張 群
(湖南五凌電力公司 長(zhǎng)沙市 410000)
托口水電站主壩為混合壩型,左岸為混凝土重力壩,最大壩高82.00 m。右岸為粘土心墻堆石壩(含混凝土制墻),最大壩高63.00 m,需堆石料約52萬(wàn)m3,防滲土料約 8萬(wàn) m3。
在可行性研究階段,規(guī)劃的粘土主料源有兩個(gè):小羊山土料場(chǎng)和王麻溪左岸土料場(chǎng)(副壩開挖區(qū))。小羊山土料屬中壓縮性土,粘粒含量、塑性指數(shù)適中,天然含水率略高于最優(yōu)含水量,較易壓實(shí)固結(jié),擊實(shí)土的滲透系數(shù)為2.15×10-6m/s,主要質(zhì)量指標(biāo)可滿足堆石壩防滲用料要求;儲(chǔ)量可滿足用料要求;剝采比18.2%,易于開采,距主壩壩址公路距離12.5 km,推薦為主壩粘土心墻堆石壩防滲心墻的土料料源。王麻溪左岸土料場(chǎng)為副壩的開挖區(qū),該區(qū)土料中混雜有白堊系礫巖層的風(fēng)化砂礫,對(duì)其均一性、透水性有影響,其他物理力學(xué)指標(biāo)與小羊山土料相近,滿足堆石壩防滲用料要求;儲(chǔ)量滿足工程用料要求,屬副壩開挖料;開挖點(diǎn)距主壩壩址公路距離8.5 km,推薦為圍堰防滲用料。
近幾年來(lái)建設(shè)土石壩的突出進(jìn)步之一,就是筑壩材料的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。對(duì)于高堆石壩而言,其防滲體材料要求的側(cè)重點(diǎn)與低壩不同,防滲體裂縫及隨后的滲流沖刷,是影響安全的重要因素。因此:心墻防滲土料通常選擇具低壓縮變形的土料,以減少其發(fā)生裂縫的可能性,含砂礫的寬級(jí)配土料由于壓實(shí)性好,壓縮性低,裂縫自愈能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而在國(guó)內(nèi)外堆石壩中得到普遍地使用。因此,托口水電站主壩粘土心墻堆石壩最大壩高63.00 m,使用含風(fēng)化砂礫的王麻溪左岸土料作為主壩防滲體填筑材料,具有可行性;王麻溪左岸土料位于副壩開挖區(qū),屬開挖棄料,且離主壩的公路距離與小羊山土料場(chǎng)離主壩的公路距離短4 km,若利用其作為主壩防滲體,具有經(jīng)濟(jì)性;小羊山土料場(chǎng)在托口集鎮(zhèn)邊,土料的開采運(yùn)輸對(duì)托口集鎮(zhèn)居民有影響,土料的實(shí)際施工將反受居民制約,而王麻溪左岸土料位于工程專用公路邊,屬坡地,無(wú)居民,開采、運(yùn)輸、施工便利。因此,開展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究,采用含礫質(zhì)的粘土填筑主壩粘土心墻堆石壩具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
研究分兩大類:含風(fēng)化碎(礫)石的土料和摻和粉質(zhì)粘土的風(fēng)化碎(礫)石土料。通過(guò)室內(nèi)土試驗(yàn),研究確定土料的物理力學(xué)與質(zhì)量指標(biāo);通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)判斷土料是否能夠符合和滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范對(duì)心墻料的填筑質(zhì)量要求;通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)碾壓土體原狀樣進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn),確定土料碾壓后的力學(xué)特性。通過(guò)對(duì)王麻溪左岸土料進(jìn)行較系統(tǒng)全面的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,為心墻堆石壩提供相關(guān)參數(shù),以期直接利用含風(fēng)化碎(礫)石的開挖土料上壩,或摻加適量粉質(zhì)粘土后上壩,實(shí)現(xiàn)多種土料在心墻堆石壩施工中的應(yīng)用進(jìn)行有效的探索。
現(xiàn)場(chǎng)取王麻溪左岸土料進(jìn)行了3組土工試驗(yàn)分析。碎(礫)石土土料的基本特性見表1。
表1 王麻溪左岸土料場(chǎng)碎(礫)石土試驗(yàn)成果表
根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范初步判斷,碎(礫)石土土料P5(>5 mm)含量、粘粒含量、滲透系數(shù)等指標(biāo)符合要求,擊實(shí)最干密度大于天然干密度,塑性指數(shù)、天然含水率等指標(biāo)偏高。
同時(shí),對(duì)碾壓場(chǎng)土料現(xiàn)場(chǎng)取樣,進(jìn)行顆粒分析,擊實(shí)等室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)成果見表2。
表2 碾壓場(chǎng)土粒顆粒級(jí)配、擊實(shí)試驗(yàn)成果表
試驗(yàn)成果表明,填筑碾壓的碎(礫)石土料較原室內(nèi)土工試驗(yàn)粗顆粒含量降低,粘粒含量明顯提高,表明碾壓工序?qū)ν亮现械娘L(fēng)化碎(礫)石有一定的破碎作用,并改善了顆粒級(jí)配。碾壓用土料的擊實(shí)指標(biāo)平均值為:碎(礫)石土料最大干密度1.85 g/cm3,最優(yōu)含水率15.3%;混合土料最大干密度1.79 g/cm3,最優(yōu)含水率15.0%。
模擬實(shí)際填筑碾壓施工工法,選擇適合的壓實(shí)機(jī)械,擬定壓實(shí)參數(shù),對(duì)碎(礫)石土進(jìn)行了10個(gè)小場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)。其主要壓實(shí)特性基本特征值及填筑碾壓的力學(xué)特性指標(biāo)見表 3,表 4。
根據(jù)試驗(yàn)成果綜合分析,碎(礫)石土在自然含水率較多的狀態(tài)下,經(jīng)搌動(dòng)碾碾壓6~8遍后,平均干密度大于其天然狀態(tài),屬于中壓縮性土,具有較高的臨界滲透坡降和破壞滲透坡降以及低滲透性能。按室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)成果可推斷,若在連續(xù)晴天或高溫、干燥季節(jié),碎(礫)
石土的天然含水率降低時(shí),其碾壓干密度值將會(huì)有較大幅度提高,甚至接近室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度值。由此可判斷王麻溪左岸土料場(chǎng)碎(礫)石土能作為心墻防滲料使用。
同時(shí),將碎(礫)石土與粉質(zhì)粘土按1∶1混合,對(duì)混合土進(jìn)行了4個(gè)小場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)。其主要壓實(shí)特性基本特征值及填筑碾壓后的力學(xué)特性指標(biāo)見表5,表6。
由此成果分析,碎(礫)石土與粉質(zhì)粘土均可單獨(dú)作為心墻防滲料使用,在心墻堆石壩施工過(guò)程中不必要人為摻混兩種土料。
表3 碎(礫)石土主要壓實(shí)特性基本特征值表
表4 碎(礫)石土碾壓后主要力學(xué)特性指標(biāo)表
表5 混合土主要壓實(shí)特性基本特征值表
表6 混合土碾壓后主要力學(xué)特性指標(biāo)表
(1)根據(jù)王麻溪左岸土料場(chǎng)心墻土料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)與室內(nèi)土工試驗(yàn)成果綜合判斷,土料質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范要求,土料填筑碾壓質(zhì)量較好,密實(shí)度均大于土料天然狀態(tài),現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)近似值為i×10-6m/s,碾壓后原狀樣的滲透系數(shù)為(i×10-6~i×10-8)cm/s,具有較高的臨界滲流坡降和破壞滲流坡降,為中-低壓縮性土,判斷碎(礫)石土料、摻加粉質(zhì)粘土土料都能作為心墻防滲料使用。
(2)王麻溪左岸土料場(chǎng)心墻土料液限水塑性指數(shù)較規(guī)范要求偏高,對(duì)含水率變化較敏感。本次心墻料現(xiàn)場(chǎng)填筑碾壓試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)表明,在土料含水率相對(duì)適宜(被碾壓土料與碾輪不出現(xiàn)沾粘)時(shí),高液限和高塑性指數(shù)土料對(duì)開采、運(yùn)輸、填筑以及碾壓等施工工作不會(huì)產(chǎn)生明顯的不利影響。
(3)為保證大壩心墻施工質(zhì)量,施工組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮避開雨雪季節(jié)施工,或至少避免在連續(xù)雨雪天氣施工,同時(shí)采取有效的施工措施,將土料含水率調(diào)整到接近最有含水率狀態(tài),以避免或減小心墻料因含水率偏高對(duì)大壩心墻施工質(zhì)量帶來(lái)影響。