长河坝水电站大坝心墙砾石土料中粒径0.075 mm含量对最大干密度影响的研究

韩　兴，　熊　亮，　朱　剑

(中国水利水电第五工程局有限公司 长河坝施工局，四川 康定　626001)

长河坝水电站大坝心墙砾石土料中粒径0.075mm含量对最大干密度影响的研究

韩兴，熊亮，朱剑

(中国水利水电第五工程局有限公司 长河坝施工局，四川 康定626001)

摘要：当前，碾压式土石坝高坝更多地采用了心墙防渗的结构形式，其中天然砾石土料因其成本低等特点在国内众多工程中得到使用。长河坝水电站大坝工程天然砾石土分布不均、可直接开采上坝填筑的合格料少，为提高土料的利用率，需对不均匀分布的砾石土料掺配后使用。以长河坝水电站大坝工程不均匀土料为试验基础，对土料压实性能与压实影响因素进行了分析研究，所取得的研究成果可供同类工程设计及质量控制参考。

关键词：不均匀；土料；压实特性；影响关系；研究；长河坝水电站

1概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发中的第10级。水库正常蓄水位高程1 690m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3。电站总装机容量为2 600MW。拦河大坝为砾石土直立心墙堆石坝，最大坝高240m，总填筑方量约3 300万m3，其中心墙砾石土料248.3万m3。

心墙砾石土料填筑料要求最大粒径不大于150mm或为铺土厚度的2/3，全料填筑含水率应为Wo-1%≤W≤Wo+2%，其具体设计技术指标见表1。

表1　心墙砾石土料填筑设计技术指标表

长河坝工程汤坝土料场复勘成果表明：土料天然含水率在 1.7%～19.3%之间，平均为9.8%，P5含量变化范围为7%～90%，平均为49.1%，粒径<0.075mm含量变化范围为8%～64%，平均为30.4%，粒径<0.005mm变化范围为1.6%～26.3%，平均为10.3%，料场超径(粒径>150mm)平均含量约为5.6%，超径含量高。土料各项检测指标变化大、空间分布均一性差，料场从上游向下游呈现由粗到细的分布规律，并大致可分为偏粗(P5>50%)、合格(30%

2掺配土料击实特性与影响因素研究

2.1室内试验成果

表2为汤坝土料场掺配料试样与合格料区试样击实成果，其中掺配料试样采用料场偏粗料与偏细料按照计算掺配比平铺立采掺配获得，掺配料试样与合格料区试样击实试验级配均根据击实设备允许的最大粒径等量替代后缩尺后得到，全料击实功能为2 688kJ/m3。

P5含量与最大干密度关系曲线见图1。

在对长河坝工程合格料区试样击实成果与掺配料试样进行分析后可知：

(1)合格料区试样中P5含量与击实最大干密度呈规律性变化，即P5含量越大，所对应的最大击实干密度也越大。当P5含量增大至65%时，最大击实干密度达到最大值；P5含量大于65%时，最大击实干密度呈下降趋势。

(2)掺配料试样中P5含量与击实最大干密度也呈规律性变化，P5含量越大，所对应的最大击实干密度也越大。

表2　掺配料与合格料击实资料统计表

(3)掺配料试样与合格料区试样在相同P5含量情况下，掺配料试样最大击实干密度较合格料区试样偏低。

2.2碾压试验成果

(1)合格料碾压试验成果。

图1　P5含量与最大干密度关系曲线图

土料上坝前均需进行碾压试验，以此确定土料填筑施工参数及质量评价标准。合格料与掺配料碾压试验首先进行的是施工参数的选择，所确定的合格料填筑施工参数为：26t自行式振动凸块碾碾压遍数为静2+振12、铺料厚度30cm。结合所确定的填筑施工参数又进行了复核碾压试验，对合格料进行了70组试验，掺配料进行了42组试验。试验成果统计情况见表3、4。

表3　合格料碾压试验成果统计表

表4　掺配料碾压试验成果统计表

由表3、4可知：在对70组合格料按照铺料厚度为30cm、碾压遍数为静2+振12遍的碾压施工参数进行现场碾压施工，压实度可满足设计要求。

而按照铺料厚度为30cm、碾压遍数为静2+振12遍的碾压施工参数进行掺配料现场碾压施工后， 42组坑检试验中有4组试坑试验按照掺配料击实标准计算的压实度不能满足设计所要求的全料压实度为0.97的要求。

图2　掺配料与合格料颗粒级配曲线对比图

同时对两种料的全料级配进行了试验检测，其平均颗粒级配曲线见图2。由上述图表可以看出：掺配料与合格料中粒径大于5mm粒径的含量基本一致，但粒径小于5mm颗粒级配变化较大，特别是细料中粒径小于0.075mm的颗粒含量有明显差异。初步分析土料中粒径小于5mm的颗粒级配特别是粒径小于0.075mm的颗粒含量可能对击实最大干密度有一定影响。

2.3影响因素分析

根据掺配料室内击实试验及相应的碾压试验成果，结合掺配料制备生产工艺分析可能影响掺配料压实度检测结果的因素有：

(1)根据本工程前期进行的大量试验结果显示，汤坝料场偏粗料与偏细料由于在压实特性上存在明显差异，其击实干密度有很大差别。偏粗料与偏细料经掺配后，与直接上坝的合格料土料细料级配特别是粒径小于0.075mm颗粒含量的差异可能会导致在相同P5含量情况下掺配料最大击实干密度较合格料存在偏差。

(2)本工程偏细和偏粗料的掺配工艺是以P5含量为控制目标进行制备的，二者在掺配过程中不可能完全按照设定的比例掺配均匀，而室内击实试验掺配料的料则完全是按照设计的比例配制而成，取样检测点粒径小于5mm的细料级配与击实试验料存在误差的可能。掺配料碾压后，在对其进行压实度计算时就可能出现上述掺配土料碾压试验成果中出现的检测压实度不能满足设计要求的情况。

2.4粒径小于0.075mm的颗粒含量对全料击实干密度的影响研究

2.4.1掺配料碾压试验成果分析

根据掺配料碾压试验成果统计表(表4)，重新对比分析掺配料全料压实与粒径小于5mm的土料颗粒含量形成图3，即掺配粒径小于0.075mm、黏粒含量与压实度关系散点图见图3。

由图3可以看出，掺配料中(P5含量一致)与粒径小于0.075mm颗粒的含量变化对压实度的影响较为明显，而粒径小于0.005mm颗粒的含量变化对压实度的影响较小。

掺配土料全料压实度呈现随着粒径小于0.075mm颗粒的含量增大而减小的趋势，当粒径小于0.075mm颗粒的含量增大到一定数值时，检测压实度低于设计压实标准。

2.4.2掺配料系列击实试验成果分析

为进一步寻求掺配料全料压实度与粒径小于5mm细料部分中粒径0.075mm含量土料的影响规律，本课题又进行了掺配土料的系列击实试验。

为了确定土料中粒径小于0.075mm颗粒含量对最大干密度的影响规律，在室内分别配制了P5=35%、43%、50%以及粒径小于0.075mm颗粒含量为30%、35%、40%的击实试样，共进行了九组击实试验，颗粒级配曲线见图4，相同P5含量、不同粒径小于0.075mm颗粒的含量与干密度关系曲线见图5，相同粒径小于0.075mm颗粒的含量、不同P5含量与干密度关系曲线见图6。 对以上击实成果进行分析可知：土料粒径小于0.075mm颗粒级配的变化与土料击实最大干密度存在一定的影响规律(P5、粒径小于0.075mm颗粒的含量在试验范围值内)，即：在P5含量相同的情况下，粒径小于0.075mm颗粒的含量越高，其最大击实干密度越小，最优含水率越大；在粒径小于0.075mm颗粒的含量相同的情况下，P5含量越高，其最大击实干密度越大，最优含水率越小。

图3　掺配料粒径小于0.075 mm、黏粒含量与压实度关系散点图

图4　P5含量、粒径小于0.075 mm颗粒的含量击实料级配曲线图

3结语

长河坝工程通过对天然不均匀土料掺配后进行的击实、碾压试验及生产试验并与工程直接上坝的合格料进行对比分析与应用研究后得出以下初步结论：

(1)土料中粒径小于0.075mm颗粒含量与土料击实干密度存在一定的影响规律(P5在35%至50%之间、粒径小于0.075mm颗粒的含量在30%～40%之间)，即在P5含量相同的情况下，粒径小于0.075mm颗粒的含量越高，其击实干密度越小；反之，土料击实干密度越大。

(2)掺配料在生产过程中，由于掺拌的不均匀性，掺配料粒径小于0.075mm颗粒的粉粒料含量出现波动，进而影响到掺配料碾压干密度变化，是掺配料复核碾压试验阶段出现按拟合法检测压实度不满足要求的主要原因。

由于掺配料料性及掺配土料在实际生产过程中受工艺限制，不可避免地存在某一点的P5含量虽然一样，但掺配料中粒径小于5mm颗粒的部分级配比例有差异，因此，在制定掺配料压实质量标准时应充分考虑上述影响因素。

笔者通过研究，提出了长河坝工程掺配土料的击实性能与土料粒径小于0.075mm颗粒含量之间存在一定的影响规律，但受目前试验条件限制，该规律的界限及适用范围尚需依赖大量的试验进行验证。

图5　相同P5含量、不同粒径小于0.075 mm颗粒的含量与干密度关系图

图6　相同粒径小于0.075 mm颗粒的含量、不同P5含量与干密度关系图

参考文献：

[1]土工试验规范，SL237-1999[S].

[2]水电水利工程粗粒土试验规程，DL/T5356-2006[S].

韩兴(1986-)，男，河北保定人，科技办公室主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

熊亮(1990-)，男，四川广安人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

朱剑(1986-)男，四川乐山人，施工管理部副主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

梅州抽蓄电站可研报告通过审查

近日，广东梅州抽水蓄能电站可研报告顺利通过审查，梅州抽水蓄能电站项目申请核准计划今年10月底前完成。梅州抽水蓄能电站位于广东省梅州市五华县龙村镇，电站规划总装机容量240万千瓦，分两期建设，一期装机容量120万千瓦，上、下水库按总装机容量一次建设。枢纽工程主要由上水库、下水库、一期输水发电系统等建筑物组成，其中上、下水库主坝分别为混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝，最大坝高分别为60m和85m。

收稿日期:2015-05-05

文章编号:1001-2184(2015)03-0020-05

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV541;TV52;TV522

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