苗尾水電站心墻防滲土料壓實質量檢測方法及控制標準

李朝政，李 偉，陳 江

（中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院科學研究分院，云南 昆明 650033）

土石壩是當前世界上建造數量最多、高度最高的壩型之一。我國自20世紀70年代引進土石壩技術以來，連續組織開展了一系列科技攻關工作，獲得了豐富的研究成果，推進了我國土石壩建設的快速發展。國內外工程實踐經驗表明，高壩采用礫質土作為防滲料已成為發展趨勢，世界上已建和在建的壩高200 m以上的高土質心墻堆石壩基本上都是以礫質土作為心墻防滲料的。在土質心墻堆石壩中，心墻防滲土料的壓實性在設計和施工中至關重要。本文列舉幾種用于大壩防滲土料壓實質量的試驗檢測控制方法，并選擇合適的檢測方法應用于苗尾水電站防滲土料的碾壓試驗中。

1 礫質土防滲料填筑質量的檢測方法

（1）最大干密度移動平均值檢測法。該檢測方法實質上是填筑土體干密度指標控制法。依據填筑土料全料的礫石含量（P5）與其最大干密度平均值的關系曲線插值求得。當土料的料源發生較大變化時，關系曲線應做適當調整和數據補充，需要對試坑土料進行烘干（測含水率）、水洗再烘干（測含礫量），耗時較長，工作量大。

（2）全料（或其替代料）三點擊實法。該法現場檢測與室內擊實試驗有較好的對應性，土料級配及含水率等物理性指標基本一致，也可以不經篩分、水洗直接求得壓實度，且檢測精度較高。但是，按照DL/T 5129—2001《碾壓式土石壩施工規范》的規定，室內試驗工作量很大，且對填筑體也有一定的破壞。因此，該法主要用于碾壓試驗研究和大壩施工時填筑土體壓實效果的復核性試驗中。

（3）細料三點擊實法檢測壓實度。在礫質土心墻堆石壩中，對礫質土防滲料細料的壓實度檢測通常以5 mm和20 mm為界進行劃分。一般土料的水分主要集中在5 mm以下的顆粒中，過篩時很多土粒成團，很難區分是礫石還是土粒，難以計算≤5 mm顆粒的密度和所占體積，因此，該法不太適用于壓實度檢測。而以20 mm粒徑進行分界，檢測方式可以較好地實現，試驗工作量大大降低，且對壩體的破壞要小得多。當大顆粒礫石含量過多時，細料若不能填滿粗料孔隙，在滲透水流的作用下，很容易產生滲透破壞（管涌）。此時，若細顆粒的壓實度達不到要求，則表明填筑土體的壓實達不到標準。因此，用細料的壓實度來控制填筑土體的壓實效果是符合實際的。

2 苗尾水電站礫質土防滲料填筑質量的檢測方法及控制標準的擬定

在苗尾水電站礫質土防滲土料碾壓試驗研究過程中，對土料的壓實度的測定采用三點擊實法，用小于20 mm粒徑細料的壓實度標準進行控制，用全料的壓實度標準復核；同時，還對全料和細料壓實度之間的關系進行了研究，提出了土料壓實度的控制標準。

2.1 試驗土料特性

碾壓試驗是對該電站的主料場苗尾寨土料場土料進行的研究，料場的平均含水率在15%～18%左右，該料場土料的物理性質指標詳見表1。

2.2 碾壓試驗

碾壓試驗采用質量為22 t的振動凸塊碾，進行了3個大場的碾壓試驗。

第一大場采用1號取料點的天然土料，進行3種鋪料厚度（25、30、35 cm），3個碾壓遍數（每小場先靜碾2遍，再振碾6、8、10遍），共計9個小場碾壓試驗。從振動凸塊碾對土料的擾動、土料壓實度設計指標、與其他料區鋪層厚度協調及經濟性等方面考慮，并結合同類工程實例，最終選取的后續場次碾壓施工參數為：鋪料厚度28 cm，碾壓8遍。

第二大場采用1號取料點的土料，分6種含水率（10%、12%、14%、16%、18%、20%），每種含水率各2個小場，共計12個小場碾壓試驗。根據第二大場碾壓試驗結果（見表2），了解土料不同含水率的壓實特性、驗證土料最大干密度與最優含水率關系，初步確定土料合適的填筑含水率范圍。

表2 第二大場碾壓試驗土料壓實成果

從表2可知，土料含水率從10%增加至18%時，含水率與壓實度的關系近似一條拋物線，含水率與壓實度關系曲線見圖1。從5種含水率的壓實度成果來看，僅含水率為14%的場次全料平均壓實度達到大于98%的初擬設計標準。從含水率與壓實度關系曲線來看，全料平均壓實度達到98%的含水率區間相對較窄，為14%～15%。整個苗尾寨土料含水率（平均含水率在15%～18%左右）比較難以滿足全料壓實度≥98%（擊實功能1 470 kJ/cm3）的設計初擬控制指標。

在1號取料點，對應每小場試驗料進行1組混合料含水率檢測。攤鋪前對每個小場試驗料進行3組含水率檢測；攤鋪后碾壓前對每個小場進行3組含水率測試，以檢測攤鋪過程含水率的變化。土料攤鋪前至攤鋪完成，含水率損失基本在0.5%以內。若要求全料平均壓實度達到96%時，滿足要求的碾壓土料含水率區間約為12.5%～17.0%，再考慮開采及運輸過程中含水率的損失，可確定苗尾寨土料場上壩土料的含水率約在 13.0%～17.5%。

第三大場為復核試驗。在該大場各小場還分別開展592、1 470 kJ/m3擊實功能下小于20 mm細料壓實度指標和1 470 kJ/m3擊實功能下全料壓實度指標間的對應關系試驗，初步確定土料壓實度指標和現場控制標準。碾壓試驗成果見表3。

表1 苗尾寨土料場土料物理性質指標統計

圖1 不同含水率與壓實度關系

表3 復核場碾壓試驗土料壓實成果碾前

復核場3個取料點土料在全料1 470 kJ/m3擊實功能下與≤20 mm細料在592 kJ/m3擊實功能下的壓實度影響對比試驗研究表明：≤20 mm土料在592.2 kJ/m3擊實功能下，其壓實度比全料在1 470 kJ/m3擊實功能下的壓實度高2%左右，比≤20 mm土料在1 470 kJ/m3擊實功能下的壓實度高約4%左右。

2.3 室內擊實試驗

擊實試驗主要采用大型（擊實筒直徑300 mm）擊實儀進行。試料采用濕法制樣，避免了土料經風干再加水后可能造成的對壓實性的不可逆影響，更符合實際情況。全料室內擊實試驗成果見表4。

表4 室內擊實試驗成果

從表4可以看出，土料最大干密度592 kJ/m3擊實功能下比1 470 kJ/m3擊實功能下減小了0.11 g/cm3；2 690 kJ/m3擊實功能下比1 470 kJ/m3擊實功能下僅增大了0.02 g/cm3，相差不大。

2.4 壓實控制標準的確定

從室內擊實試驗可知，2 690 kJ/m3擊實功能下土料最大干密度比1 470 kJ/m3高約0.02 g/cm3，即壓實度高約1%。規范規定：對高壩如采用重型擊實試驗（擊實功能2 690 kJ/m3），壓實度可適當降低；但不得低于95%。同時，考慮設計要求，將防滲土料填筑全料壓實度控制在不低于96%（擊實功能1 470 kJ/m3下）是比較合適的。根據全料1 470 kJ/m3擊實功能下與≤20 mm細料592 kJ/m3擊實功能下壓實度相差約2%可知，細料壓實度的控制標準應不低于98%，同時也滿足規范要求的采用輕型擊實試驗1、2級和高壩的壓實度應不小于98%～100%的規定。苗尾寨土料場土料的平均含水率在15%～18%左右，根據第二大場及復核場碾壓試驗的成果，該控制標準采用后，苗尾寨土料場土料的含水率基本在可上壩范圍內。這些說明以≤20 mm細料在592 kJ/m3擊實功能下的壓實度不低于98%作為控制標準，1 470 kJ/m3擊實功能下全料的壓實度不低于96%作為復核標準是合適的。而≤20 mm細料在1 470 kJ/m3擊實功能下壓實度偏低，該控制標準不予采用。

3 結語

（1）采用粒徑小于20 mm細料的壓實度作為控制標準，全料的壓實度作為復核標準是合適的。

（2）全料和細料不同擊實功能下壓實度的試驗表明，≤20 mm細料在592 kJ/m3擊實功能下的壓實度平均值比全料在1 470 kJ/m3擊實功能下高約2%左右，比2 690 kJ/m3擊實功能下全料的壓實度高約3%左右。

（3）苗尾寨土料場防滲土料的壓實度控制標準為：≤20 mm細料在592 kJ/m3擊實功能下的壓實度不低于98%，以1 470 kJ/m3擊實功能下全料的壓實度不低于96%作為復核標準。

［1］趙川，劉盛乾，等.糯扎渡水電站粘土心墻壓實度檢測方法及控制標準［J］.云南水力發電，2009，25（5）:58-61.

［2］DL/T 5129—2001 碾壓式土石壩施工規范［S］.

［3］SL 237—1999 土工試驗規程［S］.

［4］DL/T 5395—2007 碾壓式土石壩設計規范［S］.