韓　興，　熊　亮，　朱　劍

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定　626001)

長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻礫石土料中粒徑0.075mm含量對(duì)最大干密度影響的研究

韓興，熊亮，朱劍

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定626001)

摘要：當(dāng)前，碾壓式土石壩高壩更多地采用了心墻防滲的結(jié)構(gòu)形式，其中天然礫石土料因其成本低等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)眾多工程中得到使用。長(zhǎng)河壩水電站大壩工程天然礫石土分布不均、可直接開采上壩填筑的合格料少，為提高土料的利用率，需對(duì)不均勻分布的礫石土料摻配后使用。以長(zhǎng)河壩水電站大壩工程不均勻土料為試驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)土料壓實(shí)性能與壓實(shí)影響因素進(jìn)行了分析研究，所取得的研究成果可供同類工程設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制參考。

關(guān)鍵詞：不均勻；土料；壓實(shí)特性；影響關(guān)系；研究；長(zhǎng)河壩水電站

1概述

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)中的第10級(jí)。水庫(kù)正常蓄水位高程1 690m，正常蓄水位以下庫(kù)容為10.15億m3。電站總裝機(jī)容量為2 600MW。攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，最大壩高240m，總填筑方量約3 300萬(wàn)m3，其中心墻礫石土料248.3萬(wàn)m3。

心墻礫石土料填筑料要求最大粒徑不大于150mm或?yàn)殇佂梁穸鹊?/3，全料填筑含水率應(yīng)為Wo-1%≤W≤Wo+2%，其具體設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　心墻礫石土料填筑設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)表

長(zhǎng)河壩工程湯壩土料場(chǎng)復(fù)勘成果表明：土料天然含水率在 1.7%～19.3%之間，平均為9.8%，P5含量變化范圍為7%～90%，平均為49.1%，粒徑<0.075mm含量變化范圍為8%～64%，平均為30.4%，粒徑<0.005mm變化范圍為1.6%～26.3%，平均為10.3%，料場(chǎng)超徑(粒徑>150mm)平均含量約為5.6%，超徑含量高。土料各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)變化大、空間分布均一性差，料場(chǎng)從上游向下游呈現(xiàn)由粗到細(xì)的分布規(guī)律，并大致可分為偏粗(P5>50%)、合格(30%

2摻配土料擊實(shí)特性與影響因素研究

2.1室內(nèi)試驗(yàn)成果

表2為湯壩土料場(chǎng)摻配料試樣與合格料區(qū)試樣擊實(shí)成果，其中摻配料試樣采用料場(chǎng)偏粗料與偏細(xì)料按照計(jì)算摻配比平鋪立采摻配獲得，摻配料試樣與合格料區(qū)試樣擊實(shí)試驗(yàn)級(jí)配均根據(jù)擊實(shí)設(shè)備允許的最大粒徑等量替代后縮尺后得到，全料擊實(shí)功能為2 688kJ/m3。

P5含量與最大干密度關(guān)系曲線見圖1。

在對(duì)長(zhǎng)河壩工程合格料區(qū)試樣擊實(shí)成果與摻配料試樣進(jìn)行分析后可知：

(1)合格料區(qū)試樣中P5含量與擊實(shí)最大干密度呈規(guī)律性變化，即P5含量越大，所對(duì)應(yīng)的最大擊實(shí)干密度也越大。當(dāng)P5含量增大至65%時(shí)，最大擊實(shí)干密度達(dá)到最大值；P5含量大于65%時(shí)，最大擊實(shí)干密度呈下降趨勢(shì)。

(2)摻配料試樣中P5含量與擊實(shí)最大干密度也呈規(guī)律性變化，P5含量越大，所對(duì)應(yīng)的最大擊實(shí)干密度也越大。

表2　摻配料與合格料擊實(shí)資料統(tǒng)計(jì)表

(3)摻配料試樣與合格料區(qū)試樣在相同P5含量情況下，摻配料試樣最大擊實(shí)干密度較合格料區(qū)試樣偏低。

2.2碾壓試驗(yàn)成果

(1)合格料碾壓試驗(yàn)成果。

圖1　P5含量與最大干密度關(guān)系曲線圖

土料上壩前均需進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，以此確定土料填筑施工參數(shù)及質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。合格料與摻配料碾壓試驗(yàn)首先進(jìn)行的是施工參數(shù)的選擇，所確定的合格料填筑施工參數(shù)為：26t自行式振動(dòng)凸塊碾碾壓遍數(shù)為靜2+振12、鋪料厚度30cm。結(jié)合所確定的填筑施工參數(shù)又進(jìn)行了復(fù)核碾壓試驗(yàn)，對(duì)合格料進(jìn)行了70組試驗(yàn)，摻配料進(jìn)行了42組試驗(yàn)。試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)情況見表3、4。

表3　合格料碾壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表4　摻配料碾壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

由表3、4可知：在對(duì)70組合格料按照鋪料厚度為30cm、碾壓遍數(shù)為靜2+振12遍的碾壓施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓施工，壓實(shí)度可滿足設(shè)計(jì)要求。

而按照鋪料厚度為30cm、碾壓遍數(shù)為靜2+振12遍的碾壓施工參數(shù)進(jìn)行摻配料現(xiàn)場(chǎng)碾壓施工后， 42組坑檢試驗(yàn)中有4組試坑試驗(yàn)按照摻配料擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的壓實(shí)度不能滿足設(shè)計(jì)所要求的全料壓實(shí)度為0.97的要求。

圖2　摻配料與合格料顆粒級(jí)配曲線對(duì)比圖

同時(shí)對(duì)兩種料的全料級(jí)配進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)，其平均顆粒級(jí)配曲線見圖2。由上述圖表可以看出：摻配料與合格料中粒徑大于5mm粒徑的含量基本一致，但粒徑小于5mm顆粒級(jí)配變化較大，特別是細(xì)料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量有明顯差異。初步分析土料中粒徑小于5mm的顆粒級(jí)配特別是粒徑小于0.075mm的顆粒含量可能對(duì)擊實(shí)最大干密度有一定影響。

2.3影響因素分析

根據(jù)摻配料室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)及相應(yīng)的碾壓試驗(yàn)成果，結(jié)合摻配料制備生產(chǎn)工藝分析可能影響摻配料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果的因素有：

(1)根據(jù)本工程前期進(jìn)行的大量試驗(yàn)結(jié)果顯示，湯壩料場(chǎng)偏粗料與偏細(xì)料由于在壓實(shí)特性上存在明顯差異，其擊實(shí)干密度有很大差別。偏粗料與偏細(xì)料經(jīng)摻配后，與直接上壩的合格料土料細(xì)料級(jí)配特別是粒徑小于0.075mm顆粒含量的差異可能會(huì)導(dǎo)致在相同P5含量情況下?lián)脚淞献畲髶魧?shí)干密度較合格料存在偏差。

(2)本工程偏細(xì)和偏粗料的摻配工藝是以P5含量為控制目標(biāo)進(jìn)行制備的，二者在摻配過(guò)程中不可能完全按照設(shè)定的比例摻配均勻，而室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)摻配料的料則完全是按照設(shè)計(jì)的比例配制而成，取樣檢測(cè)點(diǎn)粒徑小于5mm的細(xì)料級(jí)配與擊實(shí)試驗(yàn)料存在誤差的可能。摻配料碾壓后，在對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)度計(jì)算時(shí)就可能出現(xiàn)上述摻配土料碾壓試驗(yàn)成果中出現(xiàn)的檢測(cè)壓實(shí)度不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況。

2.4粒徑小于0.075mm的顆粒含量對(duì)全料擊實(shí)干密度的影響研究

2.4.1摻配料碾壓試驗(yàn)成果分析

根據(jù)摻配料碾壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表(表4)，重新對(duì)比分析摻配料全料壓實(shí)與粒徑小于5mm的土料顆粒含量形成圖3，即摻配粒徑小于0.075mm、黏粒含量與壓實(shí)度關(guān)系散點(diǎn)圖見圖3。

由圖3可以看出，摻配料中(P5含量一致)與粒徑小于0.075mm顆粒的含量變化對(duì)壓實(shí)度的影響較為明顯，而粒徑小于0.005mm顆粒的含量變化對(duì)壓實(shí)度的影響較小。

摻配土料全料壓實(shí)度呈現(xiàn)隨著粒徑小于0.075mm顆粒的含量增大而減小的趨勢(shì)，當(dāng)粒徑小于0.075mm顆粒的含量增大到一定數(shù)值時(shí)，檢測(cè)壓實(shí)度低于設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2摻配料系列擊實(shí)試驗(yàn)成果分析

為進(jìn)一步尋求摻配料全料壓實(shí)度與粒徑小于5mm細(xì)料部分中粒徑0.075mm含量土料的影響規(guī)律，本課題又進(jìn)行了摻配土料的系列擊實(shí)試驗(yàn)。

為了確定土料中粒徑小于0.075mm顆粒含量對(duì)最大干密度的影響規(guī)律，在室內(nèi)分別配制了P5=35%、43%、50%以及粒徑小于0.075mm顆粒含量為30%、35%、40%的擊實(shí)試樣，共進(jìn)行了九組擊實(shí)試驗(yàn)，顆粒級(jí)配曲線見圖4，相同P5含量、不同粒徑小于0.075mm顆粒的含量與干密度關(guān)系曲線見圖5，相同粒徑小于0.075mm顆粒的含量、不同P5含量與干密度關(guān)系曲線見圖6。 對(duì)以上擊實(shí)成果進(jìn)行分析可知：土料粒徑小于0.075mm顆粒級(jí)配的變化與土料擊實(shí)最大干密度存在一定的影響規(guī)律(P5、粒徑小于0.075mm顆粒的含量在試驗(yàn)范圍值內(nèi))，即：在P5含量相同的情況下，粒徑小于0.075mm顆粒的含量越高，其最大擊實(shí)干密度越小，最優(yōu)含水率越大；在粒徑小于0.075mm顆粒的含量相同的情況下，P5含量越高，其最大擊實(shí)干密度越大，最優(yōu)含水率越小。

圖3　摻配料粒徑小于0.075 mm、黏粒含量與壓實(shí)度關(guān)系散點(diǎn)圖

圖4　P5含量、粒徑小于0.075 mm顆粒的含量擊實(shí)料級(jí)配曲線圖

3結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)河壩工程通過(guò)對(duì)天然不均勻土料摻配后進(jìn)行的擊實(shí)、碾壓試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)并與工程直接上壩的合格料進(jìn)行對(duì)比分析與應(yīng)用研究后得出以下初步結(jié)論：

(1)土料中粒徑小于0.075mm顆粒含量與土料擊實(shí)干密度存在一定的影響規(guī)律(P5在35%至50%之間、粒徑小于0.075mm顆粒的含量在30%～40%之間)，即在P5含量相同的情況下，粒徑小于0.075mm顆粒的含量越高，其擊實(shí)干密度越??；反之，土料擊實(shí)干密度越大。

(2)摻配料在生產(chǎn)過(guò)程中，由于摻拌的不均勻性，摻配料粒徑小于0.075mm顆粒的粉粒料含量出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而影響到摻配料碾壓干密度變化，是摻配料復(fù)核碾壓試驗(yàn)階段出現(xiàn)按擬合法檢測(cè)壓實(shí)度不滿足要求的主要原因。

由于摻配料料性及摻配土料在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受工藝限制，不可避免地存在某一點(diǎn)的P5含量雖然一樣，但摻配料中粒徑小于5mm顆粒的部分級(jí)配比例有差異，因此，在制定摻配料壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)充分考慮上述影響因素。

筆者通過(guò)研究，提出了長(zhǎng)河壩工程摻配土料的擊實(shí)性能與土料粒徑小于0.075mm顆粒含量之間存在一定的影響規(guī)律，但受目前試驗(yàn)條件限制，該規(guī)律的界限及適用范圍尚需依賴大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5　相同P5含量、不同粒徑小于0.075 mm顆粒的含量與干密度關(guān)系圖

圖6　相同粒徑小于0.075 mm顆粒的含量、不同P5含量與干密度關(guān)系圖

參考文獻(xiàn)：

[1]土工試驗(yàn)規(guī)范，SL237-1999[S].

[2]水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程，DL/T5356-2006[S].

韓興(1986-)，男，河北保定人，科技辦公室主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

熊亮(1990-)，男，四川廣安人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

朱劍(1986-)男，四川樂山人，施工管理部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

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近日，廣東梅州抽水蓄能電站可研報(bào)告順利通過(guò)審查，梅州抽水蓄能電站項(xiàng)目申請(qǐng)核準(zhǔn)計(jì)劃今年10月底前完成。梅州抽水蓄能電站位于廣東省梅州市五華縣龍村鎮(zhèn)，電站規(guī)劃總裝機(jī)容量240萬(wàn)千瓦，分兩期建設(shè)，一期裝機(jī)容量120萬(wàn)千瓦，上、下水庫(kù)按總裝機(jī)容量一次建設(shè)。樞紐工程主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、一期輸水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，其中上、下水庫(kù)主壩分別為混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩，最大壩高分別為60m和85m。

收稿日期:2015-05-05

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0020-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV541;TV52;TV522

作者簡(jiǎn)介: