李浩偉, 楊 靖

(四川華能寶興河電力股份有限公司,四川 雅安 625000)

0 引 言

受到地質(zhì)、地形條件及建筑成本的影響,近幾十來(lái)年,土質(zhì)心墻堆石壩已逐漸成為世界高壩建設(shè)的主流壩型之一。尤其是新型土石方機(jī)械的大量投入、填筑施工工藝水平不斷提高、及筑壩材料試驗(yàn)研究的深入,極大地拓寬了土石壩心墻部位的用料范圍和用料模式,為土質(zhì)、礫石土心墻更廣泛地應(yīng)用提供了有利條件。由于磽磧咔日溝礫石土料天然含水量接近最優(yōu)含水量,級(jí)配比較合理,且具有良好的壓實(shí)及防滲性能,磽磧水電站大壩采用礫石土直心墻壩,壩高 125.5m。

1 磽磧礫石土料的特性

用礫石土做高土石壩心墻防滲料在國(guó)內(nèi)屬首次,這種土料級(jí)配范圍寬、均勻性差,需要經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)來(lái)確定礫石土料的具體特性。通過(guò)物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)(12組)、物性試驗(yàn)(237組)、含水率試驗(yàn)(216組)、擊實(shí)試驗(yàn)(16組)及現(xiàn)場(chǎng)大型原位試驗(yàn)(24組)的比較研究,磽磧礫石土料特性如下:

1.1 磽磧礫石土料顆粒級(jí)配

選用磽磧礫石土料為剔除大于 150 mm粗料后的咔日溝料場(chǎng)土料,通過(guò)對(duì)磽磧礫石土料顆粒進(jìn)行篩分、統(tǒng)計(jì)、分析,得出顆粒級(jí)配組成及級(jí)配表如下(見(jiàn)表 1)。

表1 磽磧礫石土料級(jí)配表

磽磧水電站大壩平均級(jí)配的特征值為大于 5 mm粒徑含量 P5為39.83%,小于 0.075mm粒徑的含量 P≤0.075為 17.95%,小于 0.005 mm的顆粒含量 P≤0.005為 7.97%。通過(guò)采用 862.5k J/m3標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能對(duì)咔日溝礫石土料進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)得出:當(dāng)粗料含量 P5的上限控制在 50%、壓實(shí)系數(shù)取 0.99,全料干密度 ρd為 2.047,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

1.2 磽磧礫石土料滲透特性

磽磧礫石土料由于粒徑尺寸分布較寬,顆粒組成具有一定的不均勻性,滲透性變化較大。通過(guò)研究礫石土粗粒含量 P5與滲透系數(shù) k、細(xì)粒含量 P≤0.075與滲透系數(shù) k的關(guān)系發(fā)現(xiàn):當(dāng) P5＜50%、P0.075＞15%時(shí),k＜1×10-5cm/s,滿(mǎn)足防滲要求。

磽磧礫石土天然含水率為 11.2%,最優(yōu)含水率 Wop為 10.5%,當(dāng)含水率 wf小于最優(yōu)含水率Wop兩個(gè)百分點(diǎn)時(shí),滲透系數(shù) k大于 1×10-5cm/s,不滿(mǎn)足防滲要求,故要求 Wf＞W(wǎng) op-2%。

1.3 磽磧礫石土滲透穩(wěn)定性

圖1 磽磧礫石土級(jí)配曲線

現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)表明,磽磧礫石土的平均破壞坡降為 6.91～12.95,心墻料與反濾料的聯(lián)合抗?jié)B的破壞坡降 31.00～51.25,其滲透破壞型式為流土。

1.4 磽磧礫石土料的破碎率

據(jù)料場(chǎng)及輾壓試驗(yàn)資料,礫石土輾壓前的平均含礫量約為 53.32%,輾壓鋪土厚度為 40 cm,碾壓后平均含礫量為 34.27%,表明磽磧礫石土料有較高的破碎率,大大改良礫石土料的級(jí)配。

2 礫石土心墻的施工

2.1 心墻施工參數(shù)

礫石土防滲土料采用進(jìn)占法鋪筑,利用 20.4t(2005PDW型)振動(dòng)凸塊碾進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓,振動(dòng)碾行進(jìn)中速度為 2～3 km/h,碾壓帶重疊部分為30～50 cm,鋪土厚度為40 cm,碾壓遍數(shù)靜壓4遍+動(dòng)壓 16遍(單邊算一遍)的壓實(shí)參數(shù)。

2.2 心墻施工方法

根據(jù)心墻寬度均分鋪料區(qū)、碾壓區(qū)、待檢區(qū)、準(zhǔn)備區(qū),在每層填筑面上放出各區(qū)及防滲料與反濾料填區(qū)的分界線,并用石灰放線,作出明顯的標(biāo)記。

自卸汽車(chē)運(yùn)料至填筑工作面的前沿(離端點(diǎn)2～3 m處)卸料,采用進(jìn)占法鋪料,TY220(162kW)型推土機(jī)推料攤鋪,使倉(cāng)面基本平整,起伏高差不超過(guò) 5 cm,層厚采用標(biāo)尺控制,標(biāo)尺放在離卸料端前 2～4 m。礫石土料與基礎(chǔ)及兩側(cè)反濾料相接時(shí),確保材料界限分明,并做好接縫處的連接,避免層間產(chǎn)生過(guò)大的錯(cuò)動(dòng)或混雜現(xiàn)象,在斜面上的縱向接縫收成 1∶2的鋸齒狀斜坡。心墻本身鋪土面盡量平起,以免造成過(guò)多的接縫。由于施工需要進(jìn)行分區(qū)填筑時(shí),其橫向接縫坡度不得陡于 1∶3。

大面采用W 2005PD(20 t)自行式凸塊振動(dòng)碾碾壓,左右端與岸坡接頭處等局部邊角部位采用BW75S型手扶式振動(dòng)碾碾壓。禁止無(wú)振碾壓、欠碾和漏碾,工作面之間交接處進(jìn)行搭接碾壓,搭接寬度為 0.5m。振動(dòng)碾的行駛方向以及鋪料方向平行大壩軸線,大面碾壓采用錯(cuò)距法碾壓,前進(jìn)錯(cuò)距后退不錯(cuò)距,且在進(jìn)退方向上依次延伸至每個(gè)單元,保證連續(xù)施工。

2.3 特殊施工措施

2.3.1 雨雪季施工

壩上已填筑的礫石土,下雨之前,先用平碾將已填筑的防滲料壓成光面(以減小表面材料的吸水率),再用防水棚布將其覆蓋,同時(shí)加強(qiáng)周?chē)呐潘Ｒ褖簩?shí)的填筑層,恢復(fù)填筑前,先用反鏟清除表面不合格濕土,對(duì)于符合質(zhì)量要求的并對(duì)填筑面進(jìn)行刨毛后上料填筑。壩上未壓實(shí)的填筑層,恢復(fù)填筑前,先用反鏟鏟除表面不合格土料后,檢測(cè)含水量,待其合格后進(jìn)行翻松、平整、碾壓。

施工經(jīng)驗(yàn)表明,若日降雨量不大于 5mm,可不通過(guò)處理進(jìn)行施工。若日降雨量不大于 10 mm,可通過(guò)上述施工方法簡(jiǎn)易處理后進(jìn)行施工。若日降雨量大于 10 mm,將需要進(jìn)行必要的翻曬,礫石土施工對(duì)氣候的適應(yīng)性較強(qiáng)。

下雪前及時(shí)將已經(jīng)填好的料平整碾壓完畢。下雪后在壩體填筑前,采用推土機(jī)或人工將層面上泥水、積雪清除,繼續(xù)進(jìn)行填筑。夜間溫度降至0度以下時(shí),停止填筑,碾壓后采用蓬布覆蓋,防止結(jié)冰。

2.3.2 高溫多風(fēng)施工方法

磽磧水電站地處高海拔地區(qū),當(dāng)壩面土層表面干燥時(shí),在填筑土料層面(結(jié)合部位)采取灑水車(chē)灑水,加水量根據(jù)碾壓含水率要求控制,以水和壓縮空氣混合以霧狀噴出進(jìn)行處理。

2.4 心墻施工質(zhì)量控制

心墻接觸左右岸坡基巖及監(jiān)測(cè)廊道混凝土層表面處,鋪填高塑性粘土前清洗干凈,并涂刷一層厚 2～3mm的濃粘土漿。

心墻的每一填土層施工完畢后,在繼續(xù)鋪筑上層新土之前,對(duì)壓實(shí)層表面殘留的、被碾子凸塊翻松的半壓實(shí)土層進(jìn)行處理(包括含水量的調(diào)整),以免形成土層間結(jié)合不良的現(xiàn)象。壓實(shí)土體避免出現(xiàn)漏壓虛土層、干松土、彈簧土、剪力破壞和光面等不良影響現(xiàn)象。心墻本身鋪土面盡量平起,以免造成過(guò)多的接縫。在接合的坡面上,配合填筑的上升速度,將表面松土鏟除至已壓實(shí)合格的土層為止。坡面須經(jīng)刨毛處理,并使含水量控制在規(guī)定的范圍內(nèi),然后繼續(xù)鋪填新土進(jìn)行壓實(shí)。

2.5 試驗(yàn)檢測(cè)措施

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要為密度試驗(yàn)、原位滲透試驗(yàn)。密度試驗(yàn)采用挖坑灌水法,試坑直徑不小于壩料最大粒徑(150mm)的 3倍,試坑深度為碾壓層厚度(40 cm);原位滲透試驗(yàn)采用同心套環(huán)法,內(nèi)環(huán)直徑為 25 cm,外環(huán)直徑為 50 cm,并用精密水位測(cè)針測(cè)定水位變化量。

室內(nèi)試驗(yàn)主要為全料含水率試驗(yàn)、級(jí)配試驗(yàn),擊實(shí)試驗(yàn),液塑限試驗(yàn),比重試驗(yàn),粘粒含量試驗(yàn)。含水率試驗(yàn)用烘干法;級(jí)配試驗(yàn)用水洗后,＞0.075mm顆粒用篩析法,＜0.075mm顆粒用比重計(jì)法;擊實(shí)試驗(yàn)依照大于 5 mm含量不同并結(jié)合設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行配料,采用 862.5 kJ擊實(shí)功進(jìn)行試驗(yàn);液塑限試驗(yàn)采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)試;比重試驗(yàn) ＞5 mm顆粒采用浮稱(chēng)法,＜5 mm顆粒采用比重瓶法。從而得出級(jí)配、最大干密度、最優(yōu)含水量與大于 5 mm含量對(duì)應(yīng)關(guān)系、壓實(shí)度、滲透系數(shù)、液塑限、粘粒含量等成果。磽磧水電站心墻礫石土試驗(yàn)檢測(cè)成果見(jiàn)表 2。

表2 磽磧水電站心墻礫石土試驗(yàn)檢測(cè)成果

3 心墻運(yùn)行情況

3.1 心墻防滲情況

根據(jù) 2008年及 2009年最高庫(kù)水位運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,心墻的滲流梯度分別為 3.408、4.012,均小于心墻料的平均破壞坡降 6.91～12.95,或心墻料與反濾料的聯(lián)合抗?jié)B的破壞坡降31.00～51.25,心墻料滲流梯度滿(mǎn)足要求,不會(huì)出現(xiàn)滲透破壞。

3.2 心墻變形情況

心墻土體水平位移受庫(kù)水位影響,庫(kù)水位上升向下游方向位移,庫(kù)水位下降向上游方向位移。2124 m高程 IN1向下游位移量最大,為 86.40 mm。心墻左右岸坡的錯(cuò)動(dòng)量隨心墻土體沉降速率減小而趨于穩(wěn)定。左岸坡順坡向位錯(cuò)最大4.28mm(J3),右岸坡順坡向位錯(cuò)最大 8.04mm(J6)。

從壩體變形方面看,無(wú)論是從外部觀測(cè)還是內(nèi)部觀測(cè)所獲取的垂直位移及水平位移數(shù)值,依據(jù)同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)分析,均在常規(guī)的范圍之內(nèi),也與設(shè)計(jì)單位計(jì)算得出的變形分析數(shù)值接近。

3.3 心墻應(yīng)力應(yīng)變

根據(jù)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)成果,心墻上游面部位的豎向應(yīng)力大于相應(yīng)部位的庫(kù)水壓力,如 E5實(shí)測(cè)土壓力為 1.085MPa,此時(shí)埋設(shè)高程以上水頭 96.94m,折算成壓力為 0.950 MPa。心墻上游面不會(huì)發(fā)生水力劈裂。由于心墻上下游側(cè)過(guò)渡料、堆石料豎向位移相對(duì)心墻較小,心墻土體受到兩側(cè)摩擦力的影響,實(shí)測(cè)土壓力均小于其上部土層重。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)磽磧水電站礫石土心墻料施工方法簡(jiǎn)單,使用的機(jī)械、試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備普通,施工快捷,質(zhì)量易控制。

(2)作為土心墻,磽磧水電站的礫石土展現(xiàn)了良好的氣候適應(yīng)性。在日降雨量小于 5 mm情況下可持續(xù)施工、不大于 10mm時(shí)簡(jiǎn)單處理即可施工、在 0°以上可正常施工。

(3)在礫石土心墻施工過(guò)程中,通過(guò)直接采用大型振動(dòng)凸塊碾,有效的提高了礫石破碎率,優(yōu)化了礫石土料的物料特性,使礫石土料的礫石含量范圍增大,增加了料場(chǎng)的利用率,減少了棄料的開(kāi)采,同時(shí)也改善了設(shè)計(jì)指標(biāo),平均壓實(shí)系數(shù)超過(guò)100%。

(4)在礫石土心墻與河床監(jiān)測(cè)廊道及兩岸貼坡混凝土部位采用高塑粘土進(jìn)行銜接,發(fā)揮了礫石土與粘土的雙重特性,協(xié)調(diào)了礫石土產(chǎn)生的變形。

(5)磽磧水電站大壩經(jīng)過(guò)了近三年的運(yùn)行及“5·12”汶川大地震的考驗(yàn),至今礫石土心墻的滲透、變形、應(yīng)力應(yīng)變等指標(biāo)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)之內(nèi),并趨向于收斂,能確保安全、正常運(yùn)行。

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