巴塘水电站围堰坝料碾压试验研究

周 一 生， 张 伟， 张 刚， 贾 洪 波， 冯 加 栋

((1.浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122；2.中国安能集团第三工程局有限公司，四川 成都 610000))

1 工程概况

巴塘水电站位于川藏交界的金沙江干流上，周围崇山峻岭，坝址距巴塘县以南9 km。电站采用沥青混凝土心墙堆石坝、左岸溢洪道、明管引水、地面厂房的枢纽布置格局，以发电为主，是已获得批复的金沙江上游水电规划的13个梯级电站中第9级，总装机容量750 MW。

电站导流采用上下游土石围堰进行挡水，导流洞及泄洪放空洞过流的导流方式。上游围堰坝高2 533.8 m，堰顶高程2 502.5 m，水上填筑高度31.3 m，上游坡比1∶2，下游坡比1∶1.75。围堰防渗体采用悬挂式混凝土防渗墙+复合土工膜的结构形式。

围堰填筑总方量约135万m3，其中水上填筑部分96.5万m3，水上碾压堆石料(以下简称堆石料)89.5万m3，过渡料Ⅰ1.14万m3取自砂石加工系统细砂料，过渡料Ⅱ5.8万m3为覆盖层开挖料。为获得各种筑坝材料的物理特性和填筑碾压施工参数，借鉴已有工程的施工经验，根据相应的规范要求[1-8]，进行了室内试验以及现场碾压试验，并对试验结果进行了分析。

2 坝料设计标准

依据围堰的设计要求，围堰坝体各分区材料及设计压实指标见表1。

表1 围堰填筑分区材料和设计压实指标

3 室内试验

碾压试验前，为了解填筑料岩性特征，对坝料进行了室内试验。其中岩石密度试验，得到了堆石料、过渡料Ⅰ的岩石密度，平均值为2.81 g/cm3。对开挖料进行饱和单轴抗压强度测试，单轴抗压平均强度为75.7 MPa。

按照《土工试验规程》( SL237-1991)对过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ进行室内相对密度试验，室内击实试验成果表见表2。

表2 室内击实试验成果表

4 碾压试验

4.1 试验安排

碾压试验主要目的是按设计压实度要求，确定经济合理的压实机具、压实方式、压实遍数、层铺厚度。具体有：填铺方式、碾压方法、行车速度、洒水率、铺土厚度等。参照已有的工程实践，结合规程规范要求，碾压试验场次安排如下，见表3。

表3 碾压场次安排

参考已有工程经验，各试验场次铺土厚度比碾压厚度大 10%，采用反铲装料、自卸车运输。堆石料采用“进占法”填筑，过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ采用“退铺法”填筑，在各试验条带范围线内，反铲整平，并测量高程，以确保填料铺土厚度。在试验料摊铺整平之后，用白灰画出试验单元，用洒水车在试验单元内洒水，用流量表控制加水量，加水后按填料体积百分率计算。先进行静碾2遍，再进行振碾。碾压机械采用26t振动碾，行驶速度2～3 km/h，碾压方法采用进退错距法。碾压试验场地布置见图1。

图1 堆石料碾压试验场地布置图

试验程序: 碾压场开辟→碾压场压实→布设控制点、平整度测量→进料推平→洒水→静碾→铺土高程测量→碾压→沉降测量、压实密度、含水量、级配检测→堆料挖走→碾压整平→基面测量→下一场。

4.2 试验取样与测量

沉降测量，按照图1所示虚线交点处布置网格测点，用全站仪测量基面、铺填层面及不同压实遍数后，在同一测点上测量高程以计算铺土厚度和不同碾压遍数沉降率。碾压完成后，在每个单元格中进行压实密度测定、颗粒筛分、含水率测定及原位渗透试验。干密度采用试坑灌水法测定，取样深度为压实层厚度，水位测量采用测针法，每个试验单元内挖3个坑，对于过渡料Ⅰ每个试验单元内挖5个坑。颗粒筛分试验，结合干密度试验进行，取试坑开挖料进行全级配筛分试验。现场仅进行20 mm以上颗粒筛分，小于20 mm试样，在现场称取不少于4 kg送室内烘干后进行含水率和筛分试验。

原位渗透试验，在试验单元取3点进行现场试坑注水试验，按《水利水电工程注水试验规程》( SL345-2007)采用单环注水法测定，渗透环直径为30 cm，并计算近似渗透系数。

4.3 试验结果

试验操作按照《土石筑坝材料碾压试验规程》(NB/T35016-2013)中规定进行，现场原位渗透试验、碾压试验、颗粒配筛分试验分别见表4、表5、表6。

表4 现场原位渗透试验成果

表5 现场碾压试验成果

表6 颗粒级配筛分试验成果

4.3.1 原位渗透试验、颗粒级配

从表4～6成果数据可以看出：

(1)堆石料，最大颗粒粒径为420 mm，0.1 mm以下颗粒含量在设计8%限度内，5 mm以下颗粒含量在设计20%限度内，Cu为29.0，Cc为1.1，孔隙率、渗透系数满足设计要求。

籍此，本文以构建“四驱双核”高职院校服务型教工党支部模式为探索，确定将“服务专业发展、服务学生培养”作为双核心，通过“创新驱动、品牌驱动、目标驱动和任务驱动”，有效提升教工党支部党建工作与学院专业发展、学生培养之间的契合度，以期实现党建发展推动专业优化、专业进步满足学生培养、人才质量满足社会服务需求的多元化、交互式的创建模式，为构建高职院校特色服务型教工党支部提供了一种有效的实现途径。

(2)过渡料Ⅰ，粒径满足0.1～5 mm的要求，Cu为8.3，Cc为1.1，级配良好，孔隙率、渗透系数满足设计要求。

(3)过渡料Ⅱ，最大粒径152 mm，20 mm以下颗粒含量在设计15%限度内，大于200 mm的颗粒含量在设计15%限度内，Cu为10.2，Cc为1.1，级配良好，孔隙率、渗透系数满足设计要求。

4.3.2 干密度与含水率、碾压遍数的关系

干密度与含水率、碾压遍数的关系见图2。

(a) (b)图2 堆石料干密度随含水率的关系

图2(a)为堆石料铺筑层厚度为120 cm且在碾压遍数不同情况下，干密度随含水率变化的关系。从中可以看出，堆石料的碾压干密度随着含水率的增加呈现先增大后减小的变化趋势，其中含水率在10%时最为明显，但超过10%后，就会影响到堆石料的碾压效果。其原因是水在堆石料的颗粒间起润滑作用，随着含水量的增加，颗粒间的润滑作用明显，摩擦力减小，压实效果增加。当含水量超过10%后，水会降低颗粒的密度、剪切模量及泊松比，进而影响碾压质量[9]。从试验成果可知，堆石料含水量控制以10%为宜。同时，随碾压遍数的增加，堆石料有增大的趋势，但超过8遍以后，堆石料干密度增加效果不明显。

图3(b)为碾压遍数10遍，且在堆石料不同铺筑料厚度情况下，干密度随含水率而变化的关系。从中可以看出，堆石料同样表现出干密度随含水率呈现先增大后减小的变化趋势。从图(b)中还可以明显看出，铺筑层80 cm、120 cm干密度差异变化不大，铺筑层厚度150cm时，堆石料的碾压后干密度较其余两组较小。从试验成果可知，堆石料铺筑层厚度宜控制在120 cm以内。

(a) (b)图3 碾压遍数与干密度和沉降率的关系

过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ已进行了室内击实试验，故不再进行含水率的碾压试验研究，参照表2的成果，按最优含水率大致对应的体积比10%控制。

4.3.3 碾压遍数、干密度和沉降率的关系

碾压遍数、干密度和沉降率的关系见图3。

从图3可以看出，堆石料、过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ干密度都随碾压遍数的增加呈增大趋势。但堆石料在碾压遍数达到8遍以后，干密度和沉降率增长趋于平缓，满足设计干密度2.15 g/cm3要求。过渡料Ⅰ碾压5遍，满足设计干密度2.0 g/cm3要求；过渡料Ⅱ碾压5遍满足设计相对密度Dr=0.75对应的干密度2.16 g/cm3要求。

综合以上试验数据，堆石料碾压遍数应按8遍控制，过渡料Ⅰ和过渡料Ⅱ碾压遍数都应按5遍控制。

5 结 语

为准确确定巴塘水电站围堰填筑及碾压施工的参数，巴塘公司进行了填筑料的室内试验和现场碾压试验。通过室内试验获得了填筑料的物理特性，以及过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ的最大、最小干密度和最优含水率。同时，在现场进行了碾压试验，取得了不同坝料在不同加水量、铺土厚度、碾压遍数情况下干密度和沉降变化，并对试验结果进行分析。结果表明，随含水量和碾压遍数的增减，坝料的干密度、沉降呈规律性变化，并存在最优值。因此，现场施工参数应参照最优值，并考虑施工便利进行综合确定。确定围堰填筑的施工工艺参数，即堆石料铺填厚度120 cm，振碾8遍，加水量10%；过渡料Ⅰ铺填厚度40 cm，振碾5遍，加水量10%；过渡料Ⅱ铺填厚度40 cm，振碾5遍，加水10%。为确保现场施工质量，应注意坝料的开采、运输、下料与铺料各个环节，确保坝料均匀性，防止颗粒分离。