勘察储量为4104M3。各类天然建筑材料数量均满足设计需要量2倍以上的规范要求3,4。4各类天然建筑材料质量评价411防渗土料质量评价料场岩性为冲积形成的黄褐、褐色壤土,分布较为平均厚度为1150M。地下水埋深210M,水上与水下开采平均厚度均为015M。该料场无用层较厚,有用层较薄,且有水下开采,开采条件较差。313储量计算各料场均采用平均厚度法进行计算3。经计算,防渗土料勘察储量为20104M3均质土料勘察储量为74104M3坝壳填筑料勘察储量为70104M3混凝土细骨料勘察储量为016104M3混凝土粗骨料勘察储量为113104M3反滤料砂勘察储3稳定,接近固态状。其天然干密度为1182G/CM,天然含水量为1013,具体质量评价结果见表1表1防渗土料质量评价表TAB1QUALITYEVALUATIONLISTFORPREVENTIONPERMEABILITYSOIL序号项目技术指标料场料场评价211218181176106CM/S0158010481013最优含水量1419813311518102108106CM/S015401231515最优含水量191381612345粘粒含量塑性指数渗透系数有机质按重量计水溶盐1540为宜1020碾压后7宜大于天然密度1198G/CM3满足要求满足要求满足要求满足要求满足要求6天然含水量满足要求7PH值满足要求211021038紧密密度满足要求9SIO2/R2O32注各料场实测指标均为算术平均值412均质土料质量评价均质土料场内分布有较为稳定的洪冲积层,岩性为黑黄、褐色含少量砾的壤土,接近固态状,其天然干密度为1171G/CM3,天然含水量为1010,具体质量评价结果见表2。根据表1评价结果,各料场的实测指标均满足防渗土料的各项技术指标要求,可作为防渗料场使用。但料场储量较小,料场运距较大,如条件许可,下阶段应进行补充勘查工作,在距坝址更近地区勘察新料场3,4。表2均质土料质量评价表TAB2QUALITYEVALUATIONLISTFORHOMOGENEITYSOILMATERIALS序号项目技术指标51团料场评价1711131171106CM/S0152010531010最优含水量131381512345粘粒含量塑性指数渗透系数有机质按重量计水溶盐1030为宜717碾压后7宜大于天然密度1199G/CM3满足要求满足要求满足要求满足要求满足要求6天然含水量满足要求7PH值满足要求21108紧密密度满足要求9SIO2/R2O32注料场各实测指标均为算术平均值152内蒙古农业大学学报2007年根据表2评价结果,51团料场各项实测指标均能满足均质坝土料的技术指标要求,该料场可作为均质土料场使用3,4。413混凝土细骨料质量评价三连砂砾料场该料场为砂、砾混合料场,其净砂含量为47,岩性为黄褐色细砂及中、粗砂、中密、湿饱和,呈中厚薄层状分布。砂料以细砂为主。胡稍庙砂砾料场该料场为砂、砾混合料场,其净砂含量为74,岩性为黄褐色细砂及少量中、粗砂,中密、湿饱和,呈中厚薄层状分布。两料场具体质量评价结果详见表3。表3混凝土细骨料质量评价表TAB3QUALITYEVALUATIONLISTFORCONCRETEFINEAGGREGATE序号项目技术指标三连料场胡稍庙料场评价2155G/CM31150G/CM31160G/CM345215抗寒性混凝土11510151浅于标准色61258130为宜1136G/CM3461137G/CM34512512堆积密度孔隙率不满足要求偏大不满足抗寒性混凝土要求满足要求满足要求满足要求满足要求119621233吸水率4567冻融损失率针片状颗粒含泥量有机质01856160171浅于标准色31571580167浅于标准色8粒度模数61546152满足要求注含泥量中不允许有粘土块、粘土薄膜,有则应做专门试验论证。料场各实测指标均为算术平均值。砾石力学性能应符合水工钢筋混凝土结构设计规范要求415反滤料质量评价反滤料料场与粗、细骨料料场相同,为三连料场和胡稍庙料场。其岩性和开采条件同前。两料场具体质量评价结果详见表5。根据表4评价结果,两料场均存在堆积密度过小,孔隙率偏大,吸水率不满足抗寒性混凝土要求的不足,应采取工程措施进行处理,其余各项指标均满足水工混凝土粗骨料质量要求,该两料场基本可用作粗骨料使用3,4。8细度细度模数215315为宜21312143偏小153第4期刘志中等乌拉盖水库工程天然建筑材料调查与评价表5反滤料质量评价表TAB5QUALITYEVALUATIONLISTFORANTIFILTERMATERIALS序号项目技术指标三连胡稍庙评价应尽量均匀,要求这一组的颗粒,不会钻入另一组的空隙中去,满足要求过大不合格合格为避免堵塞,所用材料中小于011MM的颗粒在数量上不超过5。113221131粒径级配2345不均匀系数CU颗粒形状含泥量渗透系数8无针片状颗粒,坚固抗冻3大于7518103CM/S对于塑性指数大于20的粘土地基第一层粒度D50的要求,当CU2时,D505MM当2CU5时,D505MM8MM23176160181271871580172平均粒径D506