長(zhǎng)河壩水電站壩體礫石土心墻料摻拌試驗(yàn)探討

楊永林，楊玉銀

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066)

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站位于甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第10級(jí)電站，大壩壩型為礫石土心墻堆石壩，心墻頂寬6 m，上、下游坡度均為1∶0.25，心墻底寬為125.7 m，最大壩高240 m，為目前國(guó)內(nèi)在建的最高礫石土心墻堆石壩。壩體總填筑方量3417萬m3，其中心墻礫石土填筑方量約428萬m3。

湯壩土料場(chǎng)是長(zhǎng)河壩水電站心墻土料的主要供料場(chǎng)，位于壩區(qū)上游金湯河左岸與湯壩溝之間的邊坡上，距壩址約22 km。該料場(chǎng)地層自上而下、沿金湯河自上游向下游顆粒有逐漸變粗的趨勢(shì)，土料質(zhì)量分布不均勻。料場(chǎng)總面積約49萬m2，有用層厚度為1.1～18.78 m，平均厚10.82 m，總儲(chǔ)量為464.2萬m3。根據(jù)揭示土料性質(zhì)的不同，分為直接開采上壩區(qū)、細(xì)料區(qū)、粗料區(qū)、棄料區(qū)四大區(qū)域。細(xì)料區(qū)位于料場(chǎng)下游側(cè)中上部，開采平均厚度為7 m，采區(qū)面積86000 m2，儲(chǔ)量為60萬m3，無超徑石，細(xì)料集中區(qū)域粒徑大于5 mm 的土料含量占12%～32%，在沖溝溝口部位粒徑大于5 mm 的土料含量占42%～50%。粗料區(qū)位于料場(chǎng)上游側(cè)中上部，表層為可直接開采上壩的土料;下部土料粒徑大于5 mm 的土料含量占50%～70%，平均厚度為7 m，儲(chǔ)量為46萬m3，含少量超徑石。

2 土料摻拌試驗(yàn)的提出

湯壩土料場(chǎng)經(jīng)前期現(xiàn)場(chǎng)查勘得知料場(chǎng)料源分布復(fù)雜，存在大量粒徑偏大料和粒徑偏小料，導(dǎo)致其無法直接投入料場(chǎng)使用。為提高土料利用率，需要將粗土料、細(xì)土料按一定比例重新?lián)脚?，以使土料指?biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 試驗(yàn)的目的

(1)根據(jù)試驗(yàn)成果，確定最優(yōu)粗、細(xì)料摻拌比例，取得滿足設(shè)計(jì)要求的摻拌混合料。

(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定粗、細(xì)土料的鋪料厚度。

(3)提高土料的利用率，減少開挖棄料，降低施工成本。

(4)為長(zhǎng)河壩水電站其它料場(chǎng)超標(biāo)礫石料提供參考摻配數(shù)據(jù)。

4 摻拌試驗(yàn)

4.1 心墻礫石土指標(biāo)要求

用于心墻防滲料的礫石土應(yīng)符合以下條件:

(1)填筑料最大粒徑不大于200 mm 或鋪土厚度的2/3。

(2)粒徑大于5 mm 的顆粒含量不超過50%、不低于20%;粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量應(yīng)大于15%;粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量應(yīng)大于5%。

(3)心墻防滲土料的塑限指數(shù)宜大于8，小于15。

(4)湯壩心墻防滲土料全料填筑含水率應(yīng)為Wo-1%≤W≤Wo+3%。

4.2 試驗(yàn)土料情況

本次試驗(yàn)選取湯壩料場(chǎng)上游中部原9#探坑部位粒徑大于5 mm 的粗土料，含量72%左右;料場(chǎng)下游頂部粒徑大于5 mm 的細(xì)土料，含量15%左右?，F(xiàn)場(chǎng)已查明超標(biāo)粗土料儲(chǔ)量在3～5萬m3左右，超標(biāo)細(xì)土料在5～7萬m3左右，兩種土料摻拌可增加土料開采、利用8～12萬m3。

4.3 摻拌前土料級(jí)配

摻拌試驗(yàn)前，對(duì)超標(biāo)粗、細(xì)土料進(jìn)行了取樣檢測(cè)，平均檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 摻拌試驗(yàn)前粗、細(xì)料顆粒分析檢測(cè)結(jié)果表

從表1可以看出，粗土料無超徑石，粒徑大于5 mm 的顆粒含量為72.9%，粒徑小于0.075 mm的顆粒含量為12.6%，粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量為2.5%;粒徑大于5 mm 的顆粒含量偏大，粒徑小于0.075 mm 的粉粒含量滿足要求，粒徑小于0.005 mm 的粘粒含量不滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

細(xì)土料無超徑石，粒徑大于5 mm 的顆粒含量為23.7%，粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量為48.7%，粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量為10%;粒徑大于5 mm 的顆粒含量偏小，粒徑小于0.075 mm 的粉粒含量和粒徑小于0.005 mm 的粘粒含量均滿足礫石土心墻料的技術(shù)指標(biāo)要求。

在粗、細(xì)料摻拌前，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)土料干密度進(jìn)行了檢測(cè)，粗料實(shí)測(cè)干密度為1.86 g/cm3，細(xì)料實(shí)測(cè)干密度為1.37g/cm3。

4.4 摻拌比例的選取

根據(jù)摻拌前對(duì)土料場(chǎng)粗、細(xì)料取樣獲得的天然級(jí)配及實(shí)測(cè)干密度，結(jié)合粒徑大于5 mm 的土料設(shè)計(jì)包絡(luò)線，初步擬定粗、細(xì)料摻拌比例(重量比)為1∶1、1∶1.5、1∶2三種。

4.5 摻拌方法

(1)土料開采裝運(yùn)。

裝車前，試驗(yàn)人員需對(duì)取料點(diǎn)粒徑大于5 mm的土料含量進(jìn)行檢測(cè)。由于粗料中超徑石含量較多，粗料在料場(chǎng)裝運(yùn)過程中先將鏟斗距離地面4～5 m，然后將土料倒下，多次反復(fù)使超徑石充分分離后再進(jìn)行裝運(yùn)。運(yùn)輸采用20 t 自卸汽車運(yùn)料。運(yùn)輸過程中，采用彩條布對(duì)土料進(jìn)行保護(hù)，避免了含水率損失或增加。

(2)料的攤鋪。

土料運(yùn)輸至摻拌場(chǎng)地后，按照先粗后細(xì)的順序進(jìn)行鋪料(共2層)，由專人指揮卸料，鋪料過程中用鋼卷尺時(shí)刻對(duì)鋪料厚度進(jìn)行檢測(cè)，用ZL50裝載機(jī)粗平，人工配合反鏟進(jìn)行精平。在精平過程中，人工剔除超徑石。試驗(yàn)人員完成對(duì)粗料的取樣檢測(cè)后，在粗料上部鋪細(xì)料。

(3)土料摻拌。

按設(shè)計(jì)厚度將土料分層攤鋪后，使用ZXL-450反鏟進(jìn)行立面摻拌，摻拌時(shí)按設(shè)計(jì)鋪土厚度將兩種不同土料一次摻和，用反鏟在摻拌場(chǎng)原地倒運(yùn)反復(fù)摻拌4次以上，然后將其倒入堆料區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，每次摻和范圍寬度為3～6 m，長(zhǎng)度為2～4 m。摻拌過程中，超徑石自然分離至料堆底部邊緣，由人工配合機(jī)械剔除。在摻拌過程中，為了防止粗料分離，鏟斗離摻拌料垂直高度不應(yīng)過高。

(4)超徑石剔除及試驗(yàn)取樣。

粗、細(xì)料摻拌完成后，人工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)超徑石進(jìn)行剔除。然后由試驗(yàn)人員對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行5組顆粒級(jí)配檢測(cè)。

(5)防雨及防曬。

①摻礫石土料主要在旱季進(jìn)行。

②摻拌場(chǎng)每一個(gè)備料倉(cāng)完成備料后應(yīng)鋪設(shè)塑料薄膜，防止降雨時(shí)土料被雨水沖刷和污染，同時(shí)亦可防止土料曝曬，水分散失。

③摻礫石土料的料倉(cāng)表面應(yīng)形成不小于2%的坡度，以便雨水排泄暢通，防止表面積水過多。

4.6 試驗(yàn)的具體要求

(1)確保粗、細(xì)料鋪土厚度滿足設(shè)計(jì)厚度。

(2)確保土料進(jìn)行反復(fù)4次以上的摻拌，使土料整體均勻，人工配合機(jī)械剔除摻拌過程中自然分離至料堆底部的超徑石。

所得到的仿真模型圖包括：BOOST電路，電壓控制環(huán)路和一個(gè)串聯(lián)電源擾動(dòng)電路，一個(gè)串聯(lián)電阻擾動(dòng)，一個(gè)并聯(lián)電阻擾動(dòng)。具體設(shè)計(jì)如圖6所示。

(3)摻拌試驗(yàn)過程中對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)需及時(shí)檢測(cè)并按實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整相關(guān)的施工參數(shù)。

(4)試驗(yàn)采取的施工工藝應(yīng)盡可能與施工保持一致。

5 摻拌后的土料級(jí)配分析

5.1 摻拌后的土料級(jí)配情況

摻拌完成后，對(duì)每種摻拌料進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)，其摻拌前后顆粒級(jí)配情況見表2。

5.2 摻拌后土料級(jí)配曲線與設(shè)計(jì)級(jí)配曲線的對(duì)比

摻拌后土料級(jí)配曲線與設(shè)計(jì)級(jí)配曲線的對(duì)比見圖1。

5.3 摻拌后的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 摻拌后土料顆粒分析檢測(cè)結(jié)果表

圖1 摻拌后的土料級(jí)配曲線與設(shè)計(jì)級(jí)配曲線對(duì)比圖

根據(jù)表2，將粗料粒徑大于5 mm 的土料含量為72.9%、細(xì)料中粒徑大于5 mm 的土料含量為23.7%的兩種土料按上述比例摻拌后，其主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 按比例摻拌后的土料主要技術(shù)指標(biāo)表 /%

5.4 摻配比例的確定

心墻礫石土要求粒徑大于5 mm 的顆粒含量不超過50%、不低于20%;粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量應(yīng)大于15%;粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量應(yīng)大于5%。從表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出:三種摻配比例試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求;從圖1中摻拌后的土料級(jí)配曲線與設(shè)計(jì)級(jí)配曲線對(duì)比情況可以看出:重量比為1∶1時(shí)的級(jí)配曲線最接近設(shè)計(jì)平均級(jí)配曲線，故選定摻配比例為1∶1。

5.5 確定鋪層厚度

摻拌料粗、細(xì)料的鋪層厚度根據(jù)便于控制鋪料厚度和便于摻拌的原則確定。粗料鋪層厚度根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，以40～70 cm 為宜。本工程粗料鋪層厚度取0.7 m，

式中 h細(xì)為細(xì)料鋪料厚度，cm ;h粗為粗料鋪料厚度cm;γ粗為粗料松鋪實(shí)測(cè)干密度，g/cm3;γ細(xì)為粗料松鋪實(shí)測(cè)干密度，g/cm3;n 為細(xì)料與粗料的摻拌重量比。

h細(xì)=70×(1.86/1.37)×1=95.2(cm)，取細(xì)土料攤鋪厚度h細(xì)=100 cm?？紤]到摻拌混合料粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量偏小(略接近設(shè)計(jì)最小值)，實(shí)際摻拌時(shí)粗土料鋪料厚度可按0.5～0.7 m、細(xì)土料鋪料厚度可按1～1.2 m 進(jìn)行控制。

6 試驗(yàn)成果應(yīng)用情況

該項(xiàng)試驗(yàn)工作已于2012年11月初完成，試驗(yàn)成果已經(jīng)通過業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理審批。目前長(zhǎng)河壩項(xiàng)目正在按照試驗(yàn)確定的粗料厚度0.5～0.7 m、細(xì)料厚度1～1.2 m 進(jìn)行備料。但應(yīng)注意在備料過程中根據(jù)開采區(qū)粗、細(xì)土料級(jí)配變化及摻拌料取樣級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

7 結(jié)語

通過湯壩土料場(chǎng)粗、細(xì)料摻拌試驗(yàn)，取得了滿足設(shè)計(jì)要求的摻拌混合料及最優(yōu)摻拌配比，確定了合理的摻拌粗、細(xì)土料鋪料厚度，大大提高了土料開挖的利用率，減少了開挖棄料，降低了施工成本，為電站其它料場(chǎng)超標(biāo)骨料摻配提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

［1］康世榮，陳東山.水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)(2)施工技術(shù)［M］.北京:水利電力出版社，1990.