巴塘水電站圍堰壩料碾壓試驗研究

周 一 生， 張 偉， 張 剛， 賈 洪 波， 馮 加 棟

((1.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122；2.中國安能集團第三工程局有限公司，四川 成都 610000))

1 工程概況

巴塘水電站位于川藏交界的金沙江干流上，周圍崇山峻嶺，壩址距巴塘縣以南9 km。電站采用瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸溢洪道、明管引水、地面廠房的樞紐布置格局，以發電為主，是已獲得批復的金沙江上游水電規劃的13個梯級電站中第9級，總裝機容量750 MW。

電站導流采用上下游土石圍堰進行擋水，導流洞及泄洪放空洞過流的導流方式。上游圍堰壩高2 533.8 m，堰頂高程2 502.5 m，水上填筑高度31.3 m，上游坡比1∶2，下游坡比1∶1.75。圍堰防滲體采用懸掛式混凝土防滲墻+復合土工膜的結構形式。

圍堰填筑總方量約135萬m3，其中水上填筑部分96.5萬m3，水上碾壓堆石料(以下簡稱堆石料)89.5萬m3，過渡料Ⅰ1.14萬m3取自砂石加工系統細砂料，過渡料Ⅱ5.8萬m3為覆蓋層開挖料。為獲得各種筑壩材料的物理特性和填筑碾壓施工參數，借鑒已有工程的施工經驗，根據相應的規范要求[1-8]，進行了室內試驗以及現場碾壓試驗，并對試驗結果進行了分析。

2 壩料設計標準

依據圍堰的設計要求，圍堰壩體各分區材料及設計壓實指標見表1。

表1 圍堰填筑分區材料和設計壓實指標

3 室內試驗

碾壓試驗前，為了解填筑料巖性特征，對壩料進行了室內試驗。其中巖石密度試驗，得到了堆石料、過渡料Ⅰ的巖石密度，平均值為2.81 g/cm3。對開挖料進行飽和單軸抗壓強度測試，單軸抗壓平均強度為75.7 MPa。

按照《土工試驗規程》( SL237-1991)對過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ進行室內相對密度試驗，室內擊實試驗成果表見表2。

表2 室內擊實試驗成果表

4 碾壓試驗

4.1 試驗安排

碾壓試驗主要目的是按設計壓實度要求，確定經濟合理的壓實機具、壓實方式、壓實遍數、層鋪厚度。具體有：填鋪方式、碾壓方法、行車速度、灑水率、鋪土厚度等。參照已有的工程實踐，結合規程規范要求，碾壓試驗場次安排如下，見表3。

表3 碾壓場次安排

參考已有工程經驗，各試驗場次鋪土厚度比碾壓厚度大 10%，采用反鏟裝料、自卸車運輸。堆石料采用“進占法”填筑，過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ采用“退鋪法”填筑，在各試驗條帶范圍線內，反鏟整平，并測量高程，以確保填料鋪土厚度。在試驗料攤鋪整平之后，用白灰畫出試驗單元，用灑水車在試驗單元內灑水，用流量表控制加水量，加水后按填料體積百分率計算。先進行靜碾2遍，再進行振碾。碾壓機械采用26t振動碾，行駛速度2～3 km/h，碾壓方法采用進退錯距法。碾壓試驗場地布置見圖1。

圖1 堆石料碾壓試驗場地布置圖

試驗程序: 碾壓場開辟→碾壓場壓實→布設控制點、平整度測量→進料推平→灑水→靜碾→鋪土高程測量→碾壓→沉降測量、壓實密度、含水量、級配檢測→堆料挖走→碾壓整平→基面測量→下一場。

4.2 試驗取樣與測量

沉降測量，按照圖1所示虛線交點處布置網格測點，用全站儀測量基面、鋪填層面及不同壓實遍數后，在同一測點上測量高程以計算鋪土厚度和不同碾壓遍數沉降率。碾壓完成后，在每個單元格中進行壓實密度測定、顆粒篩分、含水率測定及原位滲透試驗。干密度采用試坑灌水法測定，取樣深度為壓實層厚度，水位測量采用測針法，每個試驗單元內挖3個坑，對于過渡料Ⅰ每個試驗單元內挖5個坑。顆粒篩分試驗，結合干密度試驗進行，取試坑開挖料進行全級配篩分試驗。現場僅進行20 mm以上顆粒篩分，小于20 mm試樣，在現場稱取不少于4 kg送室內烘干后進行含水率和篩分試驗。

原位滲透試驗，在試驗單元取3點進行現場試坑注水試驗，按《水利水電工程注水試驗規程》( SL345-2007)采用單環注水法測定，滲透環直徑為30 cm，并計算近似滲透系數。

4.3 試驗結果

試驗操作按照《土石筑壩材料碾壓試驗規程》(NB/T35016-2013)中規定進行，現場原位滲透試驗、碾壓試驗、顆粒配篩分試驗分別見表4、表5、表6。

表4 現場原位滲透試驗成果

表5 現場碾壓試驗成果

表6 顆粒級配篩分試驗成果

4.3.1 原位滲透試驗、顆粒級配

從表4～6成果數據可以看出：

(1)堆石料，最大顆粒粒徑為420 mm，0.1 mm以下顆粒含量在設計8%限度內，5 mm以下顆粒含量在設計20%限度內，Cu為29.0，Cc為1.1，孔隙率、滲透系數滿足設計要求。

籍此，本文以構建“四驅雙核”高職院校服務型教工黨支部模式為探索，確定將“服務專業發展、服務學生培養”作為雙核心，通過“創新驅動、品牌驅動、目標驅動和任務驅動”，有效提升教工黨支部黨建工作與學院專業發展、學生培養之間的契合度，以期實現黨建發展推動專業優化、專業進步滿足學生培養、人才質量滿足社會服務需求的多元化、交互式的創建模式，為構建高職院校特色服務型教工黨支部提供了一種有效的實現途徑。

(2)過渡料Ⅰ，粒徑滿足0.1～5 mm的要求，Cu為8.3，Cc為1.1，級配良好，孔隙率、滲透系數滿足設計要求。

(3)過渡料Ⅱ，最大粒徑152 mm，20 mm以下顆粒含量在設計15%限度內，大于200 mm的顆粒含量在設計15%限度內，Cu為10.2，Cc為1.1，級配良好，孔隙率、滲透系數滿足設計要求。

4.3.2 干密度與含水率、碾壓遍數的關系

干密度與含水率、碾壓遍數的關系見圖2。

(a) (b)圖2 堆石料干密度隨含水率的關系

圖2(a)為堆石料鋪筑層厚度為120 cm且在碾壓遍數不同情況下，干密度隨含水率變化的關系。從中可以看出，堆石料的碾壓干密度隨著含水率的增加呈現先增大后減小的變化趨勢，其中含水率在10%時最為明顯，但超過10%后，就會影響到堆石料的碾壓效果。其原因是水在堆石料的顆粒間起潤滑作用，隨著含水量的增加，顆粒間的潤滑作用明顯，摩擦力減小，壓實效果增加。當含水量超過10%后，水會降低顆粒的密度、剪切模量及泊松比，進而影響碾壓質量[9]。從試驗成果可知，堆石料含水量控制以10%為宜。同時，隨碾壓遍數的增加，堆石料有增大的趨勢，但超過8遍以后，堆石料干密度增加效果不明顯。

圖3(b)為碾壓遍數10遍，且在堆石料不同鋪筑料厚度情況下，干密度隨含水率而變化的關系。從中可以看出，堆石料同樣表現出干密度隨含水率呈現先增大后減小的變化趨勢。從圖(b)中還可以明顯看出，鋪筑層80 cm、120 cm干密度差異變化不大，鋪筑層厚度150cm時，堆石料的碾壓后干密度較其余兩組較小。從試驗成果可知，堆石料鋪筑層厚度宜控制在120 cm以內。

(a) (b)圖3 碾壓遍數與干密度和沉降率的關系

過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ已進行了室內擊實試驗，故不再進行含水率的碾壓試驗研究，參照表2的成果，按最優含水率大致對應的體積比10%控制。

4.3.3 碾壓遍數、干密度和沉降率的關系

碾壓遍數、干密度和沉降率的關系見圖3。

從圖3可以看出，堆石料、過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ干密度都隨碾壓遍數的增加呈增大趨勢。但堆石料在碾壓遍數達到8遍以后，干密度和沉降率增長趨于平緩，滿足設計干密度2.15 g/cm3要求。過渡料Ⅰ碾壓5遍，滿足設計干密度2.0 g/cm3要求；過渡料Ⅱ碾壓5遍滿足設計相對密度Dr=0.75對應的干密度2.16 g/cm3要求。

綜合以上試驗數據，堆石料碾壓遍數應按8遍控制，過渡料Ⅰ和過渡料Ⅱ碾壓遍數都應按5遍控制。

5 結 語

為準確確定巴塘水電站圍堰填筑及碾壓施工的參數，巴塘公司進行了填筑料的室內試驗和現場碾壓試驗。通過室內試驗獲得了填筑料的物理特性，以及過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ的最大、最小干密度和最優含水率。同時，在現場進行了碾壓試驗，取得了不同壩料在不同加水量、鋪土厚度、碾壓遍數情況下干密度和沉降變化，并對試驗結果進行分析。結果表明，隨含水量和碾壓遍數的增減，壩料的干密度、沉降呈規律性變化，并存在最優值。因此，現場施工參數應參照最優值，并考慮施工便利進行綜合確定。確定圍堰填筑的施工工藝參數，即堆石料鋪填厚度120 cm，振碾8遍，加水量10%；過渡料Ⅰ鋪填厚度40 cm，振碾5遍，加水量10%；過渡料Ⅱ鋪填厚度40 cm，振碾5遍，加水10%。為確保現場施工質量，應注意壩料的開采、運輸、下料與鋪料各個環節，確保壩料均勻性，防止顆粒分離。