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【摘 要】砾质粘土因其较好的物理力学性能已广泛的应用于心墙的填筑料中，但因其颗粒级配范围宽广，多具有不均匀、不稳定、不连续的特点，在心墙的填筑压实工程中很难控制，特别是砾质粘土中粗颗粒的影响，本文就这一问题通过一实例对土石坝砾质粘土的压实控制技术进行阐述。
【关键词】砾质粘土；心墙；填筑；压实；粗颗粒
一．问题的提出
现在的土石坝工程中，土石坝的不同部位，使用不同的土料，工程性质相差很大，如坝壳料多用透水性强的堆石料，而心墙防渗料多采用透水性小的粘土、砾质粘土。不同土料的工程特性研究已经成为土石坝工程的一项重要研究内容。
虽然对砾质粘土作为土石坝心墙防渗料的研究已经开展了很久，但对其在物理力学性质方面的研究分析仍存在一些问题：其一，砾质粘土的物理力学性质研究不是很多；其二，砾质粘土研究的深度不是很深。对于土石坝来说，无论哪种类型，控制施工质量的关键工序均是对坝体土石料的分层填筑压实效果的控制。但对于砾质粘土的压实特性所作的研究大都比较单一，仅在工程应用范围内对单一掺砾量(即单一结构)下的砾质土压实特性作研究，没有对其作系统研究。
因此，对砾质粘土的工程特性进行研究，进一步掌握其物理力学性能，对高土石坝的建设与发展将起到积极的推动作用。
二．土石坝砾质粘土的特性
由天然砾质粘土或粘土和砾石按照一定比例掺合而成的砾质粘土经碾压后一般均可获得较高的填筑密度及抗剪强度；具有比较低的压缩性，沉陷变形小，与坝壳料变形较为协调，可以减小变形量，改善应力状态，减少水力劈裂的可能性；承载能力强，利于重型施工机械的运行；具有较好的防渗性能；对含水量不太敏感，施工性能好等优势。并且在自然界分布广泛，储量非常丰富。
这些优势极大地弥补了纯粘土心墙土石坝的缺陷，由此砾质粘土作为心墙防渗料己成为如今的发展趋势。
三．砾质粘土的工程隐患
虽然砾质粘土相对于粘土作为心墙料具有很大的优势，但因为其颗粒级配范围宽广，多具有不均匀、不稳定、不连续的特点；同时因为各种粒径的含量差别很大，由此导致其物理力学性能的差别也是千变万化，没有一定的标准。但作为心墙料使用的砾质粘土，土颗粒大小对其性质的影响不可忽视，对工程性质影响最大的是粗粒（粒径大于5mm）含量。
根据工程经验：当砾质粘土中，砾石（粒径大于5mm）的含量不大于50%～60%，细粒（粒径小于0.075mm）的含量不小于15%时，才能满足心墙料的筑坝要求。
正是由于砾质粘土的颗粒级配范围宽广，在工程应用中很难控制，所以在实际的工程应用中，就很难满足具体的工程实际，或是给工程施工造成困扰的一些情况，均需要研究……
四．土石坝填筑土质量控制
现根据具体的实例来分析土石坝心墙填筑的质量控制。
该水电站工程属大(I)型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有多年调节能力。水库库容237.03x108m3，电站装机容量5850Mw。心墙堆石坝坝高261.5m，坝体总填筑量3360.64 x104m3，心墙防渗料468.42x104m3。心墙堆石坝属世界级超高土石坝，采用风化料掺硬岩(角砾岩)碎石料（砾质粘土）作心墙防渗料，国内尚属首次，国际上也不多见。
对所用的砾质粘土进行试验，并且试验按照中华人民共和国行业标准《土工试验规程》SL237-1999的粗粒料试验要求进行。
试验的材料取自该水电站大坝心墙防渗材料的料场：TK6，TK9,KT13，TK14，TK16，TK17。
通过对土样进行颗粒分析试验，得到六组样的颗粒含量和颗分曲线，见表1和图1。
通过对土样进行界限含水率试验得到土样的塑性指数；通过进行击实试验得到土样的最大干密度和最优含水率。试验结果见表2。
实验结果及分析
对试验结果的分析来看:
（1）从国内外高土石坝使用宽级配碎(砾)石土作防渗材料的经验来看，只要粗料(粒径大于5mm)含量的上限不超过50%—60%，细料(粒径<0．075mm)含量的下限不小于l5%，最大粒径不超过150mm或不大于碾压层厚的2／3，渗透系数小于1×10-5，这种土料就可用作心墙防渗料。从表1中土料的颗粒含量可以看出，本次试验六组样的粗粒和细粒含量均符合要求。故从颗粒级配看，六组样均可作为大坝的心墙材料。
（2）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》SL251-2000第5.3.5规定：土石坝防渗体土料应符合的标准为粘粒含量为15%～40%，塑性指数为10～20，渗透系数的要求为碾压后小于1×10-5cm/s；《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001第2.1.5条规定：心墙土料应满足下列要求:心墙的渗透系数不大于1×10-5cm/s；第4.1.10条规定：用于填筑防渗体的砾石土,粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%，最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3，0.075mm以下颗粒含量不应小于15%，填筑时不得发生粗料集中架空现象。在本次试验中，六组样的试验值与规范规定值对比见表3所示。
从表3可以看出，除TK14和TK17的塑性指数指标大于规范的要求外，其余指标和试样均满足大坝心墙相关规范对土料的要求。
综上所述，该土石坝选用的土料能满足心墙料的要求。
因为土石坝施工存在着填筑土质量难以控制的特点，控制不当，易造成坝体松散、溃陷、渗水等，所以土石坝的施工和质量控制尤为重要。用作土石坝填筑的土料首先要满足规范和设计的要求，在此基础上，做好土料填筑的质量控制才会有意义。之前的试验结果已证实该料场的砾质粘土能滿足要求，并且该土石坝施工中的原材料均在坝址附近的充裕的天然土场采取，这样运输快捷，方便取土，也缩短了工时，节约了成本。充裕的土料场是土石坝的正常施工的前提。
堤坝填筑土质量控制的原则与程序
土石坝填筑土质量控制的原则有：(1) 符合规范要求；(2) 符合设计要求；(3)符合碾压试验要求。(4)土石坝填筑土质量控制的程序如框图所示：
土石坝质量控制点可以分为：碾压试验、击实试验、料场的土料、上坝的土料以及压实土。
碾压试验
碾压试验采用机械压实场地基础，碾压试验的场地布置为：长14m，宽12m，每个组合取样为12个，分别测定土料的含水率、干密度以及颗粒级配。碾压试验是施工程序和质量控制的重点，作用就是确定合理的施工参数：含水率、干密度、铺土厚度、碾压遍数。如何确定施工参数是质量控制的关键。
(1)铺土厚度：铺土厚度的合适性以压实土密实、匀质为标准，一般以测量尺为控制尺度的依据。(2)碾压遍数：碾压遍数以压实土匀质、密实为确定的依据。(3)含水率：含水率采用目测、手掐、烘箱烘干法、酒精燃烧进行测定。(4)干密度：干密度为评定土密实度的直接指标，可以采取试坑取样、针探的方法进行确定，一般以环刀法为评定的依据。
击实试验
击实试验确定土的最优含水率和最大干密度；确定土最优含水率的意义是确定土的含水率控制范围。含水率的控制范围为：最优含水率-2％～最优含水率+3％，确定土最大干密度的意义是确定压实土的密实度。
料场土
料场土的控制要素为：⑴含水率：依据碾压试验的含水率控制范围确定土料的含水率是否符合要求。⑵土的类别：主要依据施工用土的界限含水率试验、土的筛析试验和土的有机质含量试验来进行分类。
上坝的土料
上坝的土料的控制要素有：⑴土的颜色、气味、手感等；⑵杂物和杂质状况。采取目测、鼻嗅、手搓的方法判断土的质量状况，从而确定土的性能的好坏。
压实土
压实土的控制要素有：⑴表面状况：平整、光面、松散土、弹簧土；⑵密实度。密实度合格是判定并执行土石坝工程施工规范和碾压式土石坝施工规范的主要指标。
密实度按设计的等级，以压实系数指标作为评定依据，一般按0.95或0.90确定。
该水电站坝体超高，防渗土料填筑规模较大，应采用压实度和含水率作为土料的填筑标准。土料的控制指标(最优含水量、最大干密度)应随着土料性质的变化而变化，不应采用固定不变的干密度和含水率作为心墙土料的压实控制指标。而应采用“固定压实系数、变化干密度和含水率”的方法进行大坝填筑碾压施工控制的方法进行质量控制。
参考文献
[1] 杨进良，土力学 北京：中国水利水电出版社，2000年第二版。
[2] 中华人民共和国行业标准.土工试验规程（SL237-1999）[S].北京：中国水利水电出版社，2000.
[3] 中华人民共和国行业标准.碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）北京：中国水利水电出版社，2002.
[4] 中华人民共和国行业标准.水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）.北京：中国水利水电出版社，2000.
[5] 梁兴辉，王宝民，堤坝镇筑土质量控制分析 黑龙江：黑龙江水利科技，2005年第4期.
【关键词】砾质粘土；心墙；填筑；压实；粗颗粒
一．问题的提出
现在的土石坝工程中，土石坝的不同部位，使用不同的土料，工程性质相差很大，如坝壳料多用透水性强的堆石料，而心墙防渗料多采用透水性小的粘土、砾质粘土。不同土料的工程特性研究已经成为土石坝工程的一项重要研究内容。
虽然对砾质粘土作为土石坝心墙防渗料的研究已经开展了很久，但对其在物理力学性质方面的研究分析仍存在一些问题：其一，砾质粘土的物理力学性质研究不是很多；其二，砾质粘土研究的深度不是很深。对于土石坝来说，无论哪种类型，控制施工质量的关键工序均是对坝体土石料的分层填筑压实效果的控制。但对于砾质粘土的压实特性所作的研究大都比较单一，仅在工程应用范围内对单一掺砾量(即单一结构)下的砾质土压实特性作研究，没有对其作系统研究。
因此，对砾质粘土的工程特性进行研究，进一步掌握其物理力学性能，对高土石坝的建设与发展将起到积极的推动作用。
二．土石坝砾质粘土的特性
由天然砾质粘土或粘土和砾石按照一定比例掺合而成的砾质粘土经碾压后一般均可获得较高的填筑密度及抗剪强度；具有比较低的压缩性，沉陷变形小，与坝壳料变形较为协调，可以减小变形量，改善应力状态，减少水力劈裂的可能性；承载能力强，利于重型施工机械的运行；具有较好的防渗性能；对含水量不太敏感，施工性能好等优势。并且在自然界分布广泛，储量非常丰富。
这些优势极大地弥补了纯粘土心墙土石坝的缺陷，由此砾质粘土作为心墙防渗料己成为如今的发展趋势。
三．砾质粘土的工程隐患
虽然砾质粘土相对于粘土作为心墙料具有很大的优势，但因为其颗粒级配范围宽广，多具有不均匀、不稳定、不连续的特点；同时因为各种粒径的含量差别很大，由此导致其物理力学性能的差别也是千变万化，没有一定的标准。但作为心墙料使用的砾质粘土，土颗粒大小对其性质的影响不可忽视，对工程性质影响最大的是粗粒（粒径大于5mm）含量。
根据工程经验：当砾质粘土中，砾石（粒径大于5mm）的含量不大于50%～60%，细粒（粒径小于0.075mm）的含量不小于15%时，才能满足心墙料的筑坝要求。
正是由于砾质粘土的颗粒级配范围宽广，在工程应用中很难控制，所以在实际的工程应用中，就很难满足具体的工程实际，或是给工程施工造成困扰的一些情况，均需要研究……
四．土石坝填筑土质量控制
现根据具体的实例来分析土石坝心墙填筑的质量控制。
该水电站工程属大(I)型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有多年调节能力。水库库容237.03x108m3，电站装机容量5850Mw。心墙堆石坝坝高261.5m，坝体总填筑量3360.64 x104m3，心墙防渗料468.42x104m3。心墙堆石坝属世界级超高土石坝，采用风化料掺硬岩(角砾岩)碎石料（砾质粘土）作心墙防渗料，国内尚属首次，国际上也不多见。
对所用的砾质粘土进行试验，并且试验按照中华人民共和国行业标准《土工试验规程》SL237-1999的粗粒料试验要求进行。
试验的材料取自该水电站大坝心墙防渗材料的料场：TK6，TK9,KT13，TK14，TK16，TK17。
通过对土样进行颗粒分析试验，得到六组样的颗粒含量和颗分曲线，见表1和图1。
通过对土样进行界限含水率试验得到土样的塑性指数；通过进行击实试验得到土样的最大干密度和最优含水率。试验结果见表2。
实验结果及分析
对试验结果的分析来看:
（1）从国内外高土石坝使用宽级配碎(砾)石土作防渗材料的经验来看，只要粗料(粒径大于5mm)含量的上限不超过50%—60%，细料(粒径<0．075mm)含量的下限不小于l5%，最大粒径不超过150mm或不大于碾压层厚的2／3，渗透系数小于1×10-5，这种土料就可用作心墙防渗料。从表1中土料的颗粒含量可以看出，本次试验六组样的粗粒和细粒含量均符合要求。故从颗粒级配看，六组样均可作为大坝的心墙材料。
（2）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》SL251-2000第5.3.5规定：土石坝防渗体土料应符合的标准为粘粒含量为15%～40%，塑性指数为10～20，渗透系数的要求为碾压后小于1×10-5cm/s；《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001第2.1.5条规定：心墙土料应满足下列要求:心墙的渗透系数不大于1×10-5cm/s；第4.1.10条规定：用于填筑防渗体的砾石土,粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%，最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3，0.075mm以下颗粒含量不应小于15%，填筑时不得发生粗料集中架空现象。在本次试验中，六组样的试验值与规范规定值对比见表3所示。
从表3可以看出，除TK14和TK17的塑性指数指标大于规范的要求外，其余指标和试样均满足大坝心墙相关规范对土料的要求。
综上所述，该土石坝选用的土料能满足心墙料的要求。
因为土石坝施工存在着填筑土质量难以控制的特点，控制不当，易造成坝体松散、溃陷、渗水等，所以土石坝的施工和质量控制尤为重要。用作土石坝填筑的土料首先要满足规范和设计的要求，在此基础上，做好土料填筑的质量控制才会有意义。之前的试验结果已证实该料场的砾质粘土能滿足要求，并且该土石坝施工中的原材料均在坝址附近的充裕的天然土场采取，这样运输快捷，方便取土，也缩短了工时，节约了成本。充裕的土料场是土石坝的正常施工的前提。
堤坝填筑土质量控制的原则与程序
土石坝填筑土质量控制的原则有：(1) 符合规范要求；(2) 符合设计要求；(3)符合碾压试验要求。(4)土石坝填筑土质量控制的程序如框图所示：
土石坝质量控制点可以分为：碾压试验、击实试验、料场的土料、上坝的土料以及压实土。
碾压试验
碾压试验采用机械压实场地基础，碾压试验的场地布置为：长14m，宽12m，每个组合取样为12个，分别测定土料的含水率、干密度以及颗粒级配。碾压试验是施工程序和质量控制的重点，作用就是确定合理的施工参数：含水率、干密度、铺土厚度、碾压遍数。如何确定施工参数是质量控制的关键。
(1)铺土厚度：铺土厚度的合适性以压实土密实、匀质为标准，一般以测量尺为控制尺度的依据。(2)碾压遍数：碾压遍数以压实土匀质、密实为确定的依据。(3)含水率：含水率采用目测、手掐、烘箱烘干法、酒精燃烧进行测定。(4)干密度：干密度为评定土密实度的直接指标，可以采取试坑取样、针探的方法进行确定，一般以环刀法为评定的依据。
击实试验
击实试验确定土的最优含水率和最大干密度；确定土最优含水率的意义是确定土的含水率控制范围。含水率的控制范围为：最优含水率-2％～最优含水率+3％，确定土最大干密度的意义是确定压实土的密实度。
料场土
料场土的控制要素为：⑴含水率：依据碾压试验的含水率控制范围确定土料的含水率是否符合要求。⑵土的类别：主要依据施工用土的界限含水率试验、土的筛析试验和土的有机质含量试验来进行分类。
上坝的土料
上坝的土料的控制要素有：⑴土的颜色、气味、手感等；⑵杂物和杂质状况。采取目测、鼻嗅、手搓的方法判断土的质量状况，从而确定土的性能的好坏。
压实土
压实土的控制要素有：⑴表面状况：平整、光面、松散土、弹簧土；⑵密实度。密实度合格是判定并执行土石坝工程施工规范和碾压式土石坝施工规范的主要指标。
密实度按设计的等级，以压实系数指标作为评定依据，一般按0.95或0.90确定。
该水电站坝体超高，防渗土料填筑规模较大，应采用压实度和含水率作为土料的填筑标准。土料的控制指标(最优含水量、最大干密度)应随着土料性质的变化而变化，不应采用固定不变的干密度和含水率作为心墙土料的压实控制指标。而应采用“固定压实系数、变化干密度和含水率”的方法进行大坝填筑碾压施工控制的方法进行质量控制。
参考文献
[1] 杨进良，土力学 北京：中国水利水电出版社，2000年第二版。
[2] 中华人民共和国行业标准.土工试验规程（SL237-1999）[S].北京：中国水利水电出版社，2000.
[3] 中华人民共和国行业标准.碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）北京：中国水利水电出版社，2002.
[4] 中华人民共和国行业标准.水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）.北京：中国水利水电出版社，2000.
[5] 梁兴辉，王宝民，堤坝镇筑土质量控制分析 黑龙江：黑龙江水利科技，2005年第4期.