堆石坝筑坝材料压实质量检测若干问题刍议

2011-12-24李建国王党在李小泉

水电站设计 2011年4期

李建国，王党在，李小泉

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610071)

1 前言

土石坝由于其对地基条件良好的适应性、能就地取材、能充分利用建筑物开挖料、施工机械化程度高、造价较低等优点，成为世界各国广泛采用的坝型。做好筑坝材料的压实质量检测控制与分析评价，是土石坝施工质量管理的重要内容，对确保土石坝的安全有着十分重要的意义。

2 检测点的布置

DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》对取样检测的次数，针对不同材料，对每填筑一层规定了不同的检测次数或不同填筑方量的检测次数，但未对检测点位的布置提出要求。检测点的布置，需考虑断面尺寸、材料类型、荷载、破坏模式等因素。大坝除受自身重力荷载外，主要受水库水压力的作用，大坝的渗流破坏、失稳或地震反应，主要沿大坝上、下游进行，因此笔者在瀑布沟水电站与毛尔盖水电站大坝的检测中，结合断面布置采用沿垂直于坝轴线即顺水流方向布置不同剖面检测点的方式。

图1为毛尔盖水电站大坝各取样点心墙料的检测级配曲线，图2为按照断面取样统计检测级配曲线。对比两图可以发现，随机分布取样检测级配曲线与按照断面取样统计检测级配曲线存在一定的差别，且前者包线宽于后者。

3 关于控制标准的制定

DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》规定了防渗体采用干密度、含水率或压实度控制，反滤料、过渡料及砂砾料采用干密度或相对密度控制，堆石料采用孔隙率控制的方法。

进入施工阶段，施工单位对料场进行复查，并验证或复核设计标准，其中就有可能因试验方法、试验仪器的不同或试验误差而偏离设计标准。压实标准中最大干密度不是绝对最大值，而是在某标准试验条件下的最大值。此时，需进行讨论研究，原则上以设计制定的标准为依据，因为在勘察设计阶段，是以此标准进行系统力学试验，并根据试验参数计算确定坝体结构尺寸。瀑布沟水电站大坝的反滤料控制标准，就出现了上述情况。

4 防渗料的压实与评价

4.1 级配检测控制方法

DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》对黏性土防渗料提出检测干密度与含水率指标，对砾质土防渗料提出检测干密度、含水率与大于5mm砾石含量指标。由于土料的防渗性，除与大于5mm砾石含量有关外，还与小于0.075mm含量、小于0.005mm含量密切相关，因此需进行全级配的测试，并检测塑液限指标。由于土料5mm以下颗粒含量的基本性质由料场的土料所决定，为加快检测速度，可在料场或在铺料时取样测试5mm以下颗粒含量与塑液限指标。现场大坝的碾压施工，通常是沿坝轴线分段进行，因此检测基本不影响施工进度。

图1 毛尔盖大坝各检测点心墙料颗分级配曲线

图2 毛尔盖大坝按照断面统计心墙料颗分级配曲线

由于施工中土料的不均匀性与施工中粗细料的部分分离，所抽取试样必然存在一定的离散性；由于大坝水流垂直坝轴线，大坝的渗流破坏、失稳或地震反应，主要都是沿大坝上下游进行；因此，级配的检测评价，宜按照布置的断面进行统计，每一个断面作为一个样本点，对照级配控制包线图进行分析评价。

4.2 压实度的控制方法

对于接触黏土，由于大于5mm砾石的含量通常控制在10%以内，细料得到充分的压实，因此检测时以检测的全料密度，按照DL/T5335-2006《水电水利土工试验规程》换算成小于5mm以下的密度与含水率，对照标准计算压实度与含水率偏差进行分析评价。

对于砾质土防渗料，由于大于5mm砾石的含量通常超过30%，甚至达到60%，若采用5mm含量以下的细料密度计算压实度，就必须求出每个试坑土料大于5mm砾石的体积，在现场进行大量的检测，就无法满足施工工期。即使采用三点击实法，计算各土料的压实度，但仍然需要计算每个试坑土料大于20mm 砾石的体积，因此试验工作量仍然大。

笔者在瀑布沟水电站与毛尔盖水电站大坝的检测中，根据前期勘探试验进行了系列击实功能的选取，在全料压实度满足要求、细料压实度也能满足要求的前提下绘制了不同P5与干密度的关系曲线图。施工检测中，根据其细料塑性指数变化小、细料稳定的前提下，查压实度控制图，即可快速确定压实度与含水率偏差并进行分析评价。

图3为瀑布沟水电站大坝检测的密度对比图。图中根据5mm含量可方便地求出压实度、检测料的含水率与最优含水率的差值，达到快速检测的目的。

4.3 合格率的控制

DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》对防渗料的干密度或压实度的合格率要求不小于90%，不合格干密度或压实度不得低于设计干密度或压实度的98%。

对于合格率的控制，需要大量的样本数据才有统计意义，因此对整个坝的检测资料才采用合格率的控制标准，而对于每次的检测资料，采用平均值满足设计要求值、不合格干密度或压实度不得低于设计干密度或压实度的98%的控制方法。从统计学的概念可以理解，只要每次的平均值满足要求，那么符合正态分布的大量检测数据的期望值亦即平均值，其保证率在90%以上。图4为瀑布沟水电站整个大坝抽检取样的压实度统计图，在保证率P=90%时，其压实度满足大于98%的要求。

图3 瀑布沟大坝防渗土料ρdmax、ρd～P5～W、Wop关系曲线

图4 瀑布沟大坝670～856m高程各检测点压实度分布曲线

5 反滤料的压实与评价

通常高土石坝布置2层反滤料，对于紧靠心墙的反滤料，由于其细料含量高，可能存在渗透问题或地震液化问题，因此采取沿垂直于坝轴线即顺水流方向布置不同剖面检测点的方式。按照布置的断面进行统计，每一个断面作为一个样本点，对照级配控制包线图进行分析评价。

根据前期系列振动试验研究，绘制了不同P5与干密度、相对密度的相关系曲线图，在施工期间，可以快速地获取所测反滤料是否满足设计要求。

同样对于每次的检测资料，采用平均值满足设计要求值，不合格干密度不得低于设计干密度或压实度的98%的控制方法。对整个坝的检测资料，则以采用合格率评价控制标准方法作依据。

6 堆石料的压实与评价

堆石料以维持坝坡稳定为目的，通常坝坡为圆弧滑动破坏，不可能沿某一个断面破坏，因此采用顺水流方向布置不同剖面检测点的方式，以整个上游或下游的检测样本作为统计对象，分别获取平均值作为分析对象。由于堆石料的最大粒径较大，有的超过1m，DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》对堆石料的控制，采用孔隙率作为控制标准，而土的密实度不仅与孔隙率有关，还与土的颗粒形状和级配有关，仅有孔隙率一个指标还不能全面反映土的密实度。从理论上讲，相对密度的概念比较明确，能全面反映堆石料密实度的各个因素，因此，今后应探讨与研究采用相对压实度对堆石料的质量控制方法与标准。

7 力学参数复核

DL/T 5129-2001《碾压式土石坝施工规范》要求按照固定断面，每5～10m取代表性样进行物理力学试验。由于试验周期长、费用高，且仅代表所取土样点的力学特性，与坝体材料的物理力学特性存在一定的差距，因此笔者在对瀑布沟水电站与毛尔盖水电站大坝的力学参数复核时，选取所填筑高程的所有检测资料的统计包线的控制参数作为力学复核的控制指标，进行2～3次力学参数的复核。