積石峽水電站混凝土面板堆石壩壩料試驗研究

蔡 楠，王怡平

（1.黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810000；2.黃河上游水電開發有限責任公司工程建設分公司，青海 西寧 810000）

積石峽水電站工程壩體為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 861.00 m，防浪墻頂高程1 862.20 m，壩頂長度為322 m，最大壩高101 m。根據工程需要，對壩料進行了試驗研究，以確定其墊層料、過渡料的滲透系數，驗證墊層料、過渡料之間的過渡關系；實測墊層料、過渡料在試驗條件下不發生破壞的滲透比降極限值。

1 試 驗

1.1 方法

試驗采用自主研發的粗粒料大型高壓滲透儀進行試驗，儀器設計最大水頭100 m（經協商依約定本次試驗最大水頭按80 m進行），試驗流量0～2 000 cm3/s，試驗料最大粒徑200 mm，采用高壓水泵加壓，壓力恒定設備穩定壓力，保證試驗壓力類似水庫運行壓力變化。試驗模擬水庫運行時壩料中水流方向，采用逐級加壓方法，墊層料、過渡料單獨試驗時，壩料水流出口保護采用粒徑90～110 mm卵石作為保護料，墊層料與過渡料層間關系試驗自上而下依次為墊層料→過渡料→過渡料出口保護料（粒徑 90～110 mm 卵石）。

1.2 試驗料制備

（1）墊層料、過渡料在料場現場制備送至實驗室，涼曬、顆粒分析后直接進行試驗，不需制樣。

（2）墊層料、過渡料層間關系試驗料采用工程料場試驗資料中顆粒分析包絡線 (見圖1)級配，制備時將試驗料按不同粒徑等級篩分后單獨存放，由包絡線上查出各自的粒徑含量百分率，根據每次試驗用料量反算出各級料重，逐級稱量參配后進行試驗。

圖1 墊層料、過渡料包絡線顆粒分析曲線

1.3 滲透試驗

墊層料設計干密度2.33 g/cm3，過渡料設計干密度2.31 g/cm3，包絡線級配料層間關系按要求墊層料采用上包線，設計干密度2.33 g/cm3；過渡料采用下包線，設計干密度2.31 g/cm3。依據試驗裝料直徑和試樣高度求得裝料體積，乘以設計干密度，稱取試驗所需料總量，灑水攪拌，灑水量為2%～5%，分層裝入試驗儀器并擊實至設計高度。飽和完成后進行加壓試驗，壓力一般分10、20、40、60、80 m水頭進行。試驗成果中比降為水頭與試驗料厚度的比值j=p/h，滲透系數為單位比降下水流流速k=v/j。

2 成果分析

混凝土面板堆石壩壩料的試驗成果見表1～3。

表1 墊層料滲透試驗成果匯總

表2 過渡料滲透試驗成果匯總

表3 包絡線料滲透試驗成果匯總

依據上述成果，結合試驗過程依次分析如下：

墊層料ⅡA2。在水壓由60 m加至80 m的試驗過程中，除滲透流量增大外，流量波動較大，滲流水嚴重渾濁，試驗料自身內部結構調整，產生明顯滲透變形。因此，應以低一級試驗壓力時的比降作為滲透比降極限值，工程應用中不考慮安全系數時的比降極限值不應大于140。

墊層料ⅡA3。試驗過程一切正常，試驗料未見破壞。

過渡料ⅢA1。在水壓從40 m加至60 m的試驗過程中，滲透流量波動較大，滲流水渾濁，試驗料產生滲透變形，自身內部結構調整。試驗結束后，在壩料表面發現4處直徑2～3 cm的漏斗狀滲透破壞點，表明該料在試驗條件下已產生滲透破壞。因而，應以產生滲透變形低一級試驗壓力時的比降作為滲透比降極限值，工程應用中不考慮安全系數時的比降極限值應不大于75。

過渡料ⅢA2。試驗過程一切正常，試驗料未見破壞。

過渡料ⅢA3。大部分試驗過程一切正常，試驗臨近結束、水壓加至最大壓力時，滲透系數明顯下降，同樣顯示試驗料自身結構產生調整，透水性下降。為此，應以低一級試驗壓力時的比降作為滲透比降極限值，工程應用中不考慮安全系數時的比降極限值應不大于110。

包絡線層間關系試驗1。墊層料承受最大水頭83.3 m，試驗過程一切正常，試驗料未見破壞。過渡料承受最大水頭0.5 m。

包絡線層間關系試驗2。墊層料承受最大水頭80.6 m，過渡料承受最大水頭0.7 m。在水壓從20 m加至40 m的試驗過程中，滲透流量波動較大，滲流水渾濁，測壓表指示震蕩，說明試驗料產生滲透變形，自身內部結構調整，應以低一級試驗壓力時的比降作為滲透比降極限值，工程應用中不考慮安全系數時的比降極限值應不大于140。

包絡線層間關系試驗3。墊層料承受最大水頭81.7 m，試驗過程一切正常，試驗料未見破壞，過渡料承受最大水頭0.5 m。

3 結論

積石峽水電站混凝土面板堆石壩試驗墊層料滲透系數在 1.2×10-4～3.2×10-5之間。過渡料滲透系數為 1.7×10-3～1.5×10-4，墊層料上包絡線級配料滲透系數在 1.7×10-4～2.7×10-5之間。過渡料下包絡線級配料未專門進行滲透試驗，層間關系試驗中過渡料承受水壓極低，滲透系數僅供參考，過渡料下包絡線級配料滲透系數在 1.9×10-2～7.7×10-3之間。在試驗條件下，試驗墊層料比降極限值應不大于140，過渡料比降極限應不大于75。