两河口水电站砾石土料击实特性及质量控制标准研究

2020-07-03车维斌，江万红

四川水力发电 2020年3期

关键词：土料砾石含水率

车维斌，江万红

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都 610066)

1 概述

目前，在我国已建、在建的超高心墙堆石坝水电工程中，糯扎渡、长河坝水电站已经建成，两河口与双江口水电站正在进行大坝填筑。相关资料表明：超高心墙堆石坝坝高大于200 m，技术难度大。我国在建的高土石坝已完成坝高200 m向300 m的跨越。

两河口水电站工程心墙采用的砾石土料P5含量为30%～50%，最大粒径150 mm，采用修正普氏2 688 kJ/m3击实功下的全料压实度为≥97%，粒径小于20 mm的细料压实度≥99%(采用普氏595 kJ/m3)。

为获取心墙砾石土料原级配全料击实试验数据及填筑质量控制的标准，项目部比较了两种级配状态下全料压实度与粒径小于20 mm的细料压实度的对应关系，进一步验证了大坝心墙砾石土料压实度控制指标的合理性，在使用φ800超大型击实仪和φ300大型击实仪试验中，掌握了掺砾土料的击实特性，确定了填筑质量控制标准，并对以下3个方面的内容进行了现场研究：

(1) 砾石土料击实试验的关键技术问题及特性。我国现行的规程规范要求：大型击实仪的最大直径为300 mm，使用于粒径不大于60 mm的土料。两河口水电站砾石土料最大粒径为150 mm，远远超过规程规范要求，因此，决定采用超大型击实仪进行全级配击实特性的研究。

(2)找出砾石土料全料压实度与细料压实度之间的匹配关系。

(3)质量控制标准研究。国内修建的超高土石坝都是在基础研究的基础上提出各自的质量标准，不同的工程不尽一致，但都严格遵循现行的规范标准。在此基础上，项目部研究出适用于两河口水电站砾石土料质量控制的标准，可为在建和拟建的超高堆石坝砾石土料的质量控制提供依据。

2 砾石土料击实特性

项目部对不同掺砾量的土料分别进行了超大型击实φ800(全级配)、大型击实φ300(替代法全级配)、轻型击实φ152(粒径小于20 mm细料)试验。为了掌握全级配土料的击实特性，通过分析超大型击实φ800和大型击实φ300的成果，确定了全料压实度与细料压实度之间的匹配关系。

2.1 击实试验参数选择

根据相关规范要求及击实功能确定了相应的击实参数[1]，直径为800 mm的超大型击实仪为国内最大。各项击实试验采用的击实仪参数见表1。

表1 击实仪基本参数表

2.2 试验内容及试验组数

针对不同P5含量(0%～80%)进行了φ800超大型击实试验和φ300(0%～90%)大型击实试验及粒径小于20 mm的细料不同P5含量(0%～90%)轻型击实试验。试验中，φ300的大型击实采用等量替代法制样，对于粒径小于20 mm细料的轻型击实采用剔除法制样。

2.3 试验成果

根据砾石土料击实试验成果(图1、2)得到的砾石土料击实特性如下：

(1)最大干密度、最优含水率与P5含量的关系。砾石土料在φ800超大型击实(全级配)和φ300(替代法全级配)大型击实时，其最大干密度均随掺砾量的增加而呈现出先增后降的特点，峰值出现在掺砾量70%附近，最优含水率均随掺砾量的增加而降低，击后P5含量随掺砾量的增加而大致呈线性增加；超大型击实与大型击实均随掺砾量的增加经历由悬浮到紧密、再由紧密到骨架的过程，掺砾土最大干密度均表现出先增后降的特点[2]。

(2)不同击实仪参数的差异。①当掺砾量为0%～80%时，超大型击实的最大干密度(原级配全料)小于大型击实(替代法全料)最大干密度，差值为0.04 g/cm3左右；当掺砾量为10%～60%时，超大型击实试验的最优含水率大于大型击实试验的最优含水率，最优含水率相差较大，差值在1.2%～2%之间，平均值为1.4%；当掺砾量为70%～80%时，超大型击实最优含水率大于大型击实最优含水率，但差值较小，基本相同；②当掺砾量为10%～80%时，超大型击实曲线的左侧比大型击实曲线的左侧陡，说明超大型击实干密度对含水率的变化更为敏感。因此，在该工程设计掺砾范围内，采用φ300(替代法全级配)大型击实和φ800超大型击实(全级配)成果作为砾石土料全料压实度质量控制是合适的[3]。

(3)不同击实功能下最大干密度的差异。在2 688 kJ/m3(超大型击实)、2 688 kJ/m3(大型击实)、595 kJ/m3(轻型击实)功能下得到的最大干密度值相差较大。当P5含量在0%～70%范围内时，2 688 kJ/m3(超大型击实)和2 688 kJ/m3(大型击实)功能与595 kJ/m3功能能建立起较为稳定的对应关系[4]。

图1 超大型击实试验曲线图

图2 大型击实试验曲线图

(4)最优含水率规律。在各击实参数下，砾石土料的最优含水率均随P5含量的增加而降低，符合规律。

2.4 全料压实度与细料压实度之匹配关系

设计单位在填筑标准及要求中提出对碾压后的砾石土心墙料压实度以全料压实度和细料压实度进行双控制。砾石土心墙料全料压实度≥97%，粒径小于20 mm的细料压实度≥100%。本次试验研究根据P5含量20%～60%的全料与细料压实度匹配关系得出：全料压实度为97%时，相对应的细料压实度为100.6%～103.6%，均大于100%，因此，当全料压实度为97%时，选择细料压实度≥100%是合理的[5]。

2.5 细料压实度控制标准的确定

击后P5含量为20%～60%、全料压实度为97%时，5组超大型击实细料压实度在100.7%～103.6%之间，平均为102.1%；5组大型击实细料压实度在102.4%～104.4%之间，平均为103.4%，大型击实细料压实度比超大型击实细料压实度平均值大1.3%。

各组土料性能虽有差异，但其对细料压实度影响相对较小，P5含量在20%～60%时，相同P5含量下各组掺砾土料细料压实度均大于100%且差异较小，差值平均值为1.3%，因此，采用粒径小于20 mm的细料压实度进行砾石土料填筑日常质量控制可行。

3 质量控制标准的确定

根据本次试验成果，最终确定现场填筑采用粒径小于20 mm的细料压实度(三点击实法)替代全料压实度进行质量控制，全料压实度每填筑2 m采用φ300大型击实仪(等量替代法全级配)复核1组；每填筑10 m采用φ800超大型击实仪进行全料击实试验复核1组。

4 应用效果

在两河口水电站大坝填筑初期，为了验证试验成果的实用性及可行性，项目部采用了点对点全料和细料做对比试验，经过对一段时间的试验检测成果进行分析，对全料压实度的取样频率进行了调整，将每200～500 m3取样检测1组调整为全料压实度每填筑2 m采用φ300大型击实仪(等量替代法全级配)复核1组；每填筑10 m，采用φ800超大型击实仪进行全料击实试验复核1组，用细料压实度(三点击实法)替代全料压实度，可以大大缩短试验检测时间，减少试验检测频率，提高试验检测效率且未占用大坝填筑直线工时。

两河口水电站大坝心墙土料填筑至今，φ300大型击实复核共取样检测全料压实度117组，φ800超大型击实复核共取样检测全料压实度16组。从检测数据看，采用φ300大型击实仪(等量替代法全级配)击实试验进行检测复核的全料压实度为97.3%～102.8%，平均值为99.6%；采用φ800超大型击实仪进行全料击实试验检测复核的全料压实度为98.6%～102.7%，平均值为100.1%；检测细料压实度3 815组，相对应的细料压实度(三点击实法)为100%～109.8%，平均值为103.8%。对

以上数据进行分析可以看出：当细料压实度≥100%时，全料压实度均大于设计要求的≥97%，因此，采用细料压实度(三点击实法)进行现场填筑质量控制、φ300大型击实和φ800超大型击实定期复核全料压实度的方法合理且实用。