復雜土質庫盆填筑料室內標準試驗探究

柯俊濤,蒙勝弟

中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

江蘇句容抽水蓄能電站在抽水蓄能領域占3項世界第1,分別是世界第一高的抽水蓄能電站庫盆大壩(高182.3 m)、世界第一高的瀝青混凝土面板堆石壩,以及世界第一大填筑規模的抽水蓄能電站(上水庫大壩填筑工程量3 000萬m3)。

根據2020年12月召開的“上水庫庫底土石混合料填筑專家咨詢會”及“上水庫庫底土石混合料填筑專家咨詢意見工作安排會”的會議精神,該電站庫盆填筑料種類多、土質區別大、填筑范圍廣,為了提供庫底土石混合料施工工藝,以及為碾壓后質量檢測提供合理、有效的控制要求,分別采用26、32 t碾,通過現場碾壓試驗對比檢測壓實情況,同時,將設計層厚60 cm分層檢測,將上部30 cm層厚與下部30 cm層厚數據進行對比試驗,以驗證擊實功傳遞情況,確定滿足設計要求的施工碾壓參數、填筑工藝及室內標準試驗方法。

但上水庫庫盆填筑料ABC混合料為巨粒混合土,通過等量代替法簡單的擊實試驗無法還原現場巨粒土真實干密度值,如采用空隙率法控制,現場測出孔隙率遠遠大于設計指標,故探究一種室內標準試驗方法,有效指導現場填筑料質量控制尤為重要。

1 上水庫庫盆天然填筑料料源性質分析

上水庫開挖的A區、B區和C區邊角料及ABC混合料,巖石以弱-微風化白云巖為主,閃長玢巖巖脈開挖料多風化、蝕變、易崩解,少數蝕變較弱。下水庫庫內料源包括A1、AD、D這3個區,均為規劃用于下庫庫盆防滲的黏土料,開挖高程范圍內包括表層黏土和下部全、強風化基巖和閃長玢巖巖脈。

2 室內標準試驗

ABC混合料碾壓試驗前顆粒分析試驗成果見表1和圖1。

圖1 ABC混合料顆粒分析曲線圖

表1 ABC混合料碾壓試驗前顆粒分析試驗成果

依據顆粒分析結果,將上水庫ABC混合料命名為巨粒混合土。結合顆粒分析結果,按試驗規程要求[1-3],室內標準試驗將采用大型擊實儀進行,大型擊實儀適用于最大粒徑不超過60 mm,且不能自由排水的黏性粗粒土,同時采用結合法擬合現場填筑料實際最大粒徑下干密度值。大型擊實儀參數如表2所示。

表2 大型擊實儀參數

依據上水庫ABC混合料特性,對超粒徑顆粒按結合法進行處理:先用相似級配法以較合適的比例縮小粒徑,控制不大于5 mm的粒徑符合試驗要求的含量,超粒徑顆粒再用等量代替法處理。分別采用處理后最大粒徑60、40、20 mm進行室內大型擊實試驗,分別測得對應粒徑下的最大干密度,再采用作圖法推算現場粒徑為300 mm時(現場碾壓試驗取樣最大粒徑不超過300 mm),相對應的混合料室內最大干密度值。室內標準試驗結果如表3和圖2所示。

圖2 ABC混合料相似模比數與干密度關系曲線圖

表3 上水庫庫盆回填料室內擊實試驗成果

依據擊實試驗及相似模比作圖法得出,上水庫ABC混合料巨粒原型料最大干密度為相似模比數等于1時,為2.28 g/cm3。

3 現場碾壓機具選擇

為適應設計提出的填筑料壓實質量標準,并考慮本工程填筑料的性質,此次試驗碾壓機具及參數選擇如表4所示。

表4 碾壓機械設備參數

4 碾壓試驗參數選擇與試驗場次確定

本次試驗考慮鋪料厚度為66 cm,最終質量驗收厚度控制在60 cm,碾壓工程中要及時糾正松鋪厚度,以滿足設計要求。

鋪料方法一般有“進占法”及“后退法”2種鋪料方式。本次試驗采用“進占法”鋪料、反鏟修整、推土機整平。本次庫盆料分別采用26、32 t振動碾,依據規范要求及前期大壩填筑料碾壓試驗結果,選擇2～3 km/h的碾壓速度進行試驗,并考慮6、8、10、12這4種碾壓遍數比選。上水庫庫底回填料以天然含水碾壓。

“進占法”鋪筑以每前進、后退各為碾壓1遍計數,輪跡搭接寬度為20 cm左右。施工流程:試驗場地選擇、初平—試驗場地碾壓控制沉降滿足規范要求—測量依據規范要求布設控制點—自卸車卸料—推土機推平、反鏟修邊—碾壓設備先靜碾—松鋪厚度測量—碾壓設備振碾—沉降測量—試驗人員檢測含水率、干密度。ABC混合料現場干密度與碾壓遍數關系見表5和圖3。

圖3 ABC混合料碾壓遍數與干密度關系曲線圖

表5 碾壓遍數與現場最大干密度統計

依據試驗成果統計表及圖表走勢分析(見表6和圖4),此次ABC區土石混合料現場檢測干密度隨振動壓實遍數的遞增而有不同程度的提高。碾壓6～8遍過程中,干密度增長率較大,而碾壓10遍與碾壓8遍、碾壓12遍與碾壓10遍相比,增長率緩慢且基本趨于穩定。

圖4 ABC混合料碾壓遍數與沉降率關系曲線圖

表6 碾壓遍數與壓實沉降率檢測成果統計

5 結束語

結合室內標準試驗成果及現場抽樣檢測結果,室內最大干密度為2.28 g/cm3,按設計要求,按壓實度為95%計算,現場驗收采用干密度作為控制指標應不小于2.17 g/cm3,能有效指導現場填筑及驗收。試驗成果表明,針對類似的巨粒混合土,水利水電工程可采用大型擊實儀及結合法作為室內標準試驗檢測最大干密度,能合理地指導現場填筑,可作為后期質量驗收標準值。