守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石筑壩試驗(yàn)研究

宋文浚

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石筑壩試驗(yàn)研究

宋文浚

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

膠凝砂礫石筑壩技術(shù)是一種新型筑壩技術(shù)，本文通過在守口堡水庫(kù)庫(kù)區(qū)，模擬大壩施工工藝鋪設(shè)11m×90m試驗(yàn)段，養(yǎng)護(hù)180天后，切割立方體大試件并對(duì)其進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

守口堡大壩；膠凝砂礫石；試驗(yàn)

膠凝砂礫石筑壩技術(shù)采用當(dāng)?shù)厣暗[石材料(包括砂、石、礫石等)和膠凝材料拌和均勻后筑壩，水泥用量少，充分利用當(dāng)?shù)刂尾牧暇偷厝〔?，減少了廢棄料，用效率高的運(yùn)輸機(jī)械和壓實(shí)機(jī)械施工，施工工藝簡(jiǎn)單且速度快，材料運(yùn)輸量也大為減少，節(jié)約了成本，降低了施工對(duì)環(huán)境的影響。

膠凝砂礫石筑壩技術(shù)在我國(guó)四川、福建等地進(jìn)行了圍堰工程的應(yīng)用，但用于永久工程目前尚沒有先例。

1 工程概況及基本情況

山西省守口堡水庫(kù)控制流域面積291km2，樞紐工程由大壩、水電站、引水建筑物等組成，大壩壩頂長(zhǎng)354m，壩高61.6m，總庫(kù)容980萬(wàn)m3。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)，是一座農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水及防洪等綜合利用的小(1)型水庫(kù)。

守口堡水庫(kù)樞紐工程首次將膠凝砂礫石壩型應(yīng)用在永久工程中，是我國(guó)首座膠凝砂礫石壩，被水利部確定為科研試驗(yàn)壩進(jìn)行研究。水庫(kù)壩址區(qū)河床有豐富的砂礫石，砂礫料覆蓋層厚度合適，為建造膠凝砂礫石大壩提供了良好條件。

2 試驗(yàn)方案

守口堡水庫(kù)大壩主體為膠凝砂礫石，上下游防滲保護(hù)均采用常態(tài)混凝土，膠凝砂礫石設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度等級(jí)要求為180天達(dá)到6MPa標(biāo)準(zhǔn)。

此次試驗(yàn)在大同守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，位置在水庫(kù)壩址上游河床上，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬膠凝砂礫石壩的膠凝砂礫石填筑、碾壓試驗(yàn)，養(yǎng)護(hù)180天后切割立方體大試件，最后對(duì)大試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

在水庫(kù)壩址上游河床位置，當(dāng)大壩正常施工時(shí)，從攪拌站隨機(jī)取料，模擬守口堡大壩壩體施工工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)段寬約11m、長(zhǎng)約90m，進(jìn)行膠凝砂礫石的碾壓試驗(yàn)。碾壓分2層進(jìn)行，鋪料厚度每層350～450mm，膠凝砂礫石料為大壩施工使用的專用拌和設(shè)備所拌和，自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)平料，用大型振動(dòng)碾壓機(jī)碾壓，先無(wú)振動(dòng)碾壓2遍，再有振動(dòng)碾壓6遍，邊角部位用手扶式振動(dòng)碾碾壓，層間面鋪設(shè)一層1∶3的水泥砂漿，砂漿層厚15mm，鋪兩層，每層的碾壓方式相同。碾壓完畢后，養(yǎng)護(hù)180天，然后切割出350mm×350mm×350mm立方體大試件，對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)并分析。

3 試驗(yàn)材料分析

試驗(yàn)材料為現(xiàn)場(chǎng)取樣，包括水泥、粉煤灰、砂礫石料以及添加的碎石，送至水工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 水泥

守口堡水庫(kù)施工現(xiàn)場(chǎng)所用水泥為普通硅酸鹽P.O 42.5水泥，其物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 粉煤灰

粉煤灰理化性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 粉煤灰理化性能試驗(yàn)結(jié)果

3.3 砂礫石料

從守口堡水庫(kù)料場(chǎng)取砂礫石料，按0.10～0.25mm、0.25～0.50mm、0.50～1mm、1～2mm、2～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm、40～60mm、60～80mm、80～100mm、100～120mm、120～150mm、>150mm進(jìn)行細(xì)篩分，顆粒級(jí)配結(jié)果見表3。

表3 原樣砂礫石料顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL 678—2014)，砂礫石中粒徑小于5mm的砂料宜在18%～35%,粗骨料中粒徑為5～40mm的骨料宜為35%～65%，大于150mm的石料宜剔除。表3顯示砂礫石料的砂率為32%， 5～40mm的石料含量為25%，砂率略顯偏大，5～40mm石料偏少。

為了降低砂率，提高5～40mm粒徑的石料含量，經(jīng)試驗(yàn)，在膠凝砂礫料中添加25%的5～40mm粒徑的碎石，可以達(dá)到相對(duì)理想的效果(見表4)。

表4 5～40mm粒徑碎石理化學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

4 試驗(yàn)分析

為了能夠真實(shí)地檢測(cè)膠凝砂礫石壩體的力學(xué)性能，同時(shí)又不影響大壩的正常施工進(jìn)度，試驗(yàn)采用與大壩所用膠凝砂礫石配合比、拌和方式、養(yǎng)護(hù)方式都相同的試驗(yàn)方法，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

模擬壩體養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到180天后開始切割試塊。在試驗(yàn)段上用混凝土專用切割工具切取350mm×350mm×350mm左右的立方體大試件，進(jìn)行膠凝砂礫石的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(由于施工場(chǎng)地和切割工具的限制，大試件切割得不太規(guī)格，后經(jīng)過加工整平,試件尺寸有所偏差)。大試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分為兩組，一組由于需要加工修整，因此在230天齡期時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，另一組在大試件達(dá)到365天后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)?？箟簭?qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備為WAW-5000kN萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2006)進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)切割的大試件立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5，現(xiàn)場(chǎng)切割情況見圖1，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)情況見圖2。

表5 守口堡膠凝砂礫石筑壩材料切割大試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 現(xiàn)場(chǎng)切割膠凝砂礫石大試件

圖2 膠凝砂礫石大試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

由表5可知，大試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試值在230天時(shí)和369天時(shí)，抗壓強(qiáng)度值均達(dá)到并超過守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石工程設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度6MPa的要求，膠凝砂礫石大試件表觀密度平均值為2.44kg/m3(量測(cè)法測(cè)試)，在正常范圍內(nèi)。試驗(yàn)證明：按照科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕すに?，膠凝砂礫石筑壩技術(shù)水泥用量少、就地取材、減少?gòu)U棄料、節(jié)約成本、施工工藝簡(jiǎn)單且速度快等優(yōu)勢(shì)可以很好地發(fā)揮出來。

5 結(jié) 語(yǔ)

山西省守口堡水庫(kù)樞紐工程膠凝砂礫石壩現(xiàn)場(chǎng)模擬大壩碾壓試驗(yàn)，切取邊長(zhǎng)350mm的立方體試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

由于檢測(cè)條件及試驗(yàn)時(shí)間等限制，目前取得的僅是膠凝砂礫石筑壩方面的初步試驗(yàn)成果，其中大試件抗凍性能和膠凝砂礫石配合比等還有待進(jìn)一步深入研究。

Experimental Study on Gelled Sand Gravel Dam Construction in Shoukoubao Reservoir

SONG Wenjun

(ScienceResearchInstituteofWaterResourcesandHydropowerofShanxi,Taiyuan030002,China)

The gelled sand gravel dam construction technology is a new type of dam construction technology. This paper simulates the dam construction technology to lay 11m × 90m test section at the Shoukoubao reservoir area and cuts the cube large test piece for compression strength test after curing 180 days. Moreover, the test result satisfies the design requirements.

Shoukoubao dam; gelled sand and gravel; test

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.014

TV64

A

1673-8241(2017)01- 0049- 03