第２期总第１６８期　２０１０年３月　浙江水利科技　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｈｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓ　Ｎｏ．２　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１６８　Ｍａｒｃｈ　２０１０　

浅析土石坝除险加固中回填土料的选用　

陈鹤栋’，何财胜　，缪鹏’　

（１．宁波市水利水电规划设计研究院，浙江　宁波３１５１９２；　

２．宁波清源工程检测试验有限公司，浙江　宁波３１５１９２）　

．摘要：土石坝除险加固中，为了改善土坝的密实度，降低其透水性和压缩性，现常采取填土夯实、套井　

回填等工程措施。而回填土料的选择则直接决定了工程投资成本高低及施工的难易程度。通过１年多的试验对　

比，发现粉质黏土较黏土更容易施工控制，更具有相关稳定性。　

关键词：回填土料；最大干密度；最优含水率　

中图分类号：ＴＵ４１１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８．７０１Ｘ（２０１０）０２．００２２－０２　

１问题的提出　

在工程回填土料选择中，常利用于密度、压实度、分　

散性、渗透性、剪切、固结等指标作为回填土料质量检验　

指标，并作为选择回填土、夯实次数等施工技术的主要依　

据。在一般力学指标基本满足工程力学性质的情况下，最　

大干密度、最优含水率即作为回填土料选择的主要控制指　

标，而土料的选择则直接决定了工程的成败和施工成本的　

高低。　

２试验分析　

２．１试验成果　

由于天然土料因颗粒组成较为复杂而存在较多的衍生　

土种类，比如含砾粉质黏土、含砂粉质黏土、黏土质砂等，　

这些均为粉质黏土、黏土的衍生种类。为此，我们以多年　

来宁波地区几种较为典型的回填土料为例，对比较有代表　性的黏土和粉质黏土进行总结比较，结果见表１、２。主要　

分析了土料的分散性、垂直压缩系数、渗透性、最大干密　

度、最优含水率等质量指标。　

２．２粉质黏土与黏土的基本特征分析　

由表１、２中可以直观地发现粉质黏土与黏土的分散度　

Ｄ均＜３０％，根据规范确定其均为非分散性土；渗透系数　

均＜１．０Ｅ一５，满足作为防渗体土料的要求；另观察土料的　

有机质、水溶盐含量等可以确认粉质黏土与黏土均满足基　

本用料前提。　

再来分析选用料的基本力学指标，从表２可以得出黏　

土的垂直压缩系数要明显的大于粉质黏土，甚至个别黏土　

达到了高压缩性土的界限；在抗剪试验中发现黏土的抗剪　

强度基本要小于粉质黏土，抗剪性能相对较差。由此可以　

得出当处理高坝时，选用粉质黏土作为选用土料明显较黏　

土更为安全可靠。特别是高压缩性红黏土，不宜做为高坝　处理材料。　

表１试验成果表　

收稿日期：２００９－０８—１５　作者简介：陈鹤栋（１９８１一），男，助理工程师，大学本科，　主要从事岩土工程试验检测、水土保持监测方面的研究。　

・２２・

　总第１６８期・浙江水利科技・２０１０年第２期　

２．３最大干密度与最优含水率的工程影响　

在此，重点分析以下２种土料最大干密度与最优含水　

率的关系。　

粉质黏土与黏土样本的均值　、极差　、方差　及变　

异系数　见表３。　

表３样本统计特性表　

土的类别指标名称　均值　极差Ｒ方差Ｓ　变异系数ｃｖ　

表中：样本平均值　＝÷∑　；极差Ｒ＝Ｘｒａａｘ—　；方差Ｓ２＝　“日　

＇　ｎ　∑（粕一　）　；变异系数　＝　均引白文献Ｅｌｉ。　一　

由表３可以直观的发现黏土的极差Ｒ和方差　等都比　

粉质黏土大，反映出黏土个样之间比较离散。粉质黏土最大　

干密度ｐ妇的样本分布区间为１．６１％～１．７３　ｅｇｃｍ￣，最优含　

水率　的样本分布区间为１８．９％～２２．１％；而黏土最大干密　

度ＩＤ　的样本分布区间为１．３３　１．４５　ｃｍ３，最优含水率　

的样本分布区间为２９．３％～３４．８％。通常按规范要求３级土　

坝　就要达到９６％～９８％，干密度ｐ０需要大于１．４０～１．５０　

∥ｃ　。由表１发现黏土样本的ｌＤ　最大为１．４５　ｃｒｎ３，在施工　

过程中一旦含水率控制稍有误差将很难达到设计规范控制　

要求，而如果采用ＩＤ　为１．３３　ｃｍ３的土料，则必须采取必要　

的工程措施，比如掺人外来掺合料等，这必将大大提高工程　

造价；再观察粉质黏土，发现其最优含水率接近于土的天然　

含水率，只要稍加控制便能达到，且既施工方便，又节约工程　

投资。　以宁海县车岙港水库为例。由于车岙港水库为中（２）　

型水库，大坝为中低坝，宁海县又基本以红色、褐红色高　

液限黏土为主，条件所限只能采用黏土。由表１可知，车　

岙港水库的选料料场土质为黏土，最大干密度为１．４６　ｃｍ］　

左右，最优含水率在３０．５％附近。在套井回填中前期设计　

预算投资为２５０万元左右，设计要求达到最大干密度为　１．５０　ｃｒｎ３，渗透系数为１．０Ｅ一５。在施工前期大量检测得　

平均干密度为１．４３　ｇ，ｃⅡ　，渗透系数为４．８Ｅ一７。由于土质　

本身就达不到设计要求，最后经过专家会审，同意设计指　

标下降为１．４５　ｃｍ３，但要求施工单位严格控制施工工艺。　

因为施工成本的增加，最后工程施工投资达到２６５万元左　

右，工程投资仅因此就增加了６％。　

２．４最大干密度和最优含水率的相关性分析　

通过分析这２个变量之间的相关性，可以判定何种土　

质更具有相对稳定性。通常１座土坝回填需要大量土料，　

所以１个供应土质的料场通常需要有足够的土料储量，而　

天然土料具有明显的各向异性，因此土质的相对稳定性关　

系到回填土坝土质的均一性和稳定性。　

研究２个变量的相关性是，最直观的办法便是选取直　

角坐标系，对相关变量作散点图分析观察，看其散点的关　

系趋势（见图１、２）。　

１．７５　

１．７０　＼　１．６５　

掘１．６０　Ｈ－　１．５５　

１．５０　２０　２１　２２　２３　２４　２５　２６　２７　最优含水率／％　

粉质黏土相关性图　

２４　２５　２６　２７　２８　２９　３０　３１　３２　３３　３４　３５　最优含水率／％　

图２黏土相关性图　（下转第２９页）　

・２３・　９　喀　

＂　总第１６８期・浙江水利科技・２０１０年第２期　

经多次开机起励试验检查，振动情况同前，经过多方　

会诊，认为机组在起励转动过程中转子磁极短路或绕组多　

点接地短路。当一个磁极因短路而引起磁动势减小时，和　

它相对应的那个磁极的磁动势并没有变，因而出现一个跟　

转子一起旋转的辐向不平衡磁拉力，引起转子振动。这种　

振动的大小取决于失去作用的线圈匝数，当去掉励磁，振　

动立即消失。为查明短路位置，技术人员认为在晚上开机　

在相对黑暗的环境下再查看有否明显短路的现象出现，后　

来进行开机和多方位监视，发现其中有一处转子磁极上有　

隐隐的蓝光出现，从而初步判断转子磁极可能在运动中存　

在问题，于是停止外加励磁，取下碳刷在转子集电环处转　

动中测得转子绝缘电阻０　Ｑ，停机后在同位置测得绝缘电阻　

还有５０　ＭＱ，于是可以判断转子磁极存在短路或两点接地，　

技术人员进入转子检查发现其中２只磁极的引线绝缘套破　

损，与磁极阻尼环有接触摩擦痕迹，在机组静态时测量两　

者的距离只有Ｏ．３～０．５　ｍｎｌ左右。经分析认为：机组在额　

定转速时，磁极引线因离心力作用向外有一定的移动量，　

该量大于０．３　ｍｌＴｌ，故与磁极阻力环相摩擦而绝缘破损。而　

机组转子一点接地保护本应该报警而未报，经查由于采用　

外接励磁零升，机组励磁电压采样值未接入保护装置，相　

当于该保护未投。到此困挠技术人员多日的振动超标原因　找到，经过处理后开机起励建压至额定值，机组振动正常，　

满足规范要求。　

４结语　

从多年水电站机组首次启动试运转情况来看，机组振　动值超标还是比较常见的问题，产生振动的原因是多方面　

的，查找问题一般应先水力、机械因素后电磁因素。一般　

当遇到发电机上机架振动值偏大而水导振动值正常的情况　

时可以先考虑采取上转子三点法配重试验方法来解决的；　

而当机组空转时振动值正常，加励磁升压过程随着机组电　

压的上升振动值有明显增大趋势的情况时，可以从电磁不　

平衡因数查原因，同时要监视转子动态绝缘电阻值，直至　

找到问题的根源。总之每台机组产生振动的原因各有不同，　

处理时还是需要视具体情况对症下药才能快速度、高效解　

决问题。　

参考文献：　

［１］王丰平．水轮发电机组动不平衡的原理分析及配重［Ｊ］．浙江　水利科技，２００５（１）：４８—４９．　

（责任编辑屠福河）　

（上接第２３页）　

由图中可以比较直观的发现粉质黏土落在相关线周围　

的散点较多，说明粉质黏土的相关性较好。　

３结论　

（１）在土石坝回填土料的选择中，在保证其土质为非　

分散性土，渗透性、基本力学条件满足的情况下，建议使　

用粉质黏土作为回填土料，特别在处理高坝水库时，不宜　

采用高压缩性红黏土。若不得不使用黏土作为回填料时，　要求对黏土的压缩性进行必要的论证。　

（２）在一般土石坝回填加固中，选择粉质黏土作为回　

填土料，易于控制最优含水率，减少施工成本、降低工程　

投资。由表１可知，土料不宜选用黏粒（＜０．００５　ｉｎｔｏ）含　量＞３５％的黏土，其最大干密度很难达到设计规范要求。　

若工程附近只有高液限黏土，则应采取必要的工程措施　（如掺入适量的石灰等），以满足设计规范的要求。　

（３）当回填土料场较大时，由于天然土的各向异性明　

显，宜选用相关性较好的粉质黏土，有必要时应对各个层　

位土料均做试验验证。对于天然土中＞１５０　ｌｌｌ／ｎ粒径的砾石　

应予以剔除，应对自然土进行筛选，以确保坝体的土质均　

一性、稳定性。　

参考文献：　

［１］袁开先．工程地质数据统计初步［１］．北京：水利电力出版　社。１９９１．　

（责任编辑韩继静）　

（上接第２６页）有些地方，因港口码头、临港工业的开发　

建设，海岸线已开发规划“殆尽”，登陆点出现一“点”难　

求的现象，在海域使用上，海底管线路由也越来越多地与　

其它产业发生冲突和矛盾，如渔业、航道、锚地、军事等。　

海底管线路由的选择是否科学、合理，事关工程总投　

资、建设工期和工程的安全稳定运行，故提高预选海底管　

道路由的勘测调查深度，加强与当地海洋行政主管部门的　

沟通联系，符合海洋功能区划和海域使用论证，加强海底　管道的宣传保护，是十分必要的。　

参考文献：　

［１］中华人民共和国国家质量技术监督局．ＧＢ　１７５０２－－１９９８海底电　缆管道路由勘察规范［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９８．　［２］刘阿成．岱山县引水应急工程海底管道路由勘测报告［Ｒ］．上　海：上海东海海洋工程勘察设计研究院，２００７．　（责任编辑屠福河）　

・２９・