徐 蕩,余萬(wàn)龍

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

山東文登抽水蓄能電站大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩,壩體填筑總工程量為476.9萬(wàn)m3,其中堆石料為444.9萬(wàn)m3,過(guò)渡料21萬(wàn)m3,墊層料10.3萬(wàn)m3,壩體上游壩坡1：1.4。堆石壩填筑料分區(qū)自上游向下游依次為:碎石壓重區(qū)、壩前墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、壩前過(guò)渡層區(qū)、上游堆石區(qū)B、下游堆石區(qū)(含不連續(xù)級(jí)配區(qū))及下游干砌石護(hù)坡。大壩填筑所需的過(guò)渡料為庫(kù)盆爆破開(kāi)采料唯一來(lái)源,由于庫(kù)盆開(kāi)采料存在裂隙節(jié)理發(fā)育、球形孤石等特點(diǎn)。為滿(mǎn)足過(guò)渡料設(shè)計(jì)最大粒徑不大于300 mm等技術(shù)指標(biāo),在大壩填筑前須進(jìn)行過(guò)渡料碾壓工藝試驗(yàn)。

1 填筑技術(shù)指標(biāo)及填筑標(biāo)準(zhǔn)

本次上水庫(kù)過(guò)渡區(qū)的碾壓工藝試驗(yàn),填筑時(shí)壓實(shí)材料選用山東省文登抽水蓄能電站庫(kù)盆的開(kāi)挖挖料,并實(shí)行連續(xù)級(jí)配。各水電站壩過(guò)渡段的填筑料技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 過(guò)渡區(qū)填筑料技術(shù)指標(biāo)

2 填筑料性能試驗(yàn)

2.1 填筑料巖石材質(zhì)試驗(yàn)

為全面掌握填筑壓料的地質(zhì)特性,對(duì)料源進(jìn)行了取樣,并按《水電水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5368—2007[1]對(duì)石料的單軸抗壓強(qiáng)度、軟弱關(guān)系等參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn),其具體測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 壩料材質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)程》GB 50021—2001[2],以巖石的飽和單軸及耐壓性能劃分,如表3所示。

表3 上水庫(kù)庫(kù)岸庫(kù)盆過(guò)渡區(qū)填筑料巖石密度試驗(yàn)結(jié)果

表3 巖石硬度劃分 單位:MPa

由表3可知,過(guò)渡料試驗(yàn)填筑料總體屬堅(jiān)硬巖石。

2.2 填筑料顆粒級(jí)配試驗(yàn)

對(duì)山東省文登抽水蓄能電站的開(kāi)挖石料進(jìn)行了全料粒度級(jí)配試驗(yàn),以滿(mǎn)足上水庫(kù)過(guò)渡料的填筑使用。粒度級(jí)配試驗(yàn),采取現(xiàn)場(chǎng)木筐粗篩,篩分網(wǎng)的規(guī)格為方格網(wǎng),篩分網(wǎng)孔徑選擇為20、40、60、80、100 mm幾種,并實(shí)行分類(lèi)稱(chēng)量。

考慮篩分準(zhǔn)確度,在場(chǎng)內(nèi)開(kāi)展了20 mm的細(xì)顆粒初步篩選,初步篩選后數(shù)量不少于4 kg,并送至室內(nèi)試驗(yàn)室開(kāi)展全含水量的篩分試驗(yàn),篩分網(wǎng)選擇為0.075～20 mm的8種篩子。經(jīng)檢測(cè)后的篩分顆粒級(jí)配如圖1所示。

圖1 上水庫(kù)過(guò)渡區(qū)填筑料顆粒篩分級(jí)配曲線(xiàn)圖

2.3 填筑料巖石密度試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)挖材料的巖層密度加以計(jì)算,并按照《水電水利土工試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5355—2006[3]執(zhí)行,其中大于5 mm顆粒的密度使用浮秤法,小于等于5 mm顆粒使用比重瓶法計(jì)算,將全料巖層密度按照粗、細(xì)材的配比,按粗、細(xì)材比例經(jīng)過(guò)加權(quán)平衡后計(jì)算,以作為填筑材料碾壓遍數(shù)基本參數(shù)。上水庫(kù)庫(kù)岸庫(kù)盆過(guò)渡區(qū)開(kāi)挖料巖石密度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)

3.1 碾壓機(jī)具選擇

為確保工程設(shè)計(jì)所提供的填筑基礎(chǔ)材料壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致,并根據(jù)本工程所設(shè)計(jì)大壩中填筑壓實(shí)材料的特性,本次碾壓試驗(yàn)機(jī)具及主要技術(shù)參數(shù)選型如表4所示。

表4 碾壓機(jī)械設(shè)備參數(shù)

3.2 碾壓試驗(yàn)參數(shù)與試驗(yàn)場(chǎng)次的確定

3.2.1 碾壓試驗(yàn)參數(shù)選擇

本次試驗(yàn),上水庫(kù)過(guò)渡料鋪筑層厚度控制誤差在±10%,松鋪厚度選定為42 cm。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工經(jīng)驗(yàn)一般采取進(jìn)占法和混合法填筑,考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,本工程試驗(yàn)采用進(jìn)占法填筑,料場(chǎng)內(nèi)采用反鏟挑料、裝料、20 t自卸車(chē)裝載運(yùn)輸。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)域采用石灰中撒出的白線(xiàn)或在試驗(yàn)條帶范圍線(xiàn)內(nèi),使用進(jìn)占法施工。

根據(jù)以往大壩填筑經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備的效率,選擇按2 km/h的碾壓速度控制。

試驗(yàn)所需的過(guò)渡料源采用小于20 mm和大于20 mm顆粒試樣測(cè)定含水率,加權(quán)平均計(jì)算全料含水率,大于20 mm顆粒含水率為0.3%,小于20 mm顆粒含水率為7.1%,全料含水率為2.0%,含水率較大,本次試驗(yàn)未加水。

本次試驗(yàn)采用振碾6遍。碾壓方法采用進(jìn)退錯(cuò)距法,前進(jìn)和后退按算2遍計(jì),輪壓的重疊部分為15～20 cm。

操作流程:反鏟和推土機(jī)平整試驗(yàn)場(chǎng)地—振動(dòng)碾碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地—進(jìn)料(進(jìn)占法)推平—灑水—靜碾—碾壓—測(cè)試壓實(shí)密度、含水量—回填試坑—碾壓。

3.2.2 碾壓試驗(yàn)場(chǎng)次

上水庫(kù)過(guò)渡區(qū)填筑料的碾壓試驗(yàn)共進(jìn)行1場(chǎng),其碾壓參數(shù)如表5所示。

表5 碾壓參數(shù)

3.3 碾壓試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目和方法

試驗(yàn)檢測(cè)按現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行。

3.3.1 干密度檢測(cè)

過(guò)渡料的壓實(shí)干密度測(cè)定參照《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T—5356[4]實(shí)施,采取灌水方式,在現(xiàn)場(chǎng)取樣了3個(gè)坑。現(xiàn)場(chǎng)試坑孔徑通常為最大粒徑的3～4倍,但最大粒度不得大于200 cm,且套環(huán)孔徑應(yīng)超過(guò)試坑孔徑,因此本次過(guò)渡段對(duì)填筑壓實(shí)料的碾壓夯實(shí)測(cè)試中選擇了最大孔徑為1.2 m的套環(huán),取樣深度為壓實(shí)層最厚,所灌水的薄膜膜厚為0.04 mm,并具有較好的彈性,同時(shí)按照《碾壓土石壩建筑施工技術(shù)規(guī)范》DL/T 5129[4]執(zhí)行。

3.3.2 顆粒級(jí)配試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)各試驗(yàn)單元內(nèi)挖3個(gè)坑,對(duì)坑內(nèi)的骨料進(jìn)行全級(jí)配篩分試驗(yàn)。試坑直徑一般為最大粒徑的2～3倍,套環(huán)直徑應(yīng)大于試坑直徑。

顆粒級(jí)配試驗(yàn),采用圓孔篩。粒徑小于等于100 mm的石料采用篩析法分析,粒徑大于100 mm的石料尺寸應(yīng)用尺量測(cè)?？紤]篩分精度,現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行20 mm以上顆粒篩分,小于20 mm的試樣在現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)取不少于4 kg,送室內(nèi)烘干后進(jìn)行篩分試驗(yàn),并將細(xì)料篩分與現(xiàn)場(chǎng)粗料篩分連接成全料級(jí)配。

3.3.3 含水率試驗(yàn)

一般采用小于20 mm和大于20 mm顆粒試樣測(cè)定含水率,加權(quán)平均計(jì)算全料含水率,用烘干法測(cè)定。

3.3.4 孔隙率計(jì)算

壓實(shí)干密度相應(yīng)的孔隙率由下式計(jì)算而得。

n=1-(ρd0/Gs×ρw)

(1)

式中:n為孔隙率,%;ρd0為現(xiàn)場(chǎng)填筑干密度,g/cm3;Gs為石料各粒徑組加權(quán)密度;ρw為水的密度,取值1 g/cm3。

3.3.5 原位滲透系數(shù)測(cè)試

原位滲透試驗(yàn)采用現(xiàn)場(chǎng)試坑注水試驗(yàn)法。按《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5356[4]采用雙環(huán)注水法進(jìn)行,儀器設(shè)備內(nèi)環(huán)直徑22.6 cm,外環(huán)直徑45.2 cm,高15 cm。

按下列公式計(jì)算土的滲透系數(shù)的近似值。

KT=Vw/(A×t)

(2)

式中:KT為溫度為T(mén)℃時(shí)土的滲透系數(shù)的近似值,cm/s;Vw為在t時(shí)間內(nèi)的滲透水量,cm3;A為內(nèi)環(huán)面積,cm2;t為間隔時(shí)間,s。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6,上水庫(kù)過(guò)渡料篩分結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 過(guò)渡料碾壓試驗(yàn)結(jié)果匯總

表7 過(guò)渡料篩分結(jié)果

4 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 壓實(shí)密度及孔隙率

從試驗(yàn)成果可以得出,碾壓6遍時(shí)填筑料壓實(shí)干密度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)(大于等于2.18 g/cm3)的要求。碾壓6遍時(shí)填筑料的孔隙率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)孔隙率(小于等于20%)的要求。

4.2 試驗(yàn)精度的影響

密度檢測(cè)誤差是不可避免的,應(yīng)意識(shí)到誤差的存在并盡最大努力減小誤差,試驗(yàn)誤差歸納起來(lái)主要可能來(lái)源于以下方面:灌水時(shí)塑料薄膜厚度的影響;試坑壁的松動(dòng)和粗糙程度,特別對(duì)試坑壁凹凸不平的部位應(yīng)進(jìn)行處理;試坑直徑與試樣最大粒徑的關(guān)系。

4.3 顆粒級(jí)配

該次碾壓試驗(yàn)填筑料仍含有部分超徑含量,在填筑施工過(guò)程中應(yīng)剔除大于300 mm的填筑料。

4.4 影響滲透系數(shù)的主要因素

大壩填筑滲透系數(shù)的影響因素主要是填料中小于5 mm和0.075 mm的顆粒含量。碾壓過(guò)程中大于5 mm的顆粒含量較多時(shí),粗料形成骨架則滲透系數(shù)較大,當(dāng)碾壓過(guò)程中小于5 mm的顆粒含量大于30%時(shí)滲透系數(shù)主要決定于細(xì)料。本次試驗(yàn)的滲透系數(shù)為0.012,均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(大于0.01)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上水庫(kù)開(kāi)采石料時(shí)的篩分結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)碾壓測(cè)量結(jié)果的研究,采用18 t振動(dòng)碾、壓實(shí)厚度40 cm,靜碾2遍、振碾6遍,施工工藝達(dá)到了工程設(shè)計(jì)的要求。