李朝政,李 偉,沈 蓉,胡春鳳

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科學(xué)研究分院,云南昆明 650033)

苗尾水電站高含水率心墻防滲土料碾壓試驗(yàn)研究

李朝政,李 偉,沈 蓉,胡春鳳

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科學(xué)研究分院,云南昆明 650033)

土質(zhì)心墻堆石壩作為目前水電站設(shè)計(jì)的主要壩型之一,其上壩的心墻防滲土料的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)能否滿足要求是設(shè)計(jì)上首先要解決的問(wèn)題。苗尾寨土料場(chǎng)作為苗尾水電站的主料場(chǎng),勘察階段室內(nèi)試驗(yàn)成果表明其天然含水率高于最優(yōu)含水率5%～8%,故需通過(guò)碾壓試驗(yàn)研究其不經(jīng)翻曬直接上壩的可能性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究及調(diào)整擊實(shí)試驗(yàn)制樣過(guò)程后,試驗(yàn)結(jié)果表明上壩土料的含水率基本上滿足規(guī)范要求,苗尾寨土料場(chǎng)土料可直接上壩。同時(shí)提出的苗尾寨土料場(chǎng)礫質(zhì)土心墻防滲料的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)可供設(shè)計(jì)參考。

苗尾水電站;三點(diǎn)擊實(shí)法;擊實(shí)試驗(yàn);心墻;防滲土料

苗尾水電站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮(zhèn)境內(nèi)的瀾滄江河段上,是瀾滄江上游河段一庫(kù)七級(jí)開發(fā)方案中的最下游一級(jí)電站,樞紐建筑物主要由礫質(zhì)土心墻堆石壩、左岸溢洪道、沖沙兼放空洞、引水系統(tǒng)及地面廠房等組成。礫質(zhì)土心墻堆石壩壩頂高程1 414.80 m,最大壩高139.80 m。

壩體心墻料填筑總量188.73×104m3(含高塑性黏土料7.11×104m3)。根據(jù)土料料源選擇規(guī)劃,優(yōu)先開采使用壩址左岸土料場(chǎng)和苗尾寨土料場(chǎng),丹梯村與臨建設(shè)施布置重合區(qū)土料作為備用料源使用。

勘探及室內(nèi)試驗(yàn)成果表明,壩址左岸、苗尾寨和丹梯村土料場(chǎng)土料均為寬級(jí)配礫石土料。從顆粒級(jí)配及物理力學(xué)性能指標(biāo)分析,各土料場(chǎng)土料均有較高抗剪強(qiáng)度及壓實(shí)性能。從上壩填筑施工條件分析,壩址左岸土料場(chǎng)土料天然含水率略高于最優(yōu)含水率,可以直接上壩填筑施工;苗尾寨和丹梯村土料場(chǎng)土料天然含水率均高于最優(yōu)含水率5%～8%(擊實(shí)功能1 470 kJ/m3),按目前規(guī)范要求,不宜直接上壩填筑施工,需采取翻曬等工程措施,降低土料天然含水率,達(dá)到上壩填筑要求[1]。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本次選取苗尾寨土料場(chǎng)土料開展現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn),了解土料開采、運(yùn)輸過(guò)程中含水率損失情況,研究土料填筑含水率與干密度、壓實(shí)度之間關(guān)系,驗(yàn)證擊實(shí)試驗(yàn)中最大干密度與最優(yōu)含水率關(guān)系,從而掌握土料的壓實(shí)特性,達(dá)到復(fù)核并優(yōu)化大壩心墻防滲土料填筑設(shè)計(jì)指標(biāo),初步確定土料填筑含水率合適范圍,進(jìn)而研究土料直接上壩的可行性,故本次碾壓試驗(yàn)選用苗尾寨土料場(chǎng)土料進(jìn)行。

2 料場(chǎng)簡(jiǎn)介及土料特性

據(jù)勘測(cè)設(shè)計(jì)資料,苗尾寨土料場(chǎng)位于下壩址右岸上游苗尾寨村附近,距下壩址約1 km,地形由上、下兩個(gè)臺(tái)地及其之間的斜坡組成,高程1 340 m～1 590 m,料場(chǎng)面積約0.35 km2。地表為農(nóng)田或旱地,均種植農(nóng)作物。土層以殘坡積為主,局部有沖洪積堆積物,表層耕植土厚0.4 m～0.6m,下部含碎石粘土,厚度1.9 m～25 m。礫石含量一般5%～15%,局部含量最大達(dá)20%～40%。料場(chǎng)有簡(jiǎn)易公路至苗尾寨村(高程約1 450 m)。

根據(jù)鉆孔、探坑所揭露情況,表層耕植土為無(wú)用層,含碎石粘土為有用層,采用平行斷面法計(jì)算,苗尾寨土料場(chǎng)有用層儲(chǔ)量288萬(wàn)m3,可采儲(chǔ)量243萬(wàn)m3。

苗尾寨土料場(chǎng)土料全級(jí)配的小于0.005 mm粘粒含量為0.8%～53.3%,平均為14.6%;P5的含量為4.2%～65.6%,平均為26.8%,級(jí)配曲線見圖1。

圖1 苗尾寨土料級(jí)配曲線(圖中SJ:豎井;TC:探槽)

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)(干法制樣)成果表明,擊實(shí)功為592 kJ/m3的擊實(shí)試驗(yàn)平均最大干密度為1.89 g/cm3,最優(yōu)含水率12.8%;擊實(shí)功為1 470 kJ/m3的擊實(shí)試驗(yàn)平均最大干密度為2.07 g/cm3,最優(yōu)含水率9.8%。

苗尾寨土料場(chǎng)可研選壩階段(2006年6月)勘察時(shí)為雨季,表層土天然含水率16.5%～27.9%,平均值20.9%。在隨后的可研階段(2007年4月)勘察時(shí)為旱季,表層天然含水率為11.8%～16.7%,平均14.2%;下部含水率為 13.7%～22.5%,平均17.5%,低于塑限約3%,料場(chǎng)上部土料的含水率季節(jié)變化較大。由于料場(chǎng)為緩坡地形,無(wú)較大的低洼地形,土料的滲透系數(shù)小,不利于地表水的下滲,據(jù)勘探期間降雨下滲量觀測(cè),地表水入滲深在0.5 m以內(nèi),因此,非極端天氣條件,下部的含水率不會(huì)出現(xiàn)較大變化。料場(chǎng)上部旱季平均含水率,低于塑限約6%,高于最優(yōu)含水率5.2%,雨季與塑限接近,高于最優(yōu)含水率10.9%;下部平均含水率低于塑限約6%,高于最優(yōu)含水率8.5%[1]。

3 試驗(yàn)方案

3.1 取料點(diǎn)的選擇

苗尾寨土料場(chǎng)以1 500 m高程為界分為陡坡段和緩坡段兩部分。本次碾壓試驗(yàn)共選取3個(gè)取料點(diǎn),其中兩個(gè)取料點(diǎn)分布在1 500 m高程以下的陡坡段,另一個(gè)取料點(diǎn)位于1 500 m高程以上的緩坡段。

1#取料點(diǎn)附近可研階段布有SJ8、SJ9、SJ10三個(gè)豎井,井口高程分別為1 390.84 m、1 401.92 m、1 466.44 m,有用層厚度分別為5.8 m、14.7 m、9.6 m,土料為殘坡積含碎石粘土。1#取料點(diǎn)土料物理性指標(biāo)與料場(chǎng)土料物理性指標(biāo)的平均值較接近,故1#取料點(diǎn)作為第一、二大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)取料點(diǎn)。

但碾壓試驗(yàn)過(guò)程中1#取料點(diǎn)土料天然平均含水率在14%～15%左右,無(wú)法達(dá)到研究高含水率土料直接上壩可能性的目的,故在復(fù)核場(chǎng)1、2小場(chǎng)中選取2#取料點(diǎn)土料進(jìn)行試驗(yàn),2#取料點(diǎn)亦位于1 500 m高程以下的陡坡段,通過(guò)開挖15 m深豎井取料,該取料點(diǎn)土料大于5 mm含量平均在28.8%左右,鋪土前平均含水率14.7%,仍然沒有達(dá)到研究高含水率土料直接上壩的問(wèn)題。

雖然在第二大場(chǎng)中進(jìn)行過(guò)通過(guò)加水提高土料含水率的碾壓試驗(yàn),但加水濕悶的時(shí)間較短,土料含水率不均。因此,經(jīng)各方研究,復(fù)核場(chǎng)增加2小場(chǎng)高含水率土料碾壓試驗(yàn),在3#取料點(diǎn)通過(guò)豎井方式取料。

苗尾土料場(chǎng)不同位置土料的含礫量和天然含水率有一定變化,總體可分為陡坡段和緩坡段兩部分,陡坡段含水率相對(duì)低,而含礫量相對(duì)高,1#、2#取料點(diǎn)土料基本代表了料場(chǎng)陡坡體土料特征,3#取料點(diǎn)基本代表了料場(chǎng)緩坡體土料特征,本次試驗(yàn)選用的土料,具有較好的代表性。

3.2 碾壓試驗(yàn)規(guī)劃

(1)第一大場(chǎng)采用1#取料點(diǎn)的天然土料,進(jìn)行3種鋪料厚度(25 cm、30 cm、35 cm),3個(gè)碾壓遍數(shù)(每小場(chǎng)先靜碾2遍,再振碾6、8、10遍)共計(jì)9個(gè)小場(chǎng)碾壓試驗(yàn)。

根據(jù)第一大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果,分析碾壓遍數(shù)、鋪料厚度與壓實(shí)度間關(guān)系,確定后續(xù)碾壓試驗(yàn)的鋪料厚度及碾壓遍數(shù)。

(2)第二大場(chǎng)采用1#取料點(diǎn)的土料,按第一大場(chǎng)試驗(yàn)確定的鋪料厚度和碾壓遍數(shù),進(jìn)行6種含水率(10%、12%、14%、16%、18%、20%)碾壓試驗(yàn) ,每種含水率各2小場(chǎng),共計(jì)12個(gè)小場(chǎng)碾壓試驗(yàn)。

為驗(yàn)證有、無(wú)靜碾對(duì)壓實(shí)效果影響,各種含水率土料的兩試驗(yàn)小場(chǎng)分別進(jìn)行有、無(wú)靜碾對(duì)比試驗(yàn)。

根據(jù)第二大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果,了解土料不同含水率情況下的壓實(shí)特性,驗(yàn)證土料最大干密度與最優(yōu)含水率關(guān)系,初步確定土料合適的填筑含水率范圍。

(3)第三大場(chǎng)為復(fù)核試驗(yàn)。

在本大場(chǎng)各小場(chǎng)還分別開展10組592 kJ/m3擊實(shí)功能下小于20mm細(xì)料壓實(shí)度指標(biāo)和1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下全料壓實(shí)度指標(biāo)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系試驗(yàn),初步確定土料壓實(shí)度指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 初擬土料填筑設(shè)計(jì)指標(biāo)及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

大壩心墻防滲土料填筑料設(shè)計(jì)指標(biāo)及有關(guān)顆粒級(jí)配等要求如下:

苗尾寨土料在1 470 kJ/m3擊實(shí)功能全料壓實(shí)度要求≥98%。該1 470 kJ/m3擊實(shí)功能是設(shè)計(jì)人員根據(jù)已建糯扎渡等電站的經(jīng)驗(yàn)及大壩實(shí)際情況而初步擬定的擊實(shí)功能。

級(jí)配要求:最大粒徑150 mm,粒徑＞5 mm的顆粒含量≤50%,小于0.075 mm的顆粒含量≥15%,小于0.005 mm的顆粒含量≥8%。

3.4 碾壓機(jī)械主要性能參數(shù)

本次碾壓試驗(yàn)?zāi)雺簷C(jī)械采用自行式振動(dòng)壓路機(jī),機(jī)械性能參數(shù)見表1。

表1 振動(dòng)壓路機(jī)(配凸塊碾)主要性能參數(shù)

4 三點(diǎn)擊實(shí)和室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)介紹

4.1 三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)

在目前的心墻堆石壩中,控制心墻料碾壓質(zhì)量的方法一般采用壓實(shí)度控制,而不用干密度控制,計(jì)算壓實(shí)度需要知道擊實(shí)試驗(yàn)的最大干密度,但正規(guī)的擊實(shí)試驗(yàn)約需二天才能得到結(jié)果,顯然無(wú)法滿足施工進(jìn)度要求,因此需要采用一種快速質(zhì)量控制方法,本次碾壓試驗(yàn)采用三點(diǎn)擊實(shí)法來(lái)控制碾壓質(zhì)量。

三點(diǎn)擊實(shí)法又稱西爾夫(Hilf)快速控制法,該法根據(jù)填土現(xiàn)場(chǎng)碾壓濕密度及同種土料三種含水率情況下標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得濕密度,就可以確定填土的壓實(shí)度(D)和最優(yōu)含水率與填土含水率的差值(ωop-ωf),其特點(diǎn)為不需要測(cè)定含水率。該法自1957年試用后,美國(guó)墾務(wù)局建設(shè)的土壩均采用此法控制粘性土的壓實(shí)質(zhì)量,至1957年已經(jīng)令人滿意地用于大約65座土壩。我國(guó)1989年建成的魯布革土石壩土料壓實(shí)質(zhì)量控制全部采用此種方法,目前正在施工中的糯扎渡、瀑布溝等土石壩也采用此法進(jìn)行土料壓實(shí)質(zhì)量的控制[2]。

具體的試驗(yàn)和計(jì)算方式參照《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T5129-2001)附錄C4[3]。

4.2 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)試驗(yàn)分干法制樣和濕法制樣[4]。

規(guī)范規(guī)定當(dāng)土樣中大于5 mm的粗粒含量小于50%或含強(qiáng)風(fēng)化粗粒時(shí),宜采用濕法制樣。苗尾寨土料場(chǎng)土料大于5 mm顆粒含量低于50%,故本次碾壓試驗(yàn)過(guò)程中擊實(shí)試驗(yàn)采用濕法制樣。昆明院科研分院曾在糯扎渡水電站采用干、濕法制樣進(jìn)行對(duì)比擊實(shí)試驗(yàn),濕法制樣最優(yōu)含水率比干法高約1%～2%左右。

本次碾壓試驗(yàn)采用直徑為300 mm和150 mm的擊實(shí)儀。直徑為300 mm的擊實(shí)儀用于全料擊實(shí)試驗(yàn),超過(guò)60 mm的土料根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程采用等量替代法替代至60 mm～5 mm的各顆粒中。在復(fù)核場(chǎng)試驗(yàn)中采用直徑為150 mm的擊實(shí)儀用于小于等于20 mm顆粒的粗粒土的擊實(shí)試驗(yàn)。開展592 kJ/m3擊實(shí)功能下小于20 mm細(xì)料壓實(shí)度指標(biāo)和1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下全料壓實(shí)度指標(biāo)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系試驗(yàn),初步確定土料壓實(shí)度指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)。

全料壓實(shí)度試驗(yàn)土料用量約150 kg～200 kg左右,全部采用碾壓后密度檢測(cè)試坑周邊土料;而小于等于20 mm顆粒用量在15 kg～20 kg左右,全部采用密度檢測(cè)試坑內(nèi)土料經(jīng)篩除大于20mm后剩余的土料,這樣可以保證二者試驗(yàn)用土料物理性質(zhì)有較好的對(duì)應(yīng)性。

5 試驗(yàn)成果及分析

5.1 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)成果及分析

擊實(shí)試驗(yàn)主要采用大型(擊實(shí)筒直徑300 mm)擊實(shí)儀進(jìn)行。試料采自1#取料點(diǎn),采用濕法(即依來(lái)料含水率增或減含水率)制樣,避免了土料經(jīng)風(fēng)干再加水后可能造成的壓實(shí)性不可逆影響,更符合實(shí)際情況。

全料室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)成果見表2。

從擊實(shí)成果看,592 kJ/m3擊實(shí)功能比 1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下,最大干密度減小 0.11 g/cm3;2 690 kJ/m3擊實(shí)功能比1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下,最大干密度僅增大0.02 g/cm3,相差不大。

5.2 第一大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果及分析

各小場(chǎng)試驗(yàn)用土料取自1#取料點(diǎn),土料相對(duì)均一,顆粒級(jí)配情況滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

第一大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)土料的壓實(shí)干密度及壓實(shí)度見表3。

從表3壓實(shí)干密度成果可看出,在不同鋪土厚度下,鋪土厚度越大,平均壓實(shí)干密度越低,在同一碾壓遍數(shù)下,隨著鋪土厚度的增加,壓實(shí)干密度平均值降低約0.01 g/cm3～0.02 g/cm3,降幅不大。在同一鋪土厚度下,隨著碾壓遍數(shù)的增加,壓實(shí)干密度增大,但振碾6遍后(一個(gè)來(lái)回按2遍計(jì),下同),增大不是特別明顯,振碾8遍后比6遍時(shí)增加約0.02 g/cm3,振碾10遍時(shí)比8遍干密度只增加了約0.01 g/cm3,甚至更低,說(shuō)明土料在振碾6遍后,干密度已增加很小,振碾8遍時(shí),干密度已相對(duì)穩(wěn)定。

表3 第一大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)土料壓實(shí)成果匯總表

從同一鋪土厚度下,壓實(shí)度基本上隨碾壓遍數(shù)的增加而增大;同一碾壓遍數(shù)下,壓實(shí)度隨鋪土厚度增加而減小。從壓實(shí)度平均值看,只有鋪土厚25 cm、碾壓8遍時(shí),全料壓實(shí)度平均能達(dá)到大于98%的設(shè)計(jì)要求,但合格率低于90%以上的規(guī)范要求。

值得提出的是鋪土25 cm,碾壓10遍時(shí)干密度反而會(huì)有所降低,這可能是由于振動(dòng)碾的凸塊的特殊作用,當(dāng)鋪土厚度降低到一定程度,由于土層越薄,凸塊對(duì)土料的擾動(dòng)越明顯。

綜上所述,根據(jù)第一大場(chǎng)試驗(yàn)成果,從振動(dòng)凸塊碾對(duì)土料的擾動(dòng)、土料壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo)、與其它料區(qū)鋪層厚度協(xié)調(diào)及經(jīng)濟(jì)性等方面考慮,并結(jié)合同類工程實(shí)例,同時(shí)經(jīng)與設(shè)計(jì)商定,鋪料厚度在25 cm～30 cm之間選取,故最終選取后續(xù)場(chǎng)次的碾壓施工參數(shù)為:鋪料厚度28 cm,碾壓8遍。

在1#取料點(diǎn),對(duì)應(yīng)每小場(chǎng)試驗(yàn)料還進(jìn)行1組混合料含水率檢測(cè)。攤鋪前,對(duì)每小場(chǎng)試驗(yàn)料進(jìn)行3組含水率檢測(cè),以檢測(cè)運(yùn)輸過(guò)程含水率變化。攤鋪后,碾壓前對(duì)每小場(chǎng)進(jìn)行3組含水率測(cè)試,以檢測(cè)攤鋪過(guò)程含水率變化。料場(chǎng)土料運(yùn)至試驗(yàn)場(chǎng)(壩址附近),并攤鋪完成,含水率損失平均在0.5%左右。

5.3 第二大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果及分析

從整個(gè)大場(chǎng)顆分成果看,碾壓前與第一大場(chǎng)碾壓前后顆粒級(jí)配基本一致,細(xì)顆?？刂坪繚M足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

按照第一大場(chǎng)確定的鋪料厚度28 cm、振碾8遍 ,進(jìn)行 10%、12%、14%、16%、18%、20%六種含水率的碾壓試驗(yàn),每種含水率各2小場(chǎng),共計(jì)12個(gè)小場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)本場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果,找出在確定鋪料厚度及碾壓遍數(shù)下,全料填筑含水率與全料干密度、全料壓實(shí)度關(guān)系。

為驗(yàn)證有、無(wú)靜碾對(duì)壓實(shí)效果影響,各含水率的兩小場(chǎng)次分別進(jìn)行有、無(wú)靜碾對(duì)比試驗(yàn)。無(wú)靜碾是指對(duì)鋪土直接進(jìn)行8遍振動(dòng)碾壓,有靜碾是指在進(jìn)行振動(dòng)碾壓前先對(duì)鋪土進(jìn)行2遍無(wú)振動(dòng)碾壓,然后再進(jìn)行8遍振動(dòng)碾壓。

試驗(yàn)過(guò)程中,含水率為20%的場(chǎng)次,由于含水率較高,已無(wú)法承載凸塊碾,整個(gè)土層出現(xiàn)剪切破壞,故取消這兩小場(chǎng)試驗(yàn)。

試驗(yàn)成果見表4。

表4 第二大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)土料壓實(shí)成果匯總表

土料均取自1#取料點(diǎn),各場(chǎng)土料物理力學(xué)性基本一致,碾壓后干密度主要隨含水率變化。從五種含水率土料的壓實(shí)成果看,含水率為14%的場(chǎng)次壓實(shí)干密度最大,12%和16%的場(chǎng)次次之,其余兩場(chǎng)最小。

從壓實(shí)度試驗(yàn)成果可知,含靜碾2遍及不含靜碾的場(chǎng)次,對(duì)壓實(shí)度基本沒有影響(見表4)。土料含水率從10%以2%步長(zhǎng)增加至18%時(shí),壓實(shí)度平均值分別對(duì)應(yīng)為 94.9%、96.7%、98.6%、97.1%、95.4%,與壓實(shí)干密度有相同的規(guī)律。從五種含水率的壓實(shí)度成果來(lái)看,僅含水率為14%的場(chǎng)次全料平均壓實(shí)度達(dá)到大于98%的初擬設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。與表2中1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下最優(yōu)含水率比較,土料在最優(yōu)含水率偏濕2%～3%一側(cè)壓實(shí)效果較好;最佳碾壓土料的含水率與592 kJ/m3擊實(shí)功能下最優(yōu)含水率基本相當(dāng)。

在1#取料點(diǎn),對(duì)應(yīng)每小場(chǎng)試驗(yàn)料進(jìn)行1組混合料含水率檢測(cè);攤鋪前,對(duì)每小場(chǎng)試驗(yàn)料進(jìn)行3組含水率檢測(cè);攤鋪后,碾壓前對(duì)每小場(chǎng)進(jìn)行3組含水率測(cè)試,以檢測(cè)攤鋪過(guò)程含水率變化。

土料攤鋪前至攤鋪完成,含水率損失基本在0.5%以內(nèi)。

5.4 復(fù)核試驗(yàn)

復(fù)核場(chǎng)1、2兩小場(chǎng)試驗(yàn)土料取自2#取料點(diǎn),3、4兩小場(chǎng)試驗(yàn)土料取自3#取料點(diǎn),各控制粒徑含量滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。但2#取料點(diǎn)大于5 mm礫石含量比1#取料點(diǎn)大,3#取料點(diǎn)大于5 mm礫石含量比1#取料點(diǎn)小。

碾壓試驗(yàn)成果見表5。

表5 復(fù)核場(chǎng)碾壓試驗(yàn)土料壓實(shí)成果匯總表

通過(guò)對(duì)復(fù)核場(chǎng)兩個(gè)取料點(diǎn)土料在全料1 470 kJ/m3擊實(shí)功能與小于等于20mm細(xì)料592 kJ/m3擊實(shí)功能對(duì)壓實(shí)度影響對(duì)比試驗(yàn)研究表明,小于等于20 mm土料,在592.2 kJ/m3擊實(shí)功能下,其壓實(shí)度比全料在1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下的壓實(shí)度高2%左右。

從成果分析,2#取料點(diǎn)土料P5含量與苗尾寨土料場(chǎng)土料基本一致,比1#取料點(diǎn)含量高約6%,全料擊實(shí)最優(yōu)含水率比1#取料點(diǎn)略高,規(guī)律正確。碾前含水率較全料擊實(shí)最優(yōu)含水率高約2%～3%,壓實(shí)度較高,達(dá)到壓實(shí)度95%的合格率為100%,大于98%的占90%,與第二大場(chǎng)碾壓試驗(yàn)壓實(shí)度成果規(guī)律基本一致。

3#取料點(diǎn)土料P5含量比苗尾寨土料場(chǎng)土料低約13%,比1#取料點(diǎn)含量低約6%,全料擊實(shí)最優(yōu)含水率比1#取料點(diǎn)低,規(guī)律正確。但需要說(shuō)明的是雖然該取料點(diǎn)土料含水率較高,但由于其含礫量低,最優(yōu)含水率會(huì)隨之增大,碾前含水率較最優(yōu)含水率僅高約2%,沒有達(dá)到碾壓試驗(yàn)用土料含水率大于其最優(yōu)含水率5%～8%的要求。

5.5 壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)及上壩土料含水率的確定

在《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[5](DL/T5395-2007)中對(duì)黏性土的壓實(shí)度的要求是:

(1)用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的方法,如采用輕型擊實(shí)試驗(yàn),對(duì)1級(jí)、2級(jí)壩和高壩的壓實(shí)度應(yīng)不小于 98%～100%,3級(jí)及其以下的壩(高壩除外)壓實(shí)度應(yīng)不小于96%～98%;對(duì)高壩如采用重型擊實(shí)試驗(yàn),壓實(shí)度可適當(dāng)降低,但不低于95%。

(2)設(shè)計(jì)地震烈度為Ⅷ度、Ⅸ度的地區(qū),宜取上述規(guī)定的大值。

通過(guò)規(guī)范上規(guī)定對(duì)高壩如采用重型擊實(shí)試驗(yàn),壓實(shí)度可適當(dāng)降低,但不低于95%。同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)上的要求,將防滲土料填筑壓實(shí)度控制在不低于96%(擊實(shí)功能1 470 kJ/m3)是比較合適的,碾壓后土料含水率范圍約在11.5%～17.0%,考慮到土料開采、運(yùn)輸及填筑過(guò)程中含水率的損失,料場(chǎng)土料的含水率控制范圍應(yīng)在12.0%～17.5%,苗尾寨土料場(chǎng)土料基本上是可以直接上壩的。

在《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[5](DL/T5395-2007)中還規(guī)定,黏性土的填筑含水率應(yīng)根據(jù)土料性質(zhì)、填筑部位、氣候條件和施工機(jī)械等條件,控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%偏差范圍以內(nèi)。從表2擊實(shí)成果看,在592 kJ/m3擊實(shí)功能下,擊實(shí)試驗(yàn)最優(yōu)含水率為 13.8%,料場(chǎng)土料的含水率范圍在12.0%～17.5%,基本上是滿足規(guī)范要求的。

根據(jù)第三大場(chǎng)復(fù)核試驗(yàn)全料在1 470 kJ/m3擊實(shí)功能下壓實(shí)度比小于等于20 mm顆粒在592 kJ/m3擊實(shí)功能下壓實(shí)度低約2%,說(shuō)明按小于等于20 mm顆粒在592 kJ/m3擊實(shí)功能下來(lái)控制,壓實(shí)度應(yīng)不低于98%。以小于等于20 mm粒徑的顆粒進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)工作量大大降低,且對(duì)壩體的破壞要小的多,且當(dāng)大顆粒礫石含量過(guò)多時(shí),細(xì)料若不能填滿粗料孔隙而得不到壓實(shí),在滲透水流的作用下,很容易產(chǎn)生滲透破壞(管涌),此時(shí)若細(xì)顆粒的壓實(shí)度達(dá)不到要求,則表明填筑土體的壓實(shí)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),建議采用小于等于20 mm細(xì)料的壓實(shí)度來(lái)控制填筑土體的壓實(shí)效果。

目前由于心墻堆石壩越來(lái)越高,基于安全考慮,設(shè)計(jì)上也希望壓實(shí)度越高越好,但實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的壓實(shí)效果與室內(nèi)擊實(shí)功能相匹配才是合適的,單方面提高室內(nèi)擊實(shí)功能,從而提高擊實(shí)最大干密度,只會(huì)使壓實(shí)度的計(jì)算值降低,反而會(huì)低于規(guī)范上對(duì)壓實(shí)度的要求。從第二大場(chǎng)及復(fù)核場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果看,初擬設(shè)計(jì)指標(biāo)中全料壓實(shí)度需大于等于98%(擊實(shí)功能1 470 kJ/m3)的要求是偏高的。

6 結(jié)論及建議

(1)通過(guò)第一大場(chǎng)試驗(yàn)鋪層厚度和碾壓遍數(shù)比較,結(jié)合本工程與其它料區(qū)鋪料參數(shù),并參考已建或在建類似工程的經(jīng)驗(yàn),確定本次碾壓試驗(yàn)施工參數(shù)為:采用22 t凸塊振動(dòng)碾,鋪土厚度28 cm,振碾8遍。

(2)通過(guò)第二大場(chǎng)各場(chǎng)次有、無(wú)靜碾對(duì)壓實(shí)度影響的碾壓試驗(yàn)比較,增加兩遍靜碾基本不影響土料壓實(shí)效果,在大壩心墻防滲土料施工時(shí),取消靜碾,直接有振碾壓。

(3)由于采用全料壓實(shí)度檢測(cè)控制施工質(zhì)量工作量較大,耗時(shí)較長(zhǎng),而土料用料大,也會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生較大破壞;同時(shí)當(dāng)?shù)[石含量超過(guò)一定含量時(shí),細(xì)料不能填滿粗料孔隙而得不到充分壓實(shí),在滲透水流的作用下很容易產(chǎn)生滲透破壞(管涌),所以黏土心墻堆石壩防滲土料的壓實(shí)度檢測(cè)宜采用小于等于20 mm顆粒細(xì)料的壓實(shí)度指標(biāo)控制。目前該方法已應(yīng)用于糯扎渡水電站心墻防滲土料的壓實(shí)效果檢測(cè)中[6]。

根據(jù)碾壓試驗(yàn)成果,在592 kJ/m3擊實(shí)功能下,防滲填筑土體小于等于20mm顆粒細(xì)料的壓實(shí)度指標(biāo)應(yīng)不低于98%為宜,該控制標(biāo)準(zhǔn)亦與目前糯扎渡水電站心墻防滲土料的壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)一致[7]。

(4)苗尾寨土料場(chǎng)土料填筑含水率宜范圍控制在12.0%～17.5%,苗尾寨土料場(chǎng)土料基本上可以直接上壩,也基本滿足填筑土料在最優(yōu)含水率-2%～+3%偏差范圍的規(guī)范要求。

[1]李朝政,李 偉,等.苗尾水電站可行性研究階段大壩心墻防滲土料現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)報(bào)告[R].昆明:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科學(xué)研究分院,2010:1-14.

[2]楊蔭華.土石料壓實(shí)和質(zhì)量控制[M].北京:水利電力出版社,1992:222-223.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T5129-2001.碾壓式土石壩施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社,2001:61-65.

[4]中華人民共和國(guó)水利部.SL/237-1999.土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,1999:425-426.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5395-2007.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社,2008:18-20.

[6]李朝政,李 偉,陳 江.苗尾水電站心墻防滲土料壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法及控制標(biāo)準(zhǔn)研究[J].水力發(fā)電,2011,37(10):51-53.

[7]趙 川,劉盛乾,等.糯扎渡水電站粘土心墻壓實(shí)度檢測(cè)方法及控制標(biāo)準(zhǔn)[J].云南水力發(fā)電,2009,25(5):58-61.

Research on Compaction Test for Impervious Earth Material of High-moisture-content Core Wall in Miaowei Hydropower Station

LI Chao-zheng,LI Wei,SHEN Rong,HU Chun-feng
(Scientific Research Branch of Kunming Investigation and Design Institute,China Hydropower Engineering Consultant Group,Kunming,Yunnan650033,China)

The rock-fill dam with earth core wall is one of the main dam types for the design of hydroelectric station at present.Whether the physical and mechanical parameters for the impervious earth material of its core wall could meet the requirements or not is the first problem of the design to be solved.Miaoweizhai soil field is the main material field of Miaowei Hydropower Station,the indoor tests results show that the natural moisture content is higher than the optimum moisture content by 5%to 8%,so the possibility of directly using on the dam without drying would be studied through the rolling tests.By using the field rolling tests to research and adjust the compaction test sample preparation process,the test results indicate that the moisture content of the dam earthmaterial would basically meet the requirements of the code,and the soil material of Miaoweizhai field could be directly used on the dam.Simultaneously,the control standard of the compaction degree about the impervious earth material of the gravelly soil core wall inMiaoweizhai earth field is proposed here so as to provide references for the design.

Miaowei Hydropower Station;three-point compaction;compaction test;core;impervious earth material

TV641.4+1

A

1672—1144(2013)02—0158—06

2012-10-29

2012-12-10

李朝政(1981—),男,山東海陽(yáng)人,碩士,工程師,主要從事巖土力學(xué)試驗(yàn)研究工作。