寺坪水電站大壩墊層料試驗(yàn)初步研究

摘要：寺坪電站砂礫石壩墊層料原設(shè)計(jì)采用河床砂礫料經(jīng)篩洗后上壩，但經(jīng)碾壓試驗(yàn)證明篩洗料滲透不能滿足設(shè)計(jì)要求，采用摻配細(xì)料組織了施工， 并對半成品及成品料的滲透變形進(jìn)行了試驗(yàn)初步研究。

關(guān)鍵詞：水電站；大壩；墊層料

1前言：

寺坪水電站砂礫石面板壩壩高90.5m，底寬最大300m，上游壩坡1:1.6，下游綜合壩坡1:1.7。墊層料填筑水平寬度3m，為半透水墊層，主要起反濾保護(hù)作用，設(shè)計(jì)采用非朔性級(jí)配良好的天然砂礫石料，在砂石系統(tǒng)沖洗篩分后上壩填筑。其材料特性見表1-1，碾壓試驗(yàn)后，其沖洗篩洗料滲透不能滿足設(shè)計(jì)要求，不能直接上壩填筑，為此施工中在沖洗料中摻入細(xì)料滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)對半成品及成品料的滲透變形進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)初步研究。

2 生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)成果

04年11月，根據(jù)實(shí)際施工條件，采用彭家灣篩分系統(tǒng)的沖洗砂礫料，進(jìn)行了生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)，成果表明：采用18t振動(dòng)碾壓，碾壓前后級(jí)配變化不大；由于墊層料采用天然沖洗篩分砂礫料，在沖洗過程中，0.5mm以下的顆粒損失較大，導(dǎo)致墊層料0.5mm以下普遍低于設(shè)計(jì)要求；從滲透檢測結(jié)果分析，砂礫料的滲透系數(shù)均偏高在1.09×10-2至3.68×10-2之間，為透水材料；墊層料的平均干密度均較難達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3 室內(nèi)試驗(yàn)成果

由于原設(shè)計(jì)的沖洗砂礫料顆粒級(jí)配不能滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過四方會(huì)議商議，擬采用摻和細(xì)料的辦法填筑，為對幾種材料性能及滲透變形進(jìn)行了解，并進(jìn)行相應(yīng)的滲透變形分析，為料源性能改變提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)，也確保工程運(yùn)行安全。

3.1半成品墊層料顆粒級(jí)配試驗(yàn)

顆粒級(jí)配試驗(yàn)采用篩析法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)共取篩分試樣約800kg ，其中大于20mm含量采用全料篩分，小于20mm含量采用四分法取部分進(jìn)行洗篩，從篩析試驗(yàn)成果看：最大料徑為28mm，小于5mm顆粒含量13.8%，小于0.075mm顆粒含量0.4%，不均勻系數(shù)Cu為15.1，曲率系數(shù)Cc為3.9，顆粒級(jí)配組成如下表2。

3.2成品墊層料顆粒級(jí)配試驗(yàn)

成品墊層料顆粒級(jí)配主要是引用實(shí)際壩體填筑生產(chǎn)的料源試驗(yàn)成果，共計(jì)19組，從現(xiàn)場試驗(yàn)檢測成果來看，小于5mm顆粒含量變化范圍值為25.9～47.1%，平均值為34.8%，小于0.075mm顆粒含量變化范圍值為1.9～3.9%，平均值為3.0%。不均勻系數(shù)Cu變化范圍值為40.9～51.0，平均值為48.6；曲率系數(shù)Cu變化范圍值為1.3～3.6，平均值為2.1，級(jí)配組成見右表。

3.3摻合料石粉的顆粒級(jí)配試驗(yàn)

為改善墊層料的滲透及滲透變形性能，會(huì)議討論采用墊層料中摻入3%的石粉，石粉為保康水泥廠生產(chǎn)，試驗(yàn)采用密度計(jì)法，從其成果看，大于0.075mm含量為9.8%，0.075～0.005mm含量為64.7%，小于0.005mm含量為25.2%，不均勻系數(shù)Cu為9.4，曲率系數(shù)Cc為0.78，顆粒比重為2.74，石粉顆粒級(jí)配如表4。

4 相對密度試驗(yàn)

滲透試驗(yàn)采用垂直管油儀進(jìn)行試驗(yàn)，容積面規(guī)格尺寸為內(nèi)徑30cm，高60cm，對于半成品墊層料試樣制備干密度按2.05g/cm3(相對密度0.85)控制，對成品墊層料及摻石粉的墊層料試樣制備干密度按設(shè)計(jì)值2.2g/cm3進(jìn)行，成果見表5。

5 成果分析

5.1級(jí)配成果分析

從半成品墊層料顆粒級(jí)配試驗(yàn)成果看：由于粒徑分布及組成的不合理性，造成級(jí)配曲率系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，屬不良級(jí)配。

從成品墊層料現(xiàn)場檢測顆粒級(jí)配試驗(yàn)成果來看：顆粒級(jí)配較均勻，而且是小于5mm含量基本滿足設(shè)計(jì)要求，平均級(jí)配成為良好級(jí)配。

對石粉級(jí)配來看，屬不良級(jí)配。

5.2相對密度及壓實(shí)試驗(yàn)成果

半成品墊層料：由于該顆粒級(jí)配為不良級(jí)配，從而造成顆粒之間空隙較大，難于達(dá)到密實(shí)，干密度偏低。

成品墊層料：試驗(yàn)檢測干密度平均值為2.24g/m3，均滿足設(shè)計(jì)要求2.20g/cm3的設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明壓實(shí)性能較好。

5.3滲透及滲透變形試驗(yàn)成果分析

從半成品墊層料滲透及滲透變形試驗(yàn)成果可以看出：隨著比降的增大，滲透系數(shù)逐漸增大，但由于半成墊層料自身級(jí)配的缺陷，隨著水頭的提高，比降增量不明顯，其主要原因是由于顆粒級(jí)配組成的不均勻性造成的(從相對密度成果可以看出)。因此從試驗(yàn)成果來，該半成品料的壓實(shí)性能及抗?jié)B透變形性能滿足墊層料的設(shè)計(jì)要求。

從成品墊層料滲透及滲透變形試驗(yàn)成果來看：隨著比降增大，滲透系數(shù)呈波動(dòng)變化，滲透系數(shù)變化范圍在ⅰ×10-2～10-3cm/s變化，當(dāng)比降在20.054時(shí)，試樣穩(wěn)定30分鐘后產(chǎn)生管涌破壞。

從成品墊層料摻3%的石粉滲透及滲透變形試驗(yàn)來看：隨著比降的增大，滲透系數(shù)也呈波動(dòng)變化，滲透系數(shù)變化范圍在ⅰ×10-2～10-3cm/s變化，當(dāng)比降在16.576時(shí)，穩(wěn)定20分鐘后有泥漿向上懸浮，被水帶走，同時(shí)試樣產(chǎn)生管涌破壞。

(4)從成品墊層料與成品墊層料摻3%石粉滲透及滲透變形試驗(yàn)成果來看：成品墊層料的滲透系數(shù)與墊層料摻3%的石粉滲透系數(shù)大體相同，但從破壞比降來看，成品墊層料的破壞比降略大于與墊層料摻3%的石粉的破壞比降。其主要原因是由于墊層料摻3%的石粉僅是增加了小于0.075mm的含量，對顆粒級(jí)配沒有起到大的改善，相應(yīng)的原級(jí)配中小于5mm的含量減小2%。而且由于小于0.075mm含量的增大，僅只是起到一個(gè)孔隙的填充作用，但對于填筑材料抵抗?jié)B透變形及破壞能力不會(huì)提高，相反會(huì)略有降低。其原因是由于當(dāng)比降較低時(shí)，石粉隨著水的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生移動(dòng)，從而在某一層面形成一個(gè)隔層(主要是由于細(xì)顆粒表面的毛細(xì)張力造成的)，使?jié)B透系數(shù)減小，水變清，當(dāng)比降達(dá)到一定時(shí)，石粉顆粒會(huì)被水流帶走，孔隙增大，從而造成試樣產(chǎn)生滲透破壞，因此試驗(yàn)成果可以反映出含泥量對滲透及滲透變形的影響。

結(jié)語。從此次試驗(yàn)初步成果來看，基本上可以反映某一特定級(jí)配下半成品墊層料、成品墊層料以及成品墊層料摻3%石粉料的滲透壓變形性能特性，基本反映摻3%石粉料滲透優(yōu)越其他料。由于在施工過程中可能因施工工藝或填筑自身級(jí)配的差異，對滲透及滲透變形性能有所影響。

大壩自06年4月3日蓄水，5月13日蓄水高程達(dá)到301m，量水堰4月16日開始滲水，滲水清澈、無懸浮物，至目前流量在7.46～25L/s，說明摻3%石粉墊層料反濾效果良好。

作者簡介：許志東，（出生1979年6月26日）男，河南民權(quán)縣人，葛洲壩建設(shè)工程有限公司助理工程師，主要從事施工技術(shù)科技創(chuàng)新、施工工藝改進(jìn)及應(yīng)用，施工成本控制工作。