李建國，王黨在，李小泉

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610071)

1 前 言

土石壩由于其對(duì)地基條件良好的適應(yīng)性、能就地取材、能充分利用建筑物開挖料、施工機(jī)械化程度高、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，成為世界各國廣泛采用的壩型。做好筑壩材料的壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)控制與分析評(píng)價(jià)，是土石壩施工質(zhì)量管理的重要內(nèi)容，對(duì)確保土石壩的安全有著十分重要的意義。

2 檢測(cè)點(diǎn)的布置

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》對(duì)取樣檢測(cè)的次數(shù)，針對(duì)不同材料，對(duì)每填筑一層規(guī)定了不同的檢測(cè)次數(shù)或不同填筑方量的檢測(cè)次數(shù)，但未對(duì)檢測(cè)點(diǎn)位的布置提出要求。檢測(cè)點(diǎn)的布置，需考慮斷面尺寸、材料類型、荷載、破壞模式等因素。大壩除受自身重力荷載外，主要受水庫水壓力的作用，大壩的滲流破壞、失穩(wěn)或地震反應(yīng)，主要沿大壩上、下游進(jìn)行，因此筆者在瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的檢測(cè)中，結(jié)合斷面布置采用沿垂直于壩軸線即順?biāo)鞣较虿贾貌煌拭鏅z測(cè)點(diǎn)的方式。

圖1為毛爾蓋水電站大壩各取樣點(diǎn)心墻料的檢測(cè)級(jí)配曲線，圖2為按照斷面取樣統(tǒng)計(jì)檢測(cè)級(jí)配曲線。對(duì)比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)分布取樣檢測(cè)級(jí)配曲線與按照斷面取樣統(tǒng)計(jì)檢測(cè)級(jí)配曲線存在一定的差別，且前者包線寬于后者。

3 關(guān)于控制標(biāo)準(zhǔn)的制定

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》規(guī)定了防滲體采用干密度、含水率或壓實(shí)度控制，反濾料、過渡料及砂礫料采用干密度或相對(duì)密度控制，堆石料采用孔隙率控制的方法。

進(jìn)入施工階段，施工單位對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查，并驗(yàn)證或復(fù)核設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其中就有可能因試驗(yàn)方法、試驗(yàn)儀器的不同或試驗(yàn)誤差而偏離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中最大干密度不是絕對(duì)最大值，而是在某標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的最大值。此時(shí)，需進(jìn)行討論研究，原則上以設(shè)計(jì)制定的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，因?yàn)樵诳辈煸O(shè)計(jì)階段，是以此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)力學(xué)試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算確定壩體結(jié)構(gòu)尺寸。瀑布溝水電站大壩的反濾料控制標(biāo)準(zhǔn)，就出現(xiàn)了上述情況。

4 防滲料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)

4.1 級(jí)配檢測(cè)控制方法

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》對(duì)黏性土防滲料提出檢測(cè)干密度與含水率指標(biāo)，對(duì)礫質(zhì)土防滲料提出檢測(cè)干密度、含水率與大于5mm礫石含量指標(biāo)。由于土料的防滲性，除與大于5mm礫石含量有關(guān)外，還與小于0.075mm含量、小于0.005mm含量密切相關(guān)，因此需進(jìn)行全級(jí)配的測(cè)試，并檢測(cè)塑液限指標(biāo)。由于土料5mm以下顆粒含量的基本性質(zhì)由料場(chǎng)的土料所決定，為加快檢測(cè)速度，可在料場(chǎng)或在鋪料時(shí)取樣測(cè)試5mm以下顆粒含量與塑液限指標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)大壩的碾壓施工，通常是沿壩軸線分段進(jìn)行，因此檢測(cè)基本不影響施工進(jìn)度。

圖1 毛爾蓋大壩各檢測(cè)點(diǎn)心墻料顆分級(jí)配曲線

圖2 毛爾蓋大壩按照斷面統(tǒng)計(jì)心墻料顆分級(jí)配曲線

由于施工中土料的不均勻性與施工中粗細(xì)料的部分分離，所抽取試樣必然存在一定的離散性；由于大壩水流垂直壩軸線，大壩的滲流破壞、失穩(wěn)或地震反應(yīng)，主要都是沿大壩上下游進(jìn)行；因此，級(jí)配的檢測(cè)評(píng)價(jià)，宜按照布置的斷面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每一個(gè)斷面作為一個(gè)樣本點(diǎn)，對(duì)照級(jí)配控制包線圖進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

4.2 壓實(shí)度的控制方法

對(duì)于接觸黏土，由于大于5mm礫石的含量通常控制在10%以內(nèi)，細(xì)料得到充分的壓實(shí)，因此檢測(cè)時(shí)以檢測(cè)的全料密度，按照DL/T5335-2006《水電水利土工試驗(yàn)規(guī)程》換算成小于5mm以下的密度與含水率，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算壓實(shí)度與含水率偏差進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

對(duì)于礫質(zhì)土防滲料，由于大于5mm礫石的含量通常超過30%，甚至達(dá)到60%，若采用5mm含量以下的細(xì)料密度計(jì)算壓實(shí)度，就必須求出每個(gè)試坑土料大于5mm礫石的體積，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的檢測(cè)，就無法滿足施工工期。即使采用三點(diǎn)擊實(shí)法，計(jì)算各土料的壓實(shí)度，但仍然需要計(jì)算每個(gè)試坑土料大于20mm 礫石的體積，因此試驗(yàn)工作量仍然大。

筆者在瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的檢測(cè)中，根據(jù)前期勘探試驗(yàn)進(jìn)行了系列擊實(shí)功能的選取，在全料壓實(shí)度滿足要求、細(xì)料壓實(shí)度也能滿足要求的前提下繪制了不同P5與干密度的關(guān)系曲線圖。施工檢測(cè)中，根據(jù)其細(xì)料塑性指數(shù)變化小、細(xì)料穩(wěn)定的前提下，查壓實(shí)度控制圖，即可快速確定壓實(shí)度與含水率偏差并進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

圖3為瀑布溝水電站大壩檢測(cè)的密度對(duì)比圖。圖中根據(jù)5mm含量可方便地求出壓實(shí)度、檢測(cè)料的含水率與最優(yōu)含水率的差值，達(dá)到快速檢測(cè)的目的。

4.3 合格率的控制

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》對(duì)防滲料的干密度或壓實(shí)度的合格率要求不小于90%，不合格干密度或壓實(shí)度不得低于設(shè)計(jì)干密度或壓實(shí)度的98%。

對(duì)于合格率的控制，需要大量的樣本數(shù)據(jù)才有統(tǒng)計(jì)意義，因此對(duì)整個(gè)壩的檢測(cè)資料才采用合格率的控制標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于每次的檢測(cè)資料，采用平均值滿足設(shè)計(jì)要求值、不合格干密度或壓實(shí)度不得低于設(shè)計(jì)干密度或壓實(shí)度的98%的控制方法。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念可以理解，只要每次的平均值滿足要求，那么符合正態(tài)分布的大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的期望值亦即平均值，其保證率在90%以上。圖4為瀑布溝水電站整個(gè)大壩抽檢取樣的壓實(shí)度統(tǒng)計(jì)圖，在保證率P=90%時(shí)，其壓實(shí)度滿足大于98%的要求。

圖3 瀑布溝大壩防滲土料ρdmax、ρd～P5～W、Wop關(guān)系曲線

圖4 瀑布溝大壩670～856m高程各檢測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度分布曲線

5 反濾料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)

通常高土石壩布置2層反濾料，對(duì)于緊靠心墻的反濾料，由于其細(xì)料含量高，可能存在滲透問題或地震液化問題，因此采取沿垂直于壩軸線即順?biāo)鞣较虿贾貌煌拭鏅z測(cè)點(diǎn)的方式。按照布置的斷面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每一個(gè)斷面作為一個(gè)樣本點(diǎn)，對(duì)照級(jí)配控制包線圖進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

根據(jù)前期系列振動(dòng)試驗(yàn)研究，繪制了不同P5與干密度、相對(duì)密度的相關(guān)系曲線圖，在施工期間，可以快速地獲取所測(cè)反濾料是否滿足設(shè)計(jì)要求。

同樣對(duì)于每次的檢測(cè)資料，采用平均值滿足設(shè)計(jì)要求值，不合格干密度不得低于設(shè)計(jì)干密度或壓實(shí)度的98%的控制方法。對(duì)整個(gè)壩的檢測(cè)資料，則以采用合格率評(píng)價(jià)控制標(biāo)準(zhǔn)方法作依據(jù)。

6 堆石料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)

堆石料以維持壩坡穩(wěn)定為目的，通常壩坡為圓弧滑動(dòng)破壞，不可能沿某一個(gè)斷面破壞，因此采用順?biāo)鞣较虿贾貌煌拭鏅z測(cè)點(diǎn)的方式，以整個(gè)上游或下游的檢測(cè)樣本作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，分別獲取平均值作為分析對(duì)象。由于堆石料的最大粒徑較大，有的超過1m，DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》對(duì)堆石料的控制，采用孔隙率作為控制標(biāo)準(zhǔn)，而土的密實(shí)度不僅與孔隙率有關(guān)，還與土的顆粒形狀和級(jí)配有關(guān)，僅有孔隙率一個(gè)指標(biāo)還不能全面反映土的密實(shí)度。從理論上講，相對(duì)密度的概念比較明確，能全面反映堆石料密實(shí)度的各個(gè)因素，因此，今后應(yīng)探討與研究采用相對(duì)壓實(shí)度對(duì)堆石料的質(zhì)量控制方法與標(biāo)準(zhǔn)。

7 力學(xué)參數(shù)復(fù)核

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規(guī)范》要求按照固定斷面，每5～10m取代表性樣進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)。由于試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，且僅代表所取土樣點(diǎn)的力學(xué)特性，與壩體材料的物理力學(xué)特性存在一定的差距，因此筆者在對(duì)瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的力學(xué)參數(shù)復(fù)核時(shí)，選取所填筑高程的所有檢測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)包線的控制參數(shù)作為力學(xué)復(fù)核的控制指標(biāo)，進(jìn)行2～3次力學(xué)參數(shù)的復(fù)核。

8 結(jié)束語

本文依據(jù)已建的四川瀑布溝水電站大壩與在建的毛爾蓋水電站大壩的施工期檢測(cè)與控制實(shí)踐，分別從檢測(cè)點(diǎn)的布置、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、防滲料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)、反濾料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)、堆石料的壓實(shí)與評(píng)價(jià)、力學(xué)參數(shù)復(fù)核方面進(jìn)行了分析并提出建議，探討了土石壩各填筑材料的壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，可供類似土石壩施工質(zhì)量檢測(cè)與控制參考。