堆石壩筑壩材料壓實質量檢測若干問題芻議

李建國，王黨在，李小泉

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610071)

1 前 言

土石壩由于其對地基條件良好的適應性、能就地取材、能充分利用建筑物開挖料、施工機械化程度高、造價較低等優點，成為世界各國廣泛采用的壩型。做好筑壩材料的壓實質量檢測控制與分析評價，是土石壩施工質量管理的重要內容，對確保土石壩的安全有著十分重要的意義。

2 檢測點的布置

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》對取樣檢測的次數，針對不同材料，對每填筑一層規定了不同的檢測次數或不同填筑方量的檢測次數，但未對檢測點位的布置提出要求。檢測點的布置，需考慮斷面尺寸、材料類型、荷載、破壞模式等因素。大壩除受自身重力荷載外，主要受水庫水壓力的作用，大壩的滲流破壞、失穩或地震反應，主要沿大壩上、下游進行，因此筆者在瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的檢測中，結合斷面布置采用沿垂直于壩軸線即順水流方向布置不同剖面檢測點的方式。

圖1為毛爾蓋水電站大壩各取樣點心墻料的檢測級配曲線，圖2為按照斷面取樣統計檢測級配曲線。對比兩圖可以發現，隨機分布取樣檢測級配曲線與按照斷面取樣統計檢測級配曲線存在一定的差別，且前者包線寬于后者。

3 關于控制標準的制定

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》規定了防滲體采用干密度、含水率或壓實度控制，反濾料、過渡料及砂礫料采用干密度或相對密度控制，堆石料采用孔隙率控制的方法。

進入施工階段，施工單位對料場進行復查，并驗證或復核設計標準，其中就有可能因試驗方法、試驗儀器的不同或試驗誤差而偏離設計標準。壓實標準中最大干密度不是絕對最大值，而是在某標準試驗條件下的最大值。此時，需進行討論研究，原則上以設計制定的標準為依據，因為在勘察設計階段，是以此標準進行系統力學試驗，并根據試驗參數計算確定壩體結構尺寸。瀑布溝水電站大壩的反濾料控制標準，就出現了上述情況。

4 防滲料的壓實與評價

4.1 級配檢測控制方法

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》對黏性土防滲料提出檢測干密度與含水率指標，對礫質土防滲料提出檢測干密度、含水率與大于5mm礫石含量指標。由于土料的防滲性，除與大于5mm礫石含量有關外，還與小于0.075mm含量、小于0.005mm含量密切相關，因此需進行全級配的測試，并檢測塑液限指標。由于土料5mm以下顆粒含量的基本性質由料場的土料所決定，為加快檢測速度，可在料場或在鋪料時取樣測試5mm以下顆粒含量與塑液限指標?，F場大壩的碾壓施工，通常是沿壩軸線分段進行，因此檢測基本不影響施工進度。

圖1 毛爾蓋大壩各檢測點心墻料顆分級配曲線

圖2 毛爾蓋大壩按照斷面統計心墻料顆分級配曲線

由于施工中土料的不均勻性與施工中粗細料的部分分離，所抽取試樣必然存在一定的離散性；由于大壩水流垂直壩軸線，大壩的滲流破壞、失穩或地震反應，主要都是沿大壩上下游進行；因此，級配的檢測評價，宜按照布置的斷面進行統計，每一個斷面作為一個樣本點，對照級配控制包線圖進行分析評價。

4.2 壓實度的控制方法

對于接觸黏土，由于大于5mm礫石的含量通?？刂圃?0%以內，細料得到充分的壓實，因此檢測時以檢測的全料密度，按照DL/T5335-2006《水電水利土工試驗規程》換算成小于5mm以下的密度與含水率，對照標準計算壓實度與含水率偏差進行分析評價。

對于礫質土防滲料，由于大于5mm礫石的含量通常超過30%，甚至達到60%，若采用5mm含量以下的細料密度計算壓實度，就必須求出每個試坑土料大于5mm礫石的體積，在現場進行大量的檢測，就無法滿足施工工期。即使采用三點擊實法，計算各土料的壓實度，但仍然需要計算每個試坑土料大于20mm 礫石的體積，因此試驗工作量仍然大。

筆者在瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的檢測中，根據前期勘探試驗進行了系列擊實功能的選取，在全料壓實度滿足要求、細料壓實度也能滿足要求的前提下繪制了不同P5與干密度的關系曲線圖。施工檢測中，根據其細料塑性指數變化小、細料穩定的前提下，查壓實度控制圖，即可快速確定壓實度與含水率偏差并進行分析評價。

圖3為瀑布溝水電站大壩檢測的密度對比圖。圖中根據5mm含量可方便地求出壓實度、檢測料的含水率與最優含水率的差值，達到快速檢測的目的。

4.3 合格率的控制

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》對防滲料的干密度或壓實度的合格率要求不小于90%，不合格干密度或壓實度不得低于設計干密度或壓實度的98%。

對于合格率的控制，需要大量的樣本數據才有統計意義，因此對整個壩的檢測資料才采用合格率的控制標準，而對于每次的檢測資料，采用平均值滿足設計要求值、不合格干密度或壓實度不得低于設計干密度或壓實度的98%的控制方法。從統計學的概念可以理解，只要每次的平均值滿足要求，那么符合正態分布的大量檢測數據的期望值亦即平均值，其保證率在90%以上。圖4為瀑布溝水電站整個大壩抽檢取樣的壓實度統計圖，在保證率P=90%時，其壓實度滿足大于98%的要求。

圖3 瀑布溝大壩防滲土料ρdmax、ρd～P5～W、Wop關系曲線

圖4 瀑布溝大壩670～856m高程各檢測點壓實度分布曲線

5 反濾料的壓實與評價

通常高土石壩布置2層反濾料，對于緊靠心墻的反濾料，由于其細料含量高，可能存在滲透問題或地震液化問題，因此采取沿垂直于壩軸線即順水流方向布置不同剖面檢測點的方式。按照布置的斷面進行統計，每一個斷面作為一個樣本點，對照級配控制包線圖進行分析評價。

根據前期系列振動試驗研究，繪制了不同P5與干密度、相對密度的相關系曲線圖，在施工期間，可以快速地獲取所測反濾料是否滿足設計要求。

同樣對于每次的檢測資料，采用平均值滿足設計要求值，不合格干密度不得低于設計干密度或壓實度的98%的控制方法。對整個壩的檢測資料，則以采用合格率評價控制標準方法作依據。

6 堆石料的壓實與評價

堆石料以維持壩坡穩定為目的，通常壩坡為圓弧滑動破壞，不可能沿某一個斷面破壞，因此采用順水流方向布置不同剖面檢測點的方式，以整個上游或下游的檢測樣本作為統計對象，分別獲取平均值作為分析對象。由于堆石料的最大粒徑較大，有的超過1m，DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》對堆石料的控制，采用孔隙率作為控制標準，而土的密實度不僅與孔隙率有關，還與土的顆粒形狀和級配有關，僅有孔隙率一個指標還不能全面反映土的密實度。從理論上講，相對密度的概念比較明確，能全面反映堆石料密實度的各個因素，因此，今后應探討與研究采用相對壓實度對堆石料的質量控制方法與標準。

7 力學參數復核

DL/T 5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》要求按照固定斷面，每5～10m取代表性樣進行物理力學試驗。由于試驗周期長、費用高，且僅代表所取土樣點的力學特性，與壩體材料的物理力學特性存在一定的差距，因此筆者在對瀑布溝水電站與毛爾蓋水電站大壩的力學參數復核時，選取所填筑高程的所有檢測資料的統計包線的控制參數作為力學復核的控制指標，進行2～3次力學參數的復核。

8 結束語

本文依據已建的四川瀑布溝水電站大壩與在建的毛爾蓋水電站大壩的施工期檢測與控制實踐，分別從檢測點的布置、壓實標準、防滲料的壓實與評價、反濾料的壓實與評價、堆石料的壓實與評價、力學參數復核方面進行了分析并提出建議，探討了土石壩各填筑材料的壓實質量檢測與評價方法，可供類似土石壩施工質量檢測與控制參考。