摘要：由于粘土缺乏，獅泉河水電站工程大壩防滲料只能采用距壩址約50km的塔那波料場(chǎng)粘土料，塔那波料場(chǎng)粘土料屬于分散性粘土，從抗?jié)B透變形能力考慮，需對(duì)其進(jìn)行改性。經(jīng)過論證和經(jīng)濟(jì)比較，決定采用粘土與砂石料按質(zhì)量比50%：50%的比例摻合，摻合料做為心墻料使用。摻合料的滲透穩(wěn)定能否滿足要求是方案能否成立的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：獅泉河水電站；心墻；摻合料；研究

1、概述

獅泉河水電站位于西藏阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)上游約7km的獅泉河上，海拔高程4300m，高寒地遠(yuǎn)，對(duì)外交通不便。

電站壩址控制流域面積14870km2，多年平均流量9.28m3/s，水庫(kù)正常蓄水位4315.00m，校核水位4317.26m，總庫(kù)容1.85億m3。電站擋水建筑物采用摻合料心墻土石壩，最大壩高31m，廠房為壩后式地面廠房，裝機(jī)容量6.4MW。電站開發(fā)以發(fā)電為主，為獅泉河鎮(zhèn)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

本文側(cè)重?cái)⑹鏊遣蠄?chǎng)黏土和阿里砂卵石料場(chǎng)剔除大于40mm粒徑顆粒的砂礫石進(jìn)行摻合作為心墻防滲料滲透變形、在反濾料保護(hù)下的抗?jié)B和防沖刷性能的研究。

2、問題的由來

大壩防滲體系原方案主要由壩基全封閉混凝土防滲墻、壩體粘土心墻和壩肩灌漿帷幕共同構(gòu)成。心墻頂高程為4315.60m，頂寬3.0m，心墻上、下游坡度均為1：0.25，心墻頂部與“L”型砼防浪墻相接，底部與壩基混凝土防滲墻相接。

上述方案經(jīng)三維分析和三維電模擬試驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求。

由于工程區(qū)附近粘土缺乏，工程防滲料只能采用距壩址約50km的塔那波料場(chǎng)粘土料，塔那波料場(chǎng)粘土料質(zhì)量雖滿足施工要求，但屬于分散性粘土，從抗?jié)B透變形能力考慮，需對(duì)其進(jìn)行改性。經(jīng)過論證和經(jīng)濟(jì)比較，決定采用粘土與砂石料按一定比例摻合，摻合料做為心墻料使用。摻合料的滲透穩(wěn)定能否滿足要求是方案能否成立的關(guān)鍵問題。

3、滲透穩(wěn)定室內(nèi)試驗(yàn)與成果

3.1方案確定及摻合方法

3.1.1 摻合料方案確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001. P9.“4.1.10” 中對(duì)礫石土粒徑大于5mm 的顆粒含量不宜超過50%和小于0.075mm以下顆粒含量不應(yīng)少于15%的原則以及塔那波黏土料、阿里砂礫石料的特點(diǎn)，擬定以20組塔那波黏土料顆粒分析統(tǒng)計(jì)平均值（黏土平）和39組阿里砂礫石料剔除40mm以上顆粒的顆粒分析統(tǒng)計(jì)平均值（反直接平）為基礎(chǔ)，按干重量比“黏土平∶反直接平=60%∶40%（摻1）”、“黏土平∶反直接平=50%∶50%（摻2）”、“黏土平∶反直接平=40%∶60%（摻3）” 三個(gè)摻合比進(jìn)行摻合料研究。

為了探討大規(guī)模施工時(shí)心墻填筑摻合料可能出現(xiàn)偏粗級(jí)配土體時(shí)的滲透特性，還以20組塔那波黏土料顆粒分析統(tǒng)計(jì)平均值（黏土平）和39組阿里砂礫石料剔除40mm以上顆粒的顆粒分析統(tǒng)計(jì)偏粗值（反直接下）為基礎(chǔ)，按干重量比“黏土平∶反直接下=40%∶60%（摻4）”、“黏土平∶反直接下=30%∶70%（摻5）”兩個(gè)摻合比進(jìn)行摻合料研究，以供安全裕度分析。

摻1～摻5按上述方案的摻合結(jié)果，其顆粒粒徑特征值：小于5mm粒徑顆粒含量為78.23%～57.35%，小于0.075mm粒徑顆粒含量為55.60%～24.76%，小于0.005mm粒徑顆粒含量為32.74%～16.49%，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分類定名均為黏土質(zhì)礫（GC）。

3.1.2 室內(nèi)試驗(yàn)的摻合方法

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)及力學(xué)性試驗(yàn)土料備樣的摻合方法為：

⑴ 首先將塔那波黏土料在風(fēng)干狀態(tài)（樣品含水率在4%左右）下碾碎成粉末狀，按比例與風(fēng)干狀態(tài)（樣品含水率在1%左右）下的砂礫石料進(jìn)行人工摻合均勻。

⑵ 然后按最優(yōu)含水率加水噴灑，邊噴灑邊拌和之后，用塑料膜覆蓋悶憋24小時(shí)以上。

⑶ 最后在制樣前再次拌合（最優(yōu)含水率狀態(tài)下）后進(jìn)行制樣壓實(shí)。

3.2力學(xué)性能

摻合料力學(xué)性試驗(yàn)5組，試驗(yàn)編號(hào)為摻1～摻5。試驗(yàn)成果見表1，表2。

摻1～摻5防滲土自身的滲透系數(shù)均滿足防滲要求，但破壞坡降較低，其因可能與黏土的分散性質(zhì)有關(guān)。

3.3摻合料與反濾料聯(lián)合抗?jié)B

摻合料與反濾料聯(lián)合抗?jié)B試驗(yàn)9組，以塔那波黏土平（黏土平）∶阿里砂礫石平（反直接平）=60%∶40%（摻1）、50%∶50%（摻2）、40%∶60%（摻3）的摻合料作為被保護(hù)土，分別以反直接上、平、下作為反濾層進(jìn)行組合，試驗(yàn)編號(hào)分別為摻1/反直接上、平、下，摻2/反直接上、平、下，摻3/反直接上、平、下。成果見表3。

在反濾料及壓重保護(hù)下，摻合料/反濾料聯(lián)合抗?jié)B成果表明：其滲透系數(shù)與摻合料自身的滲透系數(shù)相比，均有不同程度減小；破壞坡降與摻合料自身的破壞坡降均有大幅度提高，提高幅度是摻合料自身破壞坡降的4倍以上。

3.4反濾料保護(hù)下的防沖刷試驗(yàn)

防滲摻合土料在反濾料保護(hù)下防沖刷試驗(yàn)9組，其組合及編號(hào)與聯(lián)合抗?jié)B試驗(yàn)相同，試驗(yàn)成果見表4。

土石壩心墻在施工和運(yùn)行期間，可能會(huì)受不均勻沉降或水力劈裂的影響，部份土體出現(xiàn)開裂而降低防滲性能，甚至危及防滲體的運(yùn)行安全。試驗(yàn)?zāi)M開裂狀況下非完整試樣在反濾料保護(hù)下的防沖刷性能，即反濾層能否阻止被保護(hù)顆粒被滲流水帶走；同時(shí)防滲土體在水力作用下縫壁崩塌的土料能否淤堵裂縫。

經(jīng)過試驗(yàn)可以看出，以摻合比為塔那波黏土平（黏土平）∶阿里砂礫石平（反直接平）=60%∶40%（摻1）、50%∶50%（摻2）、40%∶60%（摻3）的摻合料作為被保護(hù)土，分別以反直接上、平、下作為反濾層進(jìn)行組合下的防沖刷試驗(yàn)結(jié)果表明：除“摻1/反直接下” 防沖刷能力稍差外，其余防沖刷能力均較好，心墻防滲土體開裂后基本能夠淤堵自。

3.5結(jié)論

通過力學(xué)性試驗(yàn)，心墻摻合料與反濾料聯(lián)合抗?jié)B試驗(yàn)以及反濾料及壓重保護(hù)下的防沖刷試驗(yàn)表明，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

4、結(jié)束語(yǔ)

獅泉河水電站水庫(kù)2006年2月開始蓄水，2006年8月水庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位高程，2006年10月1日電站并網(wǎng)發(fā)電。截至目前通過對(duì)內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變、大壩變形、滲流、揚(yáng)壓力等的監(jiān)測(cè)分析表明：大壩受壓正常，變形在合理范圍內(nèi)且變形已基本穩(wěn)定，無(wú)異常滲流點(diǎn)，揚(yáng)壓力正常。通過對(duì)分散性粘土摻合砂礫石做為心墻料滲透穩(wěn)定的分析研究，我們可以總結(jié)以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

（1）在反濾料及壓重保護(hù)下，摻合料/反濾料聯(lián)合抗?jié)B成果表明：其滲透系數(shù)與摻合料自身的滲透系數(shù)相比，均有不同程度減小；破壞坡降與摻合料自身的破壞坡降均有大幅度提高。

（2）防沖刷試驗(yàn)結(jié)果表明：防沖刷能力均較好，心墻防滲土體開裂后基本能夠淤堵自。

（3）本工程摻合料做為土石壩防滲料的應(yīng)用，為土石壩防滲料的選取，特別是象西藏這樣粘土分布稀少且粘土質(zhì)量不高的地區(qū)，提供了更廣闊的選取空間，也為類似工程積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：

謝濤（1970-），男，河南商丘人，高級(jí)工程師，從事水電站建設(shè)管理工作。