獅泉河水電站大壩摻合料心墻滲透穩定性研究

摘要：由于粘土缺乏，獅泉河水電站工程大壩防滲料只能采用距壩址約50km的塔那波料場粘土料，塔那波料場粘土料屬于分散性粘土，從抗滲透變形能力考慮，需對其進行改性。經過論證和經濟比較，決定采用粘土與砂石料按質量比50%：50%的比例摻合，摻合料做為心墻料使用。摻合料的滲透穩定能否滿足要求是方案能否成立的關鍵問題。

關鍵詞：獅泉河水電站；心墻；摻合料；研究

1、概述

獅泉河水電站位于西藏阿里地區獅泉河鎮上游約7km的獅泉河上，海拔高程4300m，高寒地遠，對外交通不便。

電站壩址控制流域面積14870km2，多年平均流量9.28m3/s，水庫正常蓄水位4315.00m，校核水位4317.26m，總庫容1.85億m3。電站擋水建筑物采用摻合料心墻土石壩，最大壩高31m，廠房為壩后式地面廠房，裝機容量6.4MW。電站開發以發電為主，為獅泉河鎮提供穩定可靠的電力供應。

本文側重敘述塔那波料場黏土和阿里砂卵石料場剔除大于40mm粒徑顆粒的砂礫石進行摻合作為心墻防滲料滲透變形、在反濾料保護下的抗滲和防沖刷性能的研究。

2、問題的由來

大壩防滲體系原方案主要由壩基全封閉混凝土防滲墻、壩體粘土心墻和壩肩灌漿帷幕共同構成。心墻頂高程為4315.60m，頂寬3.0m，心墻上、下游坡度均為1：0.25，心墻頂部與“L”型砼防浪墻相接，底部與壩基混凝土防滲墻相接。

上述方案經三維分析和三維電模擬試驗，滿足設計要求。

由于工程區附近粘土缺乏，工程防滲料只能采用距壩址約50km的塔那波料場粘土料，塔那波料場粘土料質量雖滿足施工要求，但屬于分散性粘土，從抗滲透變形能力考慮，需對其進行改性。經過論證和經濟比較，決定采用粘土與砂石料按一定比例摻合，摻合料做為心墻料使用。摻合料的滲透穩定能否滿足要求是方案能否成立的關鍵問題。

3、滲透穩定室內試驗與成果

3.1方案確定及摻合方法

3.1.1 摻合料方案確定

根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274-2001. P9.“4.1.10” 中對礫石土粒徑大于5mm 的顆粒含量不宜超過50%和小于0.075mm以下顆粒含量不應少于15%的原則以及塔那波黏土料、阿里砂礫石料的特點，擬定以20組塔那波黏土料顆粒分析統計平均值（黏土平）和39組阿里砂礫石料剔除40mm以上顆粒的顆粒分析統計平均值（反直接平）為基礎，按干重量比“黏土平∶反直接平=60%∶40%（摻1）”、“黏土平∶反直接平=50%∶50%（摻2）”、“黏土平∶反直接平=40%∶60%（摻3）” 三個摻合比進行摻合料研究。

為了探討大規模施工時心墻填筑摻合料可能出現偏粗級配土體時的滲透特性，還以20組塔那波黏土料顆粒分析統計平均值（黏土平）和39組阿里砂礫石料剔除40mm以上顆粒的顆粒分析統計偏粗值（反直接下）為基礎，按干重量比“黏土平∶反直接下=40%∶60%（摻4）”、“黏土平∶反直接下=30%∶70%（摻5）”兩個摻合比進行摻合料研究，以供安全裕度分析。

摻1～摻5按上述方案的摻合結果，其顆粒粒徑特征值：小于5mm粒徑顆粒含量為78.23%～57.35%，小于0.075mm粒徑顆粒含量為55.60%～24.76%，小于0.005mm粒徑顆粒含量為32.74%～16.49%，按國家標準分類定名均為黏土質礫（GC）。

3.1.2 室內試驗的摻合方法

室內擊實試驗及力學性試驗土料備樣的摻合方法為：

⑴ 首先將塔那波黏土料在風干狀態（樣品含水率在4%左右）下碾碎成粉末狀，按比例與風干狀態（樣品含水率在1%左右）下的砂礫石料進行人工摻合均勻。

⑵ 然后按最優含水率加水噴灑，邊噴灑邊拌和之后，用塑料膜覆蓋悶憋24小時以上。

⑶ 最后在制樣前再次拌合（最優含水率狀態下）后進行制樣壓實。

3.2力學性能

摻合料力學性試驗5組，試驗編號為摻1～摻5。試驗成果見表1，表2。

摻1～摻5防滲土自身的滲透系數均滿足防滲要求，但破壞坡降較低，其因可能與黏土的分散性質有關。

3.3摻合料與反濾料聯合抗滲

摻合料與反濾料聯合抗滲試驗9組，以塔那波黏土平（黏土平）∶阿里砂礫石平（反直接平）=60%∶40%（摻1）、50%∶50%（摻2）、40%∶60%（摻3）的摻合料作為被保護土，分別以反直接上、平、下作為反濾層進行組合，試驗編號分別為摻1/反直接上、平、下，摻2/反直接上、平、下，摻3/反直接上、平、下。成果見表3。

在反濾料及壓重保護下，摻合料/反濾料聯合抗滲成果表明：其滲透系數與摻合料自身的滲透系數相比，均有不同程度減小；破壞坡降與摻合料自身的破壞坡降均有大幅度提高，提高幅度是摻合料自身破壞坡降的4倍以上。

3.4反濾料保護下的防沖刷試驗

防滲摻合土料在反濾料保護下防沖刷試驗9組，其組合及編號與聯合抗滲試驗相同，試驗成果見表4。

土石壩心墻在施工和運行期間，可能會受不均勻沉降或水力劈裂的影響，部份土體出現開裂而降低防滲性能，甚至危及防滲體的運行安全。試驗模擬開裂狀況下非完整試樣在反濾料保護下的防沖刷性能，即反濾層能否阻止被保護顆粒被滲流水帶走；同時防滲土體在水力作用下縫壁崩塌的土料能否淤堵裂縫。

經過試驗可以看出，以摻合比為塔那波黏土平（黏土平）∶阿里砂礫石平（反直接平）=60%∶40%（摻1）、50%∶50%（摻2）、40%∶60%（摻3）的摻合料作為被保護土，分別以反直接上、平、下作為反濾層進行組合下的防沖刷試驗結果表明：除“摻1/反直接下” 防沖刷能力稍差外，其余防沖刷能力均較好，心墻防滲土體開裂后基本能夠淤堵自。

3.5結論

通過力學性試驗，心墻摻合料與反濾料聯合抗滲試驗以及反濾料及壓重保護下的防沖刷試驗表明，各項指標均能滿足規范要求。

4、結束語

獅泉河水電站水庫2006年2月開始蓄水，2006年8月水庫水位達到正常蓄水位高程，2006年10月1日電站并網發電。截至目前通過對內部應力應變、大壩變形、滲流、揚壓力等的監測分析表明：大壩受壓正常，變形在合理范圍內且變形已基本穩定，無異常滲流點，揚壓力正常。通過對分散性粘土摻合砂礫石做為心墻料滲透穩定的分析研究，我們可以總結以下幾點經驗：

（1）在反濾料及壓重保護下，摻合料/反濾料聯合抗滲成果表明：其滲透系數與摻合料自身的滲透系數相比，均有不同程度減小；破壞坡降與摻合料自身的破壞坡降均有大幅度提高。

（2）防沖刷試驗結果表明：防沖刷能力均較好，心墻防滲土體開裂后基本能夠淤堵自。

（3）本工程摻合料做為土石壩防滲料的應用，為土石壩防滲料的選取，特別是象西藏這樣粘土分布稀少且粘土質量不高的地區，提供了更廣闊的選取空間，也為類似工程積累了一定的經驗。

作者簡介：

謝濤（1970-），男，河南商丘人，高級工程師，從事水電站建設管理工作。