砾质土料全料压实度与细料压实度关系研究

2016-07-01张东明，方德扬，刘存福

四川水力发电 2016年3期

关键词：应用

张东明，　方德扬，　刘存福

(雅砻江流域水电开发有限公司两河口建设管理局，四川雅江　627450)

砾质土料全料压实度与细料压实度关系研究

张东明，方德扬，刘存福

(雅砻江流域水电开发有限公司两河口建设管理局，四川雅江627450)

摘要：在全料符合设计要求的压实度时，通过计算对应的细料理论计算干密度，发现细料干密度与P20存在区间性变化规律，对不同区间应关注关键控制指标，有利于砾质土料施工质量管理，更有利于砾质土料心墙防渗体填筑质量控制。

关键词：砾质土；全料压实度；细料压实度；应用

0前言

随着筑坝技术和施工机械的发展，土质心墙堆石坝坝高也随之增加，并逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一。随着坝高的增加，心墙土体将承受较大的应力，单纯采用粘性土作为心墙防渗土料将无法满足强度和压缩性的要求。国内外工程实践经验表明，高土石坝采用砾质土料作为防渗料已成为发展趋势，世界上已建和在建的坝高200 m以上的高土质心墙堆石坝中，基本上都以砾质土作为心墙堆石坝；国内近年来已建和在建的高心墙堆石坝均是如此。如已建成的瀑布沟、糯扎渡，在建的两河口以及即将建设的双江口等水电站大坝心墙均为砾质土心墙堆石坝。

1亟待解决的问题

对于高心墙堆石坝而言，砾质土是一种良好的心墙防渗土料，其在压实方面兼有砂砾料和粘性土料的某些性质。击实试验表明，当砾石含量不大于第一特征含砾量(P5Ⅰ)时，砾石土干密度随砾石含量的增加而增加，而且，砾质土中的细料都可以压实到最大干密度；当砾石含量由第一特征含砾量(P5Ⅰ)向第二特征含砾量(P5Ⅱ)增加时，由于砾石的骨架作用和颗粒分布等因素，砾质土的最大干密度不再与砾石的含量成比例关系；当砾石含量增加至第二特征含砾量(P5Ⅱ)，砾质土将会被击实至最大干密度,这时砾质土中的细料干密度逐渐变小。由于砾质土这种击实特性，如果仅用全料压实度来控制砾质土压实质量，那么就存在全料压实度满足设计要求时而砾质土中的细料并没有得到有效的压实，导致砾质土料防渗性能达不到设计要求，威胁大坝的安全。正因为如此，《碾压式土石坝设计规范》(DL/T5359-2007)规定“对于砾石土应按全料试验求取最大干密度和最优含水率，并复核细料干密度。”因此，砾质土料心墙防渗体压实质量控制一般都提出了全料压实度和细料(≤20 mm或≤5 mm)压实度双控指标。如糯扎渡、长河坝和两河口等水电站砾质土防渗体，其控制指标如表1。

现在的问题是，全料压实度与细料压实度控制指标是否匹配，与P20存在何种联系，在大坝心墙填筑过程中，如何抓住关键控制指标等问题，都亟待研究，也是本文研究的重点。下面就这些问题进行探究。

表1　砾质土防渗体压实质量控制标准

2全料压实度和细料压实度关系

砾质土料在填筑过程中，为了确保碾压质量，其含水率通常均较最优含水略偏湿，加上小于0.074 mm颗粒含量较高，致使砾质土料中粒径小于5 mm细料常结成团状，湿筛不易通过5 mm筛网，因此，设计提出的细料压实质量通常采用≤20 mm颗粒的压实度来控制，具有普遍性。如糯扎渡、两河口等水电站砾质土防渗体细料压实质量控制指标。因此，下文仅以细料(≤20 mm)为例，并简称为细料。经分析，全料压实度和细料压实度关系研究有以下两种模型：

模型Ⅰ：当细料压实度满足设计要求情况下，研究全料干密度变化规律，进而计算全料压实度。技术方法是通过细料干密度[为细料最大干密度×细料压实度(D细)]计算其中对应的全料理论干密度，再通过全料击实试验，得出全料最大干密度，由此计算全料压实度。详细推算过程见图1。

图1　细料压实度推算全料压实度模型

模型Ⅱ：当全料压实度满足设计要求情况下，研究细料干密度变化规律，进而计算细料压实度。技术方法是通过全料干密度【为全料最大干密度×全料压实度(D全)】计算其中对应的细料理论计算干密度，再通过细料击实试验，得出细料最大干密度，由此计算细料压实度。详细推算过程见图2。

模型解释与比较。模型Ⅰ解释为：相当于把砾石料随机嵌入细料中，嵌入过程中没有消耗击实功。实际情况是砾石在砾石土料击实过程中会发生位移或破碎而消耗击实功，这使得计算理论全料干密度比实际全料干密度偏大，导致压实度偏高。因此，模型Ⅰ在设计上存在一定的缺陷，与实际所受工况存在差异。模型Ⅱ是由全料推算细料，该模型考虑了砾石在砾石土料中消耗击实功问题，与实际工况近似。因此，模型Ⅱ比模型Ⅰ优，后文应用实例采用模型Ⅱ进行推算。

3砾石土的应用

糯扎渡水电站挡水建筑物为心墙堆石坝，最大坝高为261.5 m。防渗心墙采用人工掺砾土料，设计要求见表1。

掺砾用碎石取自掺砾料加工系统，按设计掺砾碎石中间级配进行配料，掺砾碎石视比重为2.59，级配参数详见表2；试验用混合土料取至农场土料场开采混合土料共进行了3组混合土料颗粒级配试验，颗分成果见表3。击实成果见表4与图2。