寺坪水電站大壩墊層料試驗初步研究

摘要：寺坪電站砂礫石壩墊層料原設計采用河床砂礫料經篩洗后上壩，但經碾壓試驗證明篩洗料滲透不能滿足設計要求，采用摻配細料組織了施工， 并對半成品及成品料的滲透變形進行了試驗初步研究。

關鍵詞：水電站；大壩；墊層料

1前言：

寺坪水電站砂礫石面板壩壩高90.5m，底寬最大300m，上游壩坡1:1.6，下游綜合壩坡1:1.7。墊層料填筑水平寬度3m，為半透水墊層，主要起反濾保護作用，設計采用非朔性級配良好的天然砂礫石料，在砂石系統沖洗篩分后上壩填筑。其材料特性見表1-1，碾壓試驗后，其沖洗篩洗料滲透不能滿足設計要求，不能直接上壩填筑，為此施工中在沖洗料中摻入細料滿足設計要求，同時對半成品及成品料的滲透變形進行了室內試驗初步研究。

2 生產性碾壓試驗成果

04年11月，根據實際施工條件，采用彭家灣篩分系統的沖洗砂礫料，進行了生產性碾壓試驗，成果表明：采用18t振動碾壓，碾壓前后級配變化不大；由于墊層料采用天然沖洗篩分砂礫料，在沖洗過程中，0.5mm以下的顆粒損失較大，導致墊層料0.5mm以下普遍低于設計要求；從滲透檢測結果分析，砂礫料的滲透系數均偏高在1.09×10-2至3.68×10-2之間，為透水材料；墊層料的平均干密度均較難達到設計指標。

3 室內試驗成果

由于原設計的沖洗砂礫料顆粒級配不能滿足設計要求，經過四方會議商議，擬采用摻和細料的辦法填筑，為對幾種材料性能及滲透變形進行了解，并進行相應的滲透變形分析，為料源性能改變提供可靠數據依據，也確保工程運行安全。

3.1半成品墊層料顆粒級配試驗

顆粒級配試驗采用篩析法進行試驗，試驗共取篩分試樣約800kg ，其中大于20mm含量采用全料篩分，小于20mm含量采用四分法取部分進行洗篩，從篩析試驗成果看：最大料徑為28mm，小于5mm顆粒含量13.8%，小于0.075mm顆粒含量0.4%，不均勻系數Cu為15.1，曲率系數Cc為3.9，顆粒級配組成如下表2。

3.2成品墊層料顆粒級配試驗

成品墊層料顆粒級配主要是引用實際壩體填筑生產的料源試驗成果，共計19組，從現場試驗檢測成果來看，小于5mm顆粒含量變化范圍值為25.9～47.1%，平均值為34.8%，小于0.075mm顆粒含量變化范圍值為1.9～3.9%，平均值為3.0%。不均勻系數Cu變化范圍值為40.9～51.0，平均值為48.6；曲率系數Cu變化范圍值為1.3～3.6，平均值為2.1，級配組成見右表。

3.3摻合料石粉的顆粒級配試驗

為改善墊層料的滲透及滲透變形性能，會議討論采用墊層料中摻入3%的石粉，石粉為保康水泥廠生產，試驗采用密度計法，從其成果看，大于0.075mm含量為9.8%，0.075～0.005mm含量為64.7%，小于0.005mm含量為25.2%，不均勻系數Cu為9.4，曲率系數Cc為0.78，顆粒比重為2.74，石粉顆粒級配如表4。

4 相對密度試驗

滲透試驗采用垂直管油儀進行試驗，容積面規格尺寸為內徑30cm，高60cm，對于半成品墊層料試樣制備干密度按2.05g/cm3(相對密度0.85)控制，對成品墊層料及摻石粉的墊層料試樣制備干密度按設計值2.2g/cm3進行，成果見表5。

5 成果分析

5.1級配成果分析

從半成品墊層料顆粒級配試驗成果看：由于粒徑分布及組成的不合理性，造成級配曲率系數不能滿足規范要求，屬不良級配。

從成品墊層料現場檢測顆粒級配試驗成果來看：顆粒級配較均勻，而且是小于5mm含量基本滿足設計要求，平均級配成為良好級配。

對石粉級配來看，屬不良級配。

5.2相對密度及壓實試驗成果

半成品墊層料：由于該顆粒級配為不良級配，從而造成顆粒之間空隙較大，難于達到密實，干密度偏低。

成品墊層料：試驗檢測干密度平均值為2.24g/m3，均滿足設計要求2.20g/cm3的設計指標，說明壓實性能較好。

5.3滲透及滲透變形試驗成果分析

從半成品墊層料滲透及滲透變形試驗成果可以看出：隨著比降的增大，滲透系數逐漸增大，但由于半成墊層料自身級配的缺陷，隨著水頭的提高，比降增量不明顯，其主要原因是由于顆粒級配組成的不均勻性造成的(從相對密度成果可以看出)。因此從試驗成果來，該半成品料的壓實性能及抗滲透變形性能滿足墊層料的設計要求。

從成品墊層料滲透及滲透變形試驗成果來看：隨著比降增大，滲透系數呈波動變化，滲透系數變化范圍在ⅰ×10-2～10-3cm/s變化，當比降在20.054時，試樣穩定30分鐘后產生管涌破壞。

從成品墊層料摻3%的石粉滲透及滲透變形試驗來看：隨著比降的增大，滲透系數也呈波動變化，滲透系數變化范圍在ⅰ×10-2～10-3cm/s變化，當比降在16.576時，穩定20分鐘后有泥漿向上懸浮，被水帶走，同時試樣產生管涌破壞。

(4)從成品墊層料與成品墊層料摻3%石粉滲透及滲透變形試驗成果來看：成品墊層料的滲透系數與墊層料摻3%的石粉滲透系數大體相同，但從破壞比降來看，成品墊層料的破壞比降略大于與墊層料摻3%的石粉的破壞比降。其主要原因是由于墊層料摻3%的石粉僅是增加了小于0.075mm的含量，對顆粒級配沒有起到大的改善，相應的原級配中小于5mm的含量減小2%。而且由于小于0.075mm含量的增大，僅只是起到一個孔隙的填充作用，但對于填筑材料抵抗滲透變形及破壞能力不會提高，相反會略有降低。其原因是由于當比降較低時，石粉隨著水的運動產生移動，從而在某一層面形成一個隔層(主要是由于細顆粒表面的毛細張力造成的)，使滲透系數減小，水變清，當比降達到一定時，石粉顆粒會被水流帶走，孔隙增大，從而造成試樣產生滲透破壞，因此試驗成果可以反映出含泥量對滲透及滲透變形的影響。

結語。從此次試驗初步成果來看，基本上可以反映某一特定級配下半成品墊層料、成品墊層料以及成品墊層料摻3%石粉料的滲透壓變形性能特性，基本反映摻3%石粉料滲透優越其他料。由于在施工過程中可能因施工工藝或填筑自身級配的差異，對滲透及滲透變形性能有所影響。

大壩自06年4月3日蓄水，5月13日蓄水高程達到301m，量水堰4月16日開始滲水，滲水清澈、無懸浮物，至目前流量在7.46～25L/s，說明摻3%石粉墊層料反濾效果良好。

作者簡介：許志東，（出生1979年6月26日）男，河南民權縣人，葛洲壩建設工程有限公司助理工程師，主要從事施工技術科技創新、施工工藝改進及應用，施工成本控制工作。