積石峽水電站混凝土面板堆石壩壩料試驗(yàn)研究

蔡 楠，王怡平

（1.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000；2.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，青海 西寧 810000）

積石峽水電站工程壩體為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 861.00 m，防浪墻頂高程1 862.20 m，壩頂長度為322 m，最大壩高101 m。根據(jù)工程需要，對壩料進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以確定其墊層料、過渡料的滲透系數(shù)，驗(yàn)證墊層料、過渡料之間的過渡關(guān)系；實(shí)測墊層料、過渡料在試驗(yàn)條件下不發(fā)生破壞的滲透比降極限值。

1 試 驗(yàn)

1.1 方法

試驗(yàn)采用自主研發(fā)的粗粒料大型高壓滲透儀進(jìn)行試驗(yàn)，儀器設(shè)計(jì)最大水頭100 m（經(jīng)協(xié)商依約定本次試驗(yàn)最大水頭按80 m進(jìn)行），試驗(yàn)流量0～2 000 cm3/s，試驗(yàn)料最大粒徑200 mm，采用高壓水泵加壓，壓力恒定設(shè)備穩(wěn)定壓力，保證試驗(yàn)壓力類似水庫運(yùn)行壓力變化。試驗(yàn)?zāi)M水庫運(yùn)行時(shí)壩料中水流方向，采用逐級加壓方法，墊層料、過渡料單獨(dú)試驗(yàn)時(shí)，壩料水流出口保護(hù)采用粒徑90～110 mm卵石作為保護(hù)料，墊層料與過渡料層間關(guān)系試驗(yàn)自上而下依次為墊層料→過渡料→過渡料出口保護(hù)料（粒徑 90～110 mm 卵石）。

1.2 試驗(yàn)料制備

（1）墊層料、過渡料在料場現(xiàn)場制備送至實(shí)驗(yàn)室，涼曬、顆粒分析后直接進(jìn)行試驗(yàn)，不需制樣。

（2）墊層料、過渡料層間關(guān)系試驗(yàn)料采用工程料場試驗(yàn)資料中顆粒分析包絡(luò)線 (見圖1)級配，制備時(shí)將試驗(yàn)料按不同粒徑等級篩分后單獨(dú)存放，由包絡(luò)線上查出各自的粒徑含量百分率，根據(jù)每次試驗(yàn)用料量反算出各級料重，逐級稱量參配后進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 墊層料、過渡料包絡(luò)線顆粒分析曲線

1.3 滲透試驗(yàn)

墊層料設(shè)計(jì)干密度2.33 g/cm3，過渡料設(shè)計(jì)干密度2.31 g/cm3，包絡(luò)線級配料層間關(guān)系按要求墊層料采用上包線，設(shè)計(jì)干密度2.33 g/cm3；過渡料采用下包線，設(shè)計(jì)干密度2.31 g/cm3。依據(jù)試驗(yàn)裝料直徑和試樣高度求得裝料體積，乘以設(shè)計(jì)干密度，稱取試驗(yàn)所需料總量，灑水?dāng)嚢?，灑水量?%～5%，分層裝入試驗(yàn)儀器并擊實(shí)至設(shè)計(jì)高度。飽和完成后進(jìn)行加壓試驗(yàn)，壓力一般分10、20、40、60、80 m水頭進(jìn)行。試驗(yàn)成果中比降為水頭與試驗(yàn)料厚度的比值j=p/h，滲透系數(shù)為單位比降下水流流速k=v/j。

2 成果分析

混凝土面板堆石壩壩料的試驗(yàn)成果見表1～3。

表1 墊層料滲透試驗(yàn)成果匯總

表2 過渡料滲透試驗(yàn)成果匯總

表3 包絡(luò)線料滲透試驗(yàn)成果匯總

依據(jù)上述成果，結(jié)合試驗(yàn)過程依次分析如下：

墊層料ⅡA2。在水壓由60 m加至80 m的試驗(yàn)過程中，除滲透流量增大外，流量波動較大，滲流水嚴(yán)重渾濁，試驗(yàn)料自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，產(chǎn)生明顯滲透變形。因此，應(yīng)以低一級試驗(yàn)壓力時(shí)的比降作為滲透比降極限值，工程應(yīng)用中不考慮安全系數(shù)時(shí)的比降極限值不應(yīng)大于140。

墊層料ⅡA3。試驗(yàn)過程一切正常，試驗(yàn)料未見破壞。

過渡料ⅢA1。在水壓從40 m加至60 m的試驗(yàn)過程中，滲透流量波動較大，滲流水渾濁，試驗(yàn)料產(chǎn)生滲透變形，自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整。試驗(yàn)結(jié)束后，在壩料表面發(fā)現(xiàn)4處直徑2～3 cm的漏斗狀滲透破壞點(diǎn)，表明該料在試驗(yàn)條件下已產(chǎn)生滲透破壞。因而，應(yīng)以產(chǎn)生滲透變形低一級試驗(yàn)壓力時(shí)的比降作為滲透比降極限值，工程應(yīng)用中不考慮安全系數(shù)時(shí)的比降極限值應(yīng)不大于75。

過渡料ⅢA2。試驗(yàn)過程一切正常，試驗(yàn)料未見破壞。

過渡料ⅢA3。大部分試驗(yàn)過程一切正常，試驗(yàn)臨近結(jié)束、水壓加至最大壓力時(shí)，滲透系數(shù)明顯下降，同樣顯示試驗(yàn)料自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生調(diào)整，透水性下降。為此，應(yīng)以低一級試驗(yàn)壓力時(shí)的比降作為滲透比降極限值，工程應(yīng)用中不考慮安全系數(shù)時(shí)的比降極限值應(yīng)不大于110。

包絡(luò)線層間關(guān)系試驗(yàn)1。墊層料承受最大水頭83.3 m，試驗(yàn)過程一切正常，試驗(yàn)料未見破壞。過渡料承受最大水頭0.5 m。

包絡(luò)線層間關(guān)系試驗(yàn)2。墊層料承受最大水頭80.6 m，過渡料承受最大水頭0.7 m。在水壓從20 m加至40 m的試驗(yàn)過程中，滲透流量波動較大，滲流水渾濁，測壓表指示震蕩，說明試驗(yàn)料產(chǎn)生滲透變形，自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，應(yīng)以低一級試驗(yàn)壓力時(shí)的比降作為滲透比降極限值，工程應(yīng)用中不考慮安全系數(shù)時(shí)的比降極限值應(yīng)不大于140。

包絡(luò)線層間關(guān)系試驗(yàn)3。墊層料承受最大水頭81.7 m，試驗(yàn)過程一切正常，試驗(yàn)料未見破壞，過渡料承受最大水頭0.5 m。

3 結(jié)論

積石峽水電站混凝土面板堆石壩試驗(yàn)墊層料滲透系數(shù)在 1.2×10-4～3.2×10-5之間。過渡料滲透系數(shù)為 1.7×10-3～1.5×10-4，墊層料上包絡(luò)線級配料滲透系數(shù)在 1.7×10-4～2.7×10-5之間。過渡料下包絡(luò)線級配料未專門進(jìn)行滲透試驗(yàn)，層間關(guān)系試驗(yàn)中過渡料承受水壓極低，滲透系數(shù)僅供參考，過渡料下包絡(luò)線級配料滲透系數(shù)在 1.9×10-2～7.7×10-3之間。在試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)墊層料比降極限值應(yīng)不大于140，過渡料比降極限應(yīng)不大于75。