采用礫質粘土填筑堆石壩心墻初探

張 群

（湖南五凌電力公司 長沙市 410000）

1 概 述

托口水電站主壩為混合壩型，左岸為混凝土重力壩，最大壩高82.00 m。右岸為粘土心墻堆石壩（含混凝土制墻），最大壩高63.00 m，需堆石料約52萬m3，防滲土料約 8萬 m3。

在可行性研究階段，規(guī)劃的粘土主料源有兩個：小羊山土料場和王麻溪左岸土料場（副壩開挖區(qū)）。小羊山土料屬中壓縮性土，粘粒含量、塑性指數(shù)適中，天然含水率略高于最優(yōu)含水量，較易壓實固結，擊實土的滲透系數(shù)為2.15×10-6m/s，主要質量指標可滿足堆石壩防滲用料要求；儲量可滿足用料要求；剝采比18.2%，易于開采，距主壩壩址公路距離12.5 km，推薦為主壩粘土心墻堆石壩防滲心墻的土料料源。王麻溪左岸土料場為副壩的開挖區(qū)，該區(qū)土料中混雜有白堊系礫巖層的風化砂礫，對其均一性、透水性有影響，其他物理力學指標與小羊山土料相近，滿足堆石壩防滲用料要求；儲量滿足工程用料要求，屬副壩開挖料；開挖點距主壩壩址公路距離8.5 km，推薦為圍堰防滲用料。

2 課題的提出

近幾年來建設土石壩的突出進步之一，就是筑壩材料的應用范圍越來越廣。對于高堆石壩而言，其防滲體材料要求的側重點與低壩不同，防滲體裂縫及隨后的滲流沖刷，是影響安全的重要因素。因此：心墻防滲土料通常選擇具低壓縮變形的土料，以減少其發(fā)生裂縫的可能性，含砂礫的寬級配土料由于壓實性好，壓縮性低，裂縫自愈能力強等優(yōu)點而在國內外堆石壩中得到普遍地使用。因此，托口水電站主壩粘土心墻堆石壩最大壩高63.00 m，使用含風化砂礫的王麻溪左岸土料作為主壩防滲體填筑材料，具有可行性；王麻溪左岸土料位于副壩開挖區(qū)，屬開挖棄料，且離主壩的公路距離與小羊山土料場離主壩的公路距離短4 km，若利用其作為主壩防滲體，具有經濟性；小羊山土料場在托口集鎮(zhèn)邊，土料的開采運輸對托口集鎮(zhèn)居民有影響，土料的實際施工將反受居民制約，而王麻溪左岸土料位于工程專用公路邊，屬坡地，無居民，開采、運輸、施工便利。因此，開展進一步的實驗研究，采用含礫質的粘土填筑主壩粘土心墻堆石壩具有十分重要的現(xiàn)實意義。

3 研究試驗路徑

研究分兩大類：含風化碎（礫）石的土料和摻和粉質粘土的風化碎（礫）石土料。通過室內土試驗，研究確定土料的物理力學與質量指標；通過現(xiàn)場填筑碾壓試驗判斷土料是否能夠符合和滿足相關規(guī)程、規(guī)范對心墻料的填筑質量要求；通過對現(xiàn)場碾壓土體原狀樣進行室內力學性質試驗，確定土料碾壓后的力學特性。通過對王麻溪左岸土料進行較系統(tǒng)全面的室內和現(xiàn)場試驗研究，為心墻堆石壩提供相關參數(shù)，以期直接利用含風化碎（礫）石的開挖土料上壩，或摻加適量粉質粘土后上壩，實現(xiàn)多種土料在心墻堆石壩施工中的應用進行有效的探索。

4 土工試驗

現(xiàn)場取王麻溪左岸土料進行了3組土工試驗分析。碎（礫）石土土料的基本特性見表1。

表1 王麻溪左岸土料場碎（礫）石土試驗成果表

根據(jù)相關規(guī)程、規(guī)范初步判斷，碎（礫）石土土料P5（>5 mm）含量、粘粒含量、滲透系數(shù)等指標符合要求，擊實最干密度大于天然干密度，塑性指數(shù)、天然含水率等指標偏高。

同時，對碾壓場土料現(xiàn)場取樣，進行顆粒分析，擊實等室內土工實驗，試驗成果見表2。

表2 碾壓場土粒顆粒級配、擊實試驗成果表

試驗成果表明，填筑碾壓的碎（礫）石土料較原室內土工試驗粗顆粒含量降低，粘粒含量明顯提高，表明碾壓工序對土料中的風化碎（礫）石有一定的破碎作用，并改善了顆粒級配。碾壓用土料的擊實指標平均值為：碎（礫）石土料最大干密度1.85 g/cm3，最優(yōu)含水率15.3%；混合土料最大干密度1.79 g/cm3，最優(yōu)含水率15.0%。

5 現(xiàn)場填筑碾壓實驗

模擬實際填筑碾壓施工工法，選擇適合的壓實機械，擬定壓實參數(shù)，對碎（礫）石土進行了10個小場填筑碾壓試驗。其主要壓實特性基本特征值及填筑碾壓的力學特性指標見表 3，表 4。

根據(jù)試驗成果綜合分析，碎（礫）石土在自然含水率較多的狀態(tài)下，經搌動碾碾壓6～8遍后，平均干密度大于其天然狀態(tài)，屬于中壓縮性土，具有較高的臨界滲透坡降和破壞滲透坡降以及低滲透性能。按室內擊實試驗成果可推斷，若在連續(xù)晴天或高溫、干燥季節(jié)，碎（礫）

石土的天然含水率降低時，其碾壓干密度值將會有較大幅度提高，甚至接近室內擊實試驗最大干密度值。由此可判斷王麻溪左岸土料場碎（礫）石土能作為心墻防滲料使用。

同時，將碎（礫）石土與粉質粘土按1∶1混合，對混合土進行了4個小場填筑碾壓試驗。其主要壓實特性基本特征值及填筑碾壓后的力學特性指標見表5，表6。

由此成果分析，碎（礫）石土與粉質粘土均可單獨作為心墻防滲料使用，在心墻堆石壩施工過程中不必要人為摻混兩種土料。

表3 碎（礫）石土主要壓實特性基本特征值表

表4 碎（礫）石土碾壓后主要力學特性指標表

表5 混合土主要壓實特性基本特征值表

表6 混合土碾壓后主要力學特性指標表

6 結 論

（1）根據(jù)王麻溪左岸土料場心墻土料現(xiàn)場碾壓試驗與室內土工試驗成果綜合判斷，土料質量滿足有關規(guī)程、規(guī)范要求，土料填筑碾壓質量較好，密實度均大于土料天然狀態(tài)，現(xiàn)場滲透系數(shù)近似值為i×10-6m/s，碾壓后原狀樣的滲透系數(shù)為（i×10-6～i×10-8）cm/s，具有較高的臨界滲流坡降和破壞滲流坡降，為中-低壓縮性土，判斷碎（礫）石土料、摻加粉質粘土土料都能作為心墻防滲料使用。

（2）王麻溪左岸土料場心墻土料液限水塑性指數(shù)較規(guī)范要求偏高，對含水率變化較敏感。本次心墻料現(xiàn)場填筑碾壓試驗的經驗表明，在土料含水率相對適宜（被碾壓土料與碾輪不出現(xiàn)沾粘）時，高液限和高塑性指數(shù)土料對開采、運輸、填筑以及碾壓等施工工作不會產生明顯的不利影響。

（3）為保證大壩心墻施工質量，施工組織設計時應考慮避開雨雪季節(jié)施工，或至少避免在連續(xù)雨雪天氣施工，同時采取有效的施工措施，將土料含水率調整到接近最有含水率狀態(tài)，以避免或減小心墻料因含水率偏高對大壩心墻施工質量帶來影響。