車維斌，楊金平，江萬紅，陳 希

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2 km河段。兩河口水電站為以發(fā)電為主，兼顧防洪，電站采用壩式開發(fā)，水庫正常蓄水位高程2 865.00 m，水庫總庫容為107.67億m3，消落深度為80 m，調(diào)節(jié)庫容65.6億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站裝機容量3 000 MW，多年平均年發(fā)電量110億kW·h。兩河口水電站樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、漩流豎井泄洪洞、地下發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成，采用“攔河礫石土心墻堆石壩+右岸引水發(fā)電系統(tǒng)+左岸泄洪、放空系統(tǒng)+左、右岸導(dǎo)流洞”的工程樞紐總體布置格局。礫石土心墻堆石壩最大壩高295 m，引水發(fā)電系統(tǒng)為大型地下洞室群結(jié)構(gòu)，安裝6臺單機容量500 MW的水輪發(fā)電機組。

1 摻礫土料料源

兩河口水電站摻礫土料需用量為441.14萬m3，接觸黏土料17.96萬m3。摻礫土料使用西地、蘋果園、亞中、瓜里、普巴絨作為開采土料料源。根據(jù)設(shè)計規(guī)劃使用順序，大壩填筑土料的料源摻礫石土料首先開采亞中土料場，接觸黏土料全部開采自西地土料場。摻礫料利用慶大河加工系統(tǒng)和瓦支溝加工系統(tǒng)加工生產(chǎn)的連續(xù)級配新鮮石料，粒徑的范圍為5～100 mm。

2 摻礫土料碾壓試驗

2.1 技術(shù)要求

用于心墻防滲料的礫石土顆粒級配應(yīng)符合：填筑土料最大粒徑≤150 mm；粒徑>5 mm的顆粒含量不超過50%，不低于30%；粒徑<0.075 mm的顆粒含量不小于15%；粒徑<0.005 mm的顆粒含量大于8%；碾壓后心墻防滲土料的滲透系數(shù)<1×10-5cm/s，抗?jié)B透變形的允許坡降>4.0，其滲透破壞形式為流土。心墻防滲土料的塑性指數(shù)IP宜1020應(yīng)進行專門論證。心墻礫石土防滲土料全料壓實度≥97%(采用修正普氏2 740 kJ/m3擊實功)，粒徑<20 mm的細料壓實度≥99%(采用普氏擊實)。 心墻防滲土料全料填筑含水率為Wop-1.5%≤W≤Wop+2.5%， 其中Wop為最優(yōu)含水率。

2.2 料源情況

本次碾壓試驗主要針對亞中(A區(qū))土料，經(jīng)對前期料場復(fù)勘資料統(tǒng)計：料場總面積約22.80萬m2，平均厚度為3.3～8.0 m。復(fù)勘揭露，表層耕殖土厚0.3～0.4 m，為無用層。有用層儲量為57萬m3，總儲量140.6萬m3。平均級配<5 mm顆粒含量為95.06%，<0.075 mm顆粒含量為80.36%，<0.005 mm黏粒含量為24.45%，以細粒料為主，需摻礫改性，塑性指數(shù)為10.7～12.8，P5、細粒含量、黏粒含量、塑性指數(shù)滿足規(guī)程要求。

表1 摻礫土料料源試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計

2.3 碾壓試驗?zāi)康?/h3>

現(xiàn)場碾壓試驗的目的：①通過物理、力學(xué)性能的試驗成果，驗證礫石土心墻料設(shè)計參數(shù)的可行性；②驗證礫石土心墻料設(shè)計技術(shù)指標及填筑標準的合理性、可用性；③確定礫石土心墻料的最佳壓實方法(包括選擇碾壓設(shè)備類型、機械參數(shù)、碾壓遍數(shù)、鋪料厚度、灑水量等施工參數(shù))；④提出礫石土心墻料合理的填筑含水率范圍和含水量調(diào)整方法及高含水率對填筑和壓實的影響；⑤推薦礫石土心墻料填筑施工快速檢測方法(全、細料壓實度檢測方法及其指標)；⑥選擇可行的施工碾壓參數(shù)。

2.4 現(xiàn)場工作準備

2.4.1 料源準備

摻礫土料料源開采與加工需要經(jīng)過土料開采、摻礫料制備、平鋪立采加工等工藝過程，在摻配完成后進行了室內(nèi)擊實試驗(測最大干密度、最優(yōu)含水量)，然后對天然含水率、液塑限、顆粒級配進行試驗檢測，檢測結(jié)果見表1，可知摻礫土料各項指標均滿足設(shè)計技術(shù)要求，能夠滿足作為防滲料使用。

2.4.2 場地要求

(1)場地堅實平整，用26 t自行式振動平碾按2～3 km/h的速度碾壓，根據(jù)測量沉降資料結(jié)果看，碾壓2遍后全場平均沉降量小于2 mm；整場高差小于20 cm且局部起伏差小于5 cm。

(2)在場地碾壓完畢后，攤鋪了一層30 cm厚的試驗料，振動碾壓后的壓實度均大于100%，將這一層作為基層，然后在其上進行碾壓試驗。

(3)試驗區(qū)尺寸為14 m×18 m(寬×長)，面積為252 m2。

(4)試驗鋪土要求。由于碾壓時產(chǎn)生側(cè)向擠壓，因此試驗區(qū)的兩側(cè)(垂直行車方向)留出了一個碾寬。順碾壓方向的兩端留出了5～6 m作為非試驗區(qū)，以滿足停車和錯車需要。

2.5 碾壓試驗

采用淘汰法進行試驗組合，即每次只變動一項參數(shù)，固定其他參數(shù)，通過試驗求得該項參數(shù)的適宜值，再變動另一項參數(shù)，求得另一項施工參數(shù)的適宜值，最終通過試驗得到的填筑材料的各項最佳施工參數(shù)。待各項參數(shù)選定后，用選定參數(shù)進行復(fù)核試驗。

采用進占法鋪料，20 t自卸車運輸，推土機平料，在非試驗區(qū)域設(shè)置4個固定標桿，操作手根據(jù)標桿控制鋪料厚度，同時人工配合進行整平，鋪料厚度誤差控制在±5%。

采用26 t自行式振動凸塊碾進行碾壓，行車速度控制在(2.5±0.5)km/h(超過3 km/h則報警)，碾壓方式采用錯碾碾壓(即進退法，按一進一退各1遍計算)，搭接寬度為15～20 cm。當碾壓遍數(shù)與沉降量關(guān)系曲線未趨于收斂時，增加碾壓遍數(shù)直至收斂。

為保證沉降觀測準確，在振動碾振動影響范圍之外的碾壓場附近設(shè)置2個測量基準點，在碾壓試驗單元內(nèi)以1.2 m×1.2 m的方格網(wǎng)布置沉降測點，每個單元布置測點66個。測量按照GB50026—2016《工程測量規(guī)范》[8]有關(guān)條款規(guī)定進行，在碾至規(guī)定遍數(shù)后對試驗單元內(nèi)全部測點進行高程測量，整個場次碾壓完成后的數(shù)據(jù)為一場次。

2.6 碾壓試驗成果

在摻礫土料天然含水率下進行參數(shù)選擇場碾壓試驗，在碾壓試驗中，主要檢測密度、顆粒級配、含水率、液塑限指標，同時進行沉降測量。根據(jù)沉降測量成果整理得到摻礫土料的碾壓沉降率見圖1。由圖1可知，在相同鋪料厚度下，沉降率隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加，從整體沉降趨勢分析，不同的鋪料厚度均在靜碾2遍+振碾10遍時基本趨于收斂。

圖1 摻礫土料碾壓遍數(shù)與沉降率關(guān)系曲線

碾壓完成后，現(xiàn)場采用灌水法檢測壓實密度，每種組合取樣10組(測點在試驗區(qū)內(nèi)均勻布設(shè))，試驗結(jié)果見表2，鋪料厚度、碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系見圖2、圖3。

表2 摻礫土料壓實度檢測成果匯總(參數(shù)選擇場)

圖2 不同鋪料厚度下的全料壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

圖3 不同鋪料厚度下的細料壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

由表2可知，根據(jù)試驗設(shè)計采用26 t自行式振動凸塊碾進行壓實得到的全料壓實度、細料壓實度均能滿足設(shè)計技術(shù)要求。結(jié)合圖2、3可知，摻礫土料在相同鋪料厚度時，全料壓實度、細料壓實度均隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，即摻礫土料壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系成正比；摻礫土料在相同碾壓遍數(shù)時，全料壓實度、細料壓實度均隨鋪料厚度的增加而減小，說明摻礫土料厚度越厚越不易壓實。

顆粒級配試驗試樣為檢測密度試坑內(nèi)的試樣，每種組合取樣10組，試驗結(jié)果見表3，典型顆粒級配曲線見圖4?？芍瑩降[土料在采用26 t自行式振動凸塊碾碾壓后，各項指標均滿足設(shè)計技術(shù)要求。

本次碾壓試驗共有12個碾壓組合，碾壓后共進行液塑限試驗107組，試驗結(jié)果見表4?？芍瑩降[土料在碾壓后，塑性指數(shù)最大值為11.9，最小值為10.0，平均值為10.6，滿足設(shè)計技術(shù)要求。

表3 礫石土心墻料碾壓后顆粒級配試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計

圖4 鋪料厚度30 cm碾壓后顆粒級配曲線

鋪料厚度/cm含水率調(diào)整/%10組平均濕密度ρh/g·cm-3含10組平均水率ω/%10組平均干密度ρD/g·cm-310組平均P5含量/%10組平均P5含量對應(yīng)的最大干密度ρD/g·cm-310組平均全料壓實度/%10組平均<20mm細料壓實度/%30+2.52.439.12.2346.22.2698.6102.6+1.52.418.62.2241.02.2499.3104.602.407.72.2336.92.22100.6106.2-1.52.386.02.2442.22.24100.2103.8-2.52.315.62.1936.62.2298.9101.4

表4 摻礫土料碾壓后液塑限試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計

2.7 復(fù)核碾壓試驗

經(jīng)過對參數(shù)選擇場碾壓試驗成果進行分析，確定采用鋪料厚度30 cm，26 t自行式振動凸塊碾靜碾2遍+振碾10遍，行車速度按(2.5±0.5)km/h控制(超過3 km/h報警)進行復(fù)核碾壓試驗。

含水率調(diào)整碾壓試驗共有5個碾壓組合，碾壓后共進行現(xiàn)場密度試驗48組，檢測結(jié)果見表5和圖5?？芍?，全料壓實度>97%，細料壓實度>99%，均滿足設(shè)計技術(shù)要求。在采用相同的鋪料厚度和碾壓遍數(shù)時，全料與細料壓實度在最優(yōu)含水率時最大，全料與細料壓實度隨含水率的增加而減小、減小而減小。

圖5 含水率與全料、細料壓實度變化曲線

根據(jù)參數(shù)選擇場和含水率調(diào)整碾壓試驗成果確定的參數(shù)，含水率按最優(yōu)含水率控制，共復(fù)核8層。復(fù)核碾壓試驗成果見表6、7。

由表6、7可知，全料壓實度、細料壓實度、顆粒級配、界限含水率、破碎率、滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計技術(shù)要求。因此，鋪料厚度30 cm、碾壓靜碾2遍+振碾10遍，行車速度按(2.5±0.5)km/h控制(超過3 km/h報警)的施工參數(shù)合理，能指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

表6 摻礫土料壓實度檢測成果匯總表(復(fù)核場)

表7 摻礫土料復(fù)核試驗顆粒級配、界限含水率、破碎率、滲透系數(shù)試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計

3 結(jié) 論

通過現(xiàn)場碾壓試驗，針對摻礫土料特性，確定了鋪料方式、碾壓程序、碾壓施工參數(shù)(包括填筑料級配、填筑層厚、碾壓遍數(shù)、行車速度)，提出了施工質(zhì)量控制標準與試驗檢測方法，具體為①由現(xiàn)場復(fù)核試驗結(jié)果可知，在鋪料厚度30 cm、碾壓靜碾2遍+振碾10遍，行車速度按(2.5±0.5)km/h控制(超過3 km/h報警)參數(shù)下，均能滿足全料壓實度>97%、細料壓實度>99%的要求；②由復(fù)核試驗結(jié)果可知，摻礫土料現(xiàn)場的破碎率為0.4%，故26 t自行式凸塊碾碾壓對摻礫土料的礫石再次破碎影響較?。虎鄞_定采用三一重工自行式凸塊振動碾，碾重17.1 t，設(shè)備總質(zhì)量26.7 t，碾寬2 170 mm，按行車速度(2.5±0.5)km/h控制(超過3 km/h報警)，其激振力416 kN，采用低頻率、高振幅碾壓；④含水率控制在Wop-2.5%≤W≤Wop+2.5%，Wop為最優(yōu)含水率。另外，建議將細料壓實度從大于99%調(diào)整為大于100%。由于碾壓土層容易產(chǎn)生含水率散失，導(dǎo)致土體干燥結(jié)塊，建議上下層結(jié)合措施采用相關(guān)設(shè)備(如推土機履帶)進行刨毛處理或補水后進行下一層土料的鋪填。

[1] 朱傳平. 樂昌峽水利樞紐工程碾壓混凝土大壩的施工程序[J]. 西北水電， 2011(3)： 60- 64．

[2] 郭永軍. 碾壓混凝土在西流水混凝土面板堆石壩中的應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)與清潔能源， 2011， 27(7)： 87- 89．

[3] DL/T 5129—2013 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S]．

[4] DL/T 5356—2006 水電水利工程粗粒土試驗規(guī)程[S]．

[5] DL/T 5355—2006 水電水利工程土工試驗規(guī)程[S]．

[6] NB/T 35016—2013 土石筑壩材料碾壓試驗規(guī)程[S]．

[7] DL/T 5173—2003 水電水利工程施工測量規(guī)范[S]．

[8] GB 50026—2016 工程測量規(guī)范[S]．

[9] 韓興, 段超. 長河壩水電站大壩心墻埔筑與碾壓施工設(shè)備綜述[J]. 水力發(fā)電, 2016, 42(10): 73- 75．