長河壩水電站大壩心墻礫石土料中粒徑0.075 mm含量對最大干密度影響的研究

韓　興，　熊　亮，　朱　劍

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定　626001)

長河壩水電站大壩心墻礫石土料中粒徑0.075mm含量對最大干密度影響的研究

韓興，熊亮，朱劍

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定626001)

摘要：當前，碾壓式土石壩高壩更多地采用了心墻防滲的結構形式，其中天然礫石土料因其成本低等特點在國內眾多工程中得到使用。長河壩水電站大壩工程天然礫石土分布不均、可直接開采上壩填筑的合格料少，為提高土料的利用率，需對不均勻分布的礫石土料摻配后使用。以長河壩水電站大壩工程不均勻土料為試驗基礎，對土料壓實性能與壓實影響因素進行了分析研究，所取得的研究成果可供同類工程設計及質量控制參考。

關鍵詞：不均勻；土料；壓實特性；影響關系；研究；長河壩水電站

1概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發中的第10級。水庫正常蓄水位高程1 690m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3。電站總裝機容量為2 600MW。攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，最大壩高240m，總填筑方量約3 300萬m3，其中心墻礫石土料248.3萬m3。

心墻礫石土料填筑料要求最大粒徑不大于150mm或為鋪土厚度的2/3，全料填筑含水率應為Wo-1%≤W≤Wo+2%，其具體設計技術指標見表1。

表1　心墻礫石土料填筑設計技術指標表

長河壩工程湯壩土料場復勘成果表明：土料天然含水率在 1.7%～19.3%之間，平均為9.8%，P5含量變化范圍為7%～90%，平均為49.1%，粒徑<0.075mm含量變化范圍為8%～64%，平均為30.4%，粒徑<0.005mm變化范圍為1.6%～26.3%，平均為10.3%，料場超徑(粒徑>150mm)平均含量約為5.6%，超徑含量高。土料各項檢測指標變化大、空間分布均一性差，料場從上游向下游呈現由粗到細的分布規律，并大致可分為偏粗(P5>50%)、合格(30%

2摻配土料擊實特性與影響因素研究

2.1室內試驗成果

表2為湯壩土料場摻配料試樣與合格料區試樣擊實成果，其中摻配料試樣采用料場偏粗料與偏細料按照計算摻配比平鋪立采摻配獲得，摻配料試樣與合格料區試樣擊實試驗級配均根據擊實設備允許的最大粒徑等量替代后縮尺后得到，全料擊實功能為2 688kJ/m3。

P5含量與最大干密度關系曲線見圖1。

在對長河壩工程合格料區試樣擊實成果與摻配料試樣進行分析后可知：

(1)合格料區試樣中P5含量與擊實最大干密度呈規律性變化，即P5含量越大，所對應的最大擊實干密度也越大。當P5含量增大至65%時，最大擊實干密度達到最大值；P5含量大于65%時，最大擊實干密度呈下降趨勢。

(2)摻配料試樣中P5含量與擊實最大干密度也呈規律性變化，P5含量越大，所對應的最大擊實干密度也越大。

表2　摻配料與合格料擊實資料統計表

(3)摻配料試樣與合格料區試樣在相同P5含量情況下，摻配料試樣最大擊實干密度較合格料區試樣偏低。

2.2碾壓試驗成果

(1)合格料碾壓試驗成果。

圖1　P5含量與最大干密度關系曲線圖

土料上壩前均需進行碾壓試驗，以此確定土料填筑施工參數及質量評價標準。合格料與摻配料碾壓試驗首先進行的是施工參數的選擇，所確定的合格料填筑施工參數為：26t自行式振動凸塊碾碾壓遍數為靜2+振12、鋪料厚度30cm。結合所確定的填筑施工參數又進行了復核碾壓試驗，對合格料進行了70組試驗，摻配料進行了42組試驗。試驗成果統計情況見表3、4。

表3　合格料碾壓試驗成果統計表

表4　摻配料碾壓試驗成果統計表

由表3、4可知：在對70組合格料按照鋪料厚度為30cm、碾壓遍數為靜2+振12遍的碾壓施工參數進行現場碾壓施工，壓實度可滿足設計要求。

而按照鋪料厚度為30cm、碾壓遍數為靜2+振12遍的碾壓施工參數進行摻配料現場碾壓施工后， 42組坑檢試驗中有4組試坑試驗按照摻配料擊實標準計算的壓實度不能滿足設計所要求的全料壓實度為0.97的要求。

圖2　摻配料與合格料顆粒級配曲線對比圖

同時對兩種料的全料級配進行了試驗檢測，其平均顆粒級配曲線見圖2。由上述圖表可以看出：摻配料與合格料中粒徑大于5mm粒徑的含量基本一致，但粒徑小于5mm顆粒級配變化較大，特別是細料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量有明顯差異。初步分析土料中粒徑小于5mm的顆粒級配特別是粒徑小于0.075mm的顆粒含量可能對擊實最大干密度有一定影響。

2.3影響因素分析

根據摻配料室內擊實試驗及相應的碾壓試驗成果，結合摻配料制備生產工藝分析可能影響摻配料壓實度檢測結果的因素有：

(1)根據本工程前期進行的大量試驗結果顯示，湯壩料場偏粗料與偏細料由于在壓實特性上存在明顯差異，其擊實干密度有很大差別。偏粗料與偏細料經摻配后，與直接上壩的合格料土料細料級配特別是粒徑小于0.075mm顆粒含量的差異可能會導致在相同P5含量情況下摻配料最大擊實干密度較合格料存在偏差。

(2)本工程偏細和偏粗料的摻配工藝是以P5含量為控制目標進行制備的，二者在摻配過程中不可能完全按照設定的比例摻配均勻，而室內擊實試驗摻配料的料則完全是按照設計的比例配制而成，取樣檢測點粒徑小于5mm的細料級配與擊實試驗料存在誤差的可能。摻配料碾壓后，在對其進行壓實度計算時就可能出現上述摻配土料碾壓試驗成果中出現的檢測壓實度不能滿足設計要求的情況。

2.4粒徑小于0.075mm的顆粒含量對全料擊實干密度的影響研究

2.4.1摻配料碾壓試驗成果分析

根據摻配料碾壓試驗成果統計表(表4)，重新對比分析摻配料全料壓實與粒徑小于5mm的土料顆粒含量形成圖3，即摻配粒徑小于0.075mm、黏粒含量與壓實度關系散點圖見圖3。

由圖3可以看出，摻配料中(P5含量一致)與粒徑小于0.075mm顆粒的含量變化對壓實度的影響較為明顯，而粒徑小于0.005mm顆粒的含量變化對壓實度的影響較小。

摻配土料全料壓實度呈現隨著粒徑小于0.075mm顆粒的含量增大而減小的趨勢，當粒徑小于0.075mm顆粒的含量增大到一定數值時，檢測壓實度低于設計壓實標準。

2.4.2摻配料系列擊實試驗成果分析

為進一步尋求摻配料全料壓實度與粒徑小于5mm細料部分中粒徑0.075mm含量土料的影響規律，本課題又進行了摻配土料的系列擊實試驗。

為了確定土料中粒徑小于0.075mm顆粒含量對最大干密度的影響規律，在室內分別配制了P5=35%、43%、50%以及粒徑小于0.075mm顆粒含量為30%、35%、40%的擊實試樣，共進行了九組擊實試驗，顆粒級配曲線見圖4，相同P5含量、不同粒徑小于0.075mm顆粒的含量與干密度關系曲線見圖5，相同粒徑小于0.075mm顆粒的含量、不同P5含量與干密度關系曲線見圖6。 對以上擊實成果進行分析可知：土料粒徑小于0.075mm顆粒級配的變化與土料擊實最大干密度存在一定的影響規律(P5、粒徑小于0.075mm顆粒的含量在試驗范圍值內)，即：在P5含量相同的情況下，粒徑小于0.075mm顆粒的含量越高，其最大擊實干密度越小，最優含水率越大；在粒徑小于0.075mm顆粒的含量相同的情況下，P5含量越高，其最大擊實干密度越大，最優含水率越小。

圖3　摻配料粒徑小于0.075 mm、黏粒含量與壓實度關系散點圖

圖4　P5含量、粒徑小于0.075 mm顆粒的含量擊實料級配曲線圖

3結語

長河壩工程通過對天然不均勻土料摻配后進行的擊實、碾壓試驗及生產試驗并與工程直接上壩的合格料進行對比分析與應用研究后得出以下初步結論：

(1)土料中粒徑小于0.075mm顆粒含量與土料擊實干密度存在一定的影響規律(P5在35%至50%之間、粒徑小于0.075mm顆粒的含量在30%～40%之間)，即在P5含量相同的情況下，粒徑小于0.075mm顆粒的含量越高，其擊實干密度越小；反之，土料擊實干密度越大。

(2)摻配料在生產過程中，由于摻拌的不均勻性，摻配料粒徑小于0.075mm顆粒的粉粒料含量出現波動，進而影響到摻配料碾壓干密度變化，是摻配料復核碾壓試驗階段出現按擬合法檢測壓實度不滿足要求的主要原因。

由于摻配料料性及摻配土料在實際生產過程中受工藝限制，不可避免地存在某一點的P5含量雖然一樣，但摻配料中粒徑小于5mm顆粒的部分級配比例有差異，因此，在制定摻配料壓實質量標準時應充分考慮上述影響因素。

筆者通過研究，提出了長河壩工程摻配土料的擊實性能與土料粒徑小于0.075mm顆粒含量之間存在一定的影響規律，但受目前試驗條件限制，該規律的界限及適用范圍尚需依賴大量的試驗進行驗證。

圖5　相同P5含量、不同粒徑小于0.075 mm顆粒的含量與干密度關系圖

圖6　相同粒徑小于0.075 mm顆粒的含量、不同P5含量與干密度關系圖

參考文獻：

[1]土工試驗規范，SL237-1999[S].

[2]水電水利工程粗粒土試驗規程，DL/T5356-2006[S].

韓興(1986-)，男，河北保定人，科技辦公室主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

熊亮(1990-)，男，四川廣安人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

朱劍(1986-)男，四川樂山人，施工管理部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

梅州抽蓄電站可研報告通過審查

近日，廣東梅州抽水蓄能電站可研報告順利通過審查，梅州抽水蓄能電站項目申請核準計劃今年10月底前完成。梅州抽水蓄能電站位于廣東省梅州市五華縣龍村鎮，電站規劃總裝機容量240萬千瓦，分兩期建設，一期裝機容量120萬千瓦，上、下水庫按總裝機容量一次建設。樞紐工程主要由上水庫、下水庫、一期輸水發電系統等建筑物組成，其中上、下水庫主壩分別為混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩，最大壩高分別為60m和85m。

收稿日期:2015-05-05

文章編號:1001-2184(2015)03-0020-05

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV541;TV52;TV522

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