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2017-06-27 08:12:37孫紅雨孫裔發(fā)
四川水利 2017年3期
孫紅雨，孫裔發(fā)
(湖北省宜昌市鼎誠技術(shù)服務有限公司，湖北 宜昌，443002)
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孫紅雨，孫裔發(fā)
(湖北省宜昌市鼎誠技術(shù)服務有限公司，湖北 宜昌，443002)
本文以青海黃河瑪爾擋水電站前期所做的變形模量試驗為背景，以現(xiàn)場模擬的形式，闡述了在無側(cè)限壓力下的地基沉降情況，為以后的施工及試驗提供相應的參考。
混凝土面板堆石壩 變形模量 地基沉降 無側(cè)限壓力 瑪爾擋水電站
1 工程概況
青海黃河瑪爾擋水電站工程建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸一條泄洪洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下廠房等組成?；炷撩姘宥咽瘔?，壩頂高程3283.00m，最大壩高211m，壩頂寬12m，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.4～1∶1.5，綜合坡比1∶1.61。壩頂長359.8m，趾板建基面座落于弱風化基巖上，河床趾板建基高程3072.00m，壩體最大底寬630.0m，壩體填筑總量為1055.0萬m3。堆石壩填筑包括:二長巖、砂巖填筑以及兩種壩料通過不同的比例摻配組成的壩料填筑。為檢驗狹窄河谷高面板壩變形控制措施的可行性及可靠性，論證壩料設(shè)計填筑標準的合理性，在取得壩體填筑料的碾壓參數(shù)后進行相應的原位變形模量試驗。
2 壩料性能與設(shè)計要求
2.1 碾壓試驗壩料及級配
碾壓試驗壩料主要選用右岸壩肩3283.00m高程以上開挖的爆破料(堆放在阿讓臺平臺)、樞紐區(qū)左右岸壩肩3283.00m～3247.00m高程、右岸溢洪道3283.00m～3247.00m高程及右岸地下廠房電站進水口3283.00m～3247.00m高程爆破開挖的爆破料。所有爆破料進入碾壓試驗場地前，均進行篩分試驗，確保滿足設(shè)計級配要求。
2.2 各種壩料種類及填筑標準
各種料擬采用的填筑標準見表1。
表1 壩料填筑標準
3 填筑料試驗及相關(guān)成果
3.1 填筑料材質(zhì)試驗
填筑料材質(zhì)試驗結(jié)果表明：砂巖干燥狀態(tài)下抗壓強度85.8MPa～169.0MPa，平均143.5MPa；飽和狀態(tài)下抗壓強度53.2MPa～148.4MPa，平均128.7MPa；軟化系數(shù)在0.57～0.92之間，平均0.90。二長巖干燥狀態(tài)下抗壓強度77.2MPa～143.3MPa，平均104.3MPa；飽和狀態(tài)下抗壓強度41.5MPa～89.9MPa，平均65.6MPa；軟化系數(shù)在0.52～0.73之間，平均0.63。
3.2 填筑料顆粒級配試驗成果
本次試驗引用的標準為《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T 5129-2001、《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》DL/T 5016-2011和《水電水利工程粗粒土試驗規(guī)程》DL/T 5356-2006。碾壓試驗所用砂巖主要為堆放在阿讓臺平臺上的砂巖，碾壓試驗前，從阿讓臺砂巖料堆選取有代表性的6個部位分別取樣，混合后進行全料篩分試驗，驗證填筑料是否滿足設(shè)計級配要求；二長巖主要是溢洪道進出口爆破料，爆破篩分合格后堆放在碾壓試驗場的備料區(qū)。
從全料篩分顆粒級配曲線看，砂巖不均勻系數(shù)偏小，級配曲線不順滑，出現(xiàn)拐點，即存在某粒級段顆粒含量偏小或偏大，但總體在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi)。
3.3 級配及密度試驗成果
經(jīng)現(xiàn)場隨機取樣檢測成果可知，筑壩料試驗前P5含量(大于5mm顆粒含量)的值為91.9%，筑壩料試驗前<20mm顆粒含量為19.4%，從密度試驗成果來看，試驗前干密度變化范圍值為2.24g/cm3～2.27g/cm3，平均值為2.26g/cm3，通過以上試驗成果可以看出，筑壩料各項指標均滿足設(shè)計要求，密度均勻性較好，在此基礎(chǔ)上，可以進行現(xiàn)場原位變形模量試驗。
4 原位變形模量試驗
4.1 試驗檢測設(shè)備
(1)承壓板：采用具有足夠剛度的剛性圓形板。承壓板直徑與筑壩料粒徑之比不小于1∶3，選擇承壓板直徑150cm，筑壩料最大粒徑為50cm。
(2)加荷及反力裝置：包括壓力源、載荷梁架。設(shè)計最大荷載900t，采用堆載作為反力，由3個500t的液壓千斤頂并聯(lián)接入油壓泵分級施壓，油壓千斤頂具有雙向調(diào)節(jié)功能，其出力相對誤差不大于5%。
(3)液壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)：采用武漢中巖科技有限公司研制的RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，包括RSM-JCⅢ靜荷載測試儀、RSM-JC數(shù)控盒和手提電腦。RSM-TC數(shù)據(jù)無線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有自動加載、自動卸載、自動讀數(shù)、自動穩(wěn)壓、自動校驗、斷點續(xù)傳，保證上傳數(shù)據(jù)完整性。
(4)沉降觀測裝置：沉降觀測采用量程50mm，精度0.001mm位移傳感器，傳感器通過儀器可實現(xiàn)斷點續(xù)傳，即量程可進行調(diào)整，并通過RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)連接電腦自動采集，位移傳感器采用磁性表架固定，組合牢固穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便。
4.2 試驗方法
壩體筑壩料現(xiàn)場變形模量試驗采用平板載荷試驗方法，即通過承壓板向回填的筑壩料逐級施加荷載，觀測筑壩料荷載壓力和變形的試驗。試驗時筑壩料最大粒徑選用50cm(剔除大于50cm的壩料)，根據(jù)填筑料粒徑與承壓板直徑之比不小于3∶1要求，此次試驗承壓板直徑選取d=150cm，承壓面積為17662.5cm2。本次載荷分10級施加，按相應的設(shè)計要求(最大法向壓力5MPa)，最大加載量為900t，第一級可按兩倍荷載進行加載，即為180t，然后逐級往上加載，加荷方法采用沉降相對穩(wěn)定法。
4.3 測點沉降量觀測及變形模量成果
此次靜載試驗共進行3個點的平行試驗，根據(jù)現(xiàn)場試驗成果，筑壩料的最大承載力為630t，即其法向應力為3.6MPa。
4.4 原位變形模量試驗成果分析
此次現(xiàn)場原位變形模量試驗采用淺層平板載荷試驗方法，試驗成果在一定程度下只能反映承壓板下深度約為2倍承壓板直徑范圍內(nèi)筑壩料的綜合變形性能。
(1)試點1從變形模量試驗整體成果來看，隨著試驗壓力的增大，變形模量值逐漸增大，變形模量在155MPa～220MPa之間，力值超過4500kN，即法向應力達到2.5MPa后，沉降率增大，變形模量值減小，其主要原因為試點范圍內(nèi)巖石接觸應力增大，造成筑壩料顆粒破碎或側(cè)向擠出，開始出現(xiàn)試點周圍隆起現(xiàn)象。
(2)試點2在法向應力達到3.0MPa后，沉降率急劇增大，其主要原因是承載板下存在較大塊石，隨著荷載的增大，大塊石被破壞，承載板急劇下沉，試驗壓力無法維持穩(wěn)定，試驗點周圍迅速隆起，并出現(xiàn)裂縫，碾壓體結(jié)構(gòu)被破壞。
(3)試點3變形模量試驗成果表明，力值在3600kN，即法向應力2.0MPa之前，隨著試驗壓力的增大，變形模量值迅速增大，力值在3600kN時，變形模量達到最大值，為473.12MPa，其主要原因為承載板正下方有大粒徑塊石，試驗時隨著荷載增大，塊石接觸應力增大被側(cè)向擠出，使承壓板周圍出現(xiàn)裂縫。通過挖坑取樣可以看出，試坑內(nèi)有兩個大的巖石相互交疊在一起。力值超過5400kN，即法向應力3.0MPa后，隨著力值增大，大粒徑塊石被側(cè)向擠出，使承壓板周圍出現(xiàn)裂縫，
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A
2095-1809(2017)03-0075-03
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本文以青海黃河瑪爾擋水電站前期所做的變形模量試驗為背景，以現(xiàn)場模擬的形式，闡述了在無側(cè)限壓力下的地基沉降情況，為以后的施工及試驗提供相應的參考。
混凝土面板堆石壩 變形模量 地基沉降 無側(cè)限壓力 瑪爾擋水電站
1 工程概況
青海黃河瑪爾擋水電站工程建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸一條泄洪洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下廠房等組成?；炷撩姘宥咽瘔?，壩頂高程3283.00m，最大壩高211m，壩頂寬12m，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.4～1∶1.5，綜合坡比1∶1.61。壩頂長359.8m，趾板建基面座落于弱風化基巖上，河床趾板建基高程3072.00m，壩體最大底寬630.0m，壩體填筑總量為1055.0萬m3。堆石壩填筑包括:二長巖、砂巖填筑以及兩種壩料通過不同的比例摻配組成的壩料填筑。為檢驗狹窄河谷高面板壩變形控制措施的可行性及可靠性，論證壩料設(shè)計填筑標準的合理性，在取得壩體填筑料的碾壓參數(shù)后進行相應的原位變形模量試驗。
2 壩料性能與設(shè)計要求
2.1 碾壓試驗壩料及級配
碾壓試驗壩料主要選用右岸壩肩3283.00m高程以上開挖的爆破料(堆放在阿讓臺平臺)、樞紐區(qū)左右岸壩肩3283.00m～3247.00m高程、右岸溢洪道3283.00m～3247.00m高程及右岸地下廠房電站進水口3283.00m～3247.00m高程爆破開挖的爆破料。所有爆破料進入碾壓試驗場地前，均進行篩分試驗，確保滿足設(shè)計級配要求。
2.2 各種壩料種類及填筑標準
各種料擬采用的填筑標準見表1。
表1 壩料填筑標準
3 填筑料試驗及相關(guān)成果
3.1 填筑料材質(zhì)試驗
填筑料材質(zhì)試驗結(jié)果表明：砂巖干燥狀態(tài)下抗壓強度85.8MPa～169.0MPa，平均143.5MPa；飽和狀態(tài)下抗壓強度53.2MPa～148.4MPa，平均128.7MPa；軟化系數(shù)在0.57～0.92之間，平均0.90。二長巖干燥狀態(tài)下抗壓強度77.2MPa～143.3MPa，平均104.3MPa；飽和狀態(tài)下抗壓強度41.5MPa～89.9MPa，平均65.6MPa；軟化系數(shù)在0.52～0.73之間，平均0.63。
3.2 填筑料顆粒級配試驗成果
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從全料篩分顆粒級配曲線看，砂巖不均勻系數(shù)偏小，級配曲線不順滑，出現(xiàn)拐點，即存在某粒級段顆粒含量偏小或偏大，但總體在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi)。
3.3 級配及密度試驗成果
經(jīng)現(xiàn)場隨機取樣檢測成果可知，筑壩料試驗前P5含量(大于5mm顆粒含量)的值為91.9%，筑壩料試驗前<20mm顆粒含量為19.4%，從密度試驗成果來看，試驗前干密度變化范圍值為2.24g/cm3～2.27g/cm3，平均值為2.26g/cm3，通過以上試驗成果可以看出，筑壩料各項指標均滿足設(shè)計要求，密度均勻性較好，在此基礎(chǔ)上，可以進行現(xiàn)場原位變形模量試驗。
4 原位變形模量試驗
4.1 試驗檢測設(shè)備
(1)承壓板：采用具有足夠剛度的剛性圓形板。承壓板直徑與筑壩料粒徑之比不小于1∶3，選擇承壓板直徑150cm，筑壩料最大粒徑為50cm。
(2)加荷及反力裝置：包括壓力源、載荷梁架。設(shè)計最大荷載900t，采用堆載作為反力，由3個500t的液壓千斤頂并聯(lián)接入油壓泵分級施壓，油壓千斤頂具有雙向調(diào)節(jié)功能，其出力相對誤差不大于5%。
(3)液壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)：采用武漢中巖科技有限公司研制的RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，包括RSM-JCⅢ靜荷載測試儀、RSM-JC數(shù)控盒和手提電腦。RSM-TC數(shù)據(jù)無線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有自動加載、自動卸載、自動讀數(shù)、自動穩(wěn)壓、自動校驗、斷點續(xù)傳，保證上傳數(shù)據(jù)完整性。
(4)沉降觀測裝置：沉降觀測采用量程50mm，精度0.001mm位移傳感器，傳感器通過儀器可實現(xiàn)斷點續(xù)傳，即量程可進行調(diào)整，并通過RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)連接電腦自動采集，位移傳感器采用磁性表架固定，組合牢固穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便。
4.2 試驗方法
壩體筑壩料現(xiàn)場變形模量試驗采用平板載荷試驗方法，即通過承壓板向回填的筑壩料逐級施加荷載，觀測筑壩料荷載壓力和變形的試驗。試驗時筑壩料最大粒徑選用50cm(剔除大于50cm的壩料)，根據(jù)填筑料粒徑與承壓板直徑之比不小于3∶1要求，此次試驗承壓板直徑選取d=150cm，承壓面積為17662.5cm2。本次載荷分10級施加，按相應的設(shè)計要求(最大法向壓力5MPa)，最大加載量為900t，第一級可按兩倍荷載進行加載，即為180t，然后逐級往上加載，加荷方法采用沉降相對穩(wěn)定法。
4.3 測點沉降量觀測及變形模量成果
此次靜載試驗共進行3個點的平行試驗，根據(jù)現(xiàn)場試驗成果，筑壩料的最大承載力為630t，即其法向應力為3.6MPa。
4.4 原位變形模量試驗成果分析
此次現(xiàn)場原位變形模量試驗采用淺層平板載荷試驗方法，試驗成果在一定程度下只能反映承壓板下深度約為2倍承壓板直徑范圍內(nèi)筑壩料的綜合變形性能。
(1)試點1從變形模量試驗整體成果來看，隨著試驗壓力的增大，變形模量值逐漸增大，變形模量在155MPa～220MPa之間，力值超過4500kN，即法向應力達到2.5MPa后，沉降率增大，變形模量值減小，其主要原因為試點范圍內(nèi)巖石接觸應力增大，造成筑壩料顆粒破碎或側(cè)向擠出，開始出現(xiàn)試點周圍隆起現(xiàn)象。
(2)試點2在法向應力達到3.0MPa后，沉降率急劇增大，其主要原因是承載板下存在較大塊石，隨著荷載的增大，大塊石被破壞，承載板急劇下沉，試驗壓力無法維持穩(wěn)定，試驗點周圍迅速隆起，并出現(xiàn)裂縫，碾壓體結(jié)構(gòu)被破壞。
(3)試點3變形模量試驗成果表明，力值在3600kN，即法向應力2.0MPa之前，隨著試驗壓力的增大，變形模量值迅速增大，力值在3600kN時，變形模量達到最大值，為473.12MPa，其主要原因為承載板正下方有大粒徑塊石，試驗時隨著荷載增大，塊石接觸應力增大被側(cè)向擠出，使承壓板周圍出現(xiàn)裂縫。通過挖坑取樣可以看出，試坑內(nèi)有兩個大的巖石相互交疊在一起。力值超過5400kN，即法向應力3.0MPa后，隨著力值增大，大粒徑塊石被側(cè)向擠出，使承壓板周圍出現(xiàn)裂縫，
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