戴益華，李錫林

（1.華能瀾滄江水電有限公司糯扎渡水電工程建設(shè)管理局，云南 普洱 665005；2.中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650051）

1 研究?jī)?nèi)容

糯扎渡水電站是瀾滄江中下游河段梯級(jí)規(guī)劃的第五級(jí)，屬一等大 （1）型工程。擋水建筑物為心墻堆石壩，最大壩高為261.5 m。防滲心墻土料采用由土料場(chǎng)開采的混合土料摻入人工碎石組成的摻礫土料，混合土料允許最大粒徑150 mm，摻礫用碎石最大粒徑120 mm，摻礫量按35%控制。設(shè)計(jì)要求心墻防滲土料全料壓實(shí)度按修正普氏2 690 kJ/m3擊實(shí)功能應(yīng)達(dá)到95%以上。在國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模采用人工摻礫技術(shù)，無規(guī)范及成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。因此，對(duì)以下關(guān)系工程質(zhì)量評(píng)價(jià)及進(jìn)度方面的內(nèi)容進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)研究：

（1）摻礫土料的擊實(shí)特性。糯扎渡大壩心墻摻礫土料最大粒徑為150 mm，為全面了解其擊實(shí)特性，研制了直徑為600 mm超大型擊實(shí)儀對(duì)摻礫土料進(jìn)行原級(jí)配全料擊實(shí)試驗(yàn)研究；同時(shí)采用直徑300 mm大型擊實(shí)儀、直徑152 mm小型擊實(shí)儀分別對(duì)摻礫土替代法全料及小于20 mm細(xì)料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，比較摻礫土替代法全料與原級(jí)配全料擊實(shí)特性的差異，掌握摻礫土細(xì)料的擊實(shí)特性。

（2）心墻壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)方法。壓實(shí)度檢測(cè)包括擊實(shí)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)密度試驗(yàn)兩個(gè)過程。由于料場(chǎng)混合土料及摻礫碎石含量的變化，摻礫土最大干密度和最優(yōu)含水率有相當(dāng)大的變化范圍。為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)摻礫土壓實(shí)質(zhì)量，可以通過對(duì)全料進(jìn)行三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)得到全料壓實(shí)度，但該方法存在檢測(cè)效率低的問題，實(shí)際難以操作。若考慮某一料倉的混合土經(jīng)開采、摻拌、鋪料等工序后已基本均勻，則影響摻礫土料最大干密度的主要因素是礫石含量，因此只要確定某一施工時(shí)段內(nèi)摻礫土料最大干密度與礫石含量的關(guān)系曲線 （預(yù)控線），便可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)干密度及礫石含量計(jì)算全料壓實(shí)度。此外，對(duì)礫石土采用細(xì)料壓實(shí)度進(jìn)行質(zhì)量控制也是國(guó)內(nèi)外常用的一種方法。目前國(guó)內(nèi)對(duì)礫質(zhì)土一般以5 mm作為粗細(xì)料的分級(jí)粒徑，但實(shí)際檢測(cè)時(shí)因5 mm以下顆粒不易過篩，因此難以及時(shí)得到5 mm以下細(xì)料密度，而對(duì)摻礫土料以20 mm為粗細(xì)分級(jí)粒徑則可解決細(xì)料的過篩問題。為確定20 mm以下細(xì)料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)摻礫土全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究。

2 摻礫土擊實(shí)特性研究

2.1 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)主要依據(jù)DL/T 5355—2006《水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程》及DL/T 5356—2006《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。但擊實(shí)筒直徑為152 mm，擊實(shí)功能為595 kJ/m3的小型擊實(shí)試驗(yàn)，水工規(guī)范及國(guó)標(biāo)對(duì)最大粒徑20 mm土料均未規(guī)定相應(yīng)參數(shù)；擊實(shí)筒直徑為600 mm的超大型擊實(shí)試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)目前尚無應(yīng)用，故小型和超大型擊實(shí)試驗(yàn)根據(jù)擊實(shí)功能及儀器規(guī)格經(jīng)計(jì)算得出擊實(shí)參數(shù)。試驗(yàn)參數(shù)見表1。對(duì)兩組混合土分別以全料摻礫量為0、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 擊實(shí)特性研究成果

最大干密度、最優(yōu)含水率、擊實(shí)后P20（全料擊后粒徑大于20 mm顆粒）含量與摻礫量關(guān)系曲線見圖1、 2。

圖1 最大干密度與摻礫量關(guān)系曲線

從圖1、2可知：

（1）超大型及大型擊實(shí)時(shí)，摻礫土P20含量隨摻礫量增加而大致呈拋物線增加，由于擊實(shí)功能的增加，相同摻礫量下2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下的P20含量小于595 kJ/m3擊實(shí)功能的。

（2）在2 690、595 kJ/m3擊實(shí)功能下，超大型、大型擊實(shí)試驗(yàn)摻礫土全料最大干密度隨摻礫量的增加而呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，且峰值均出現(xiàn)在摻礫量為70%～80%附近；小型擊實(shí)試驗(yàn)摻礫土細(xì)料最大干密度則隨著摻礫量的增加而持續(xù)增加，沒有明顯峰值。

（3）超大型、大型及小型擊實(shí)試驗(yàn)所得最優(yōu)含水率均隨摻礫量的增加而降低。在相同擊實(shí)功能下，超大型和大型擊實(shí)試驗(yàn)最優(yōu)含水率略有差別，但差別不大。

表1 擊實(shí)試驗(yàn)參數(shù)

圖2 最優(yōu)含水率、P20含量與摻礫量關(guān)系曲線

（4）2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下，當(dāng)摻礫量小于30%時(shí)，超大型擊實(shí)最大干密度小于大型擊實(shí)最大干密度；當(dāng)摻礫量為40%～50%時(shí)，超大型擊實(shí)最大干密度與大型擊實(shí)最大干密度差異不大；當(dāng)摻礫量大于60%時(shí)，超大型擊實(shí)最大干密度大于大型擊實(shí)最大干密度。595 kJ/m3擊實(shí)功能下，當(dāng)摻礫量小于30%時(shí)，超大型擊實(shí)最大干密度與大型擊實(shí)差異不明顯；當(dāng)摻礫量大于40%時(shí)，超大型擊實(shí)最大干密度大于大型擊實(shí)最大干密度。相同擊實(shí)功能下隨摻礫量增加，替代法全料的骨架效應(yīng)大于原級(jí)配全料的骨架效應(yīng)，因此超大型擊實(shí)最大干密度與大型擊實(shí)最大干密度的差值增大。

（5）當(dāng)摻礫量小于30%時(shí)，粗顆粒在土中基本處于懸浮狀態(tài)，此時(shí)摻礫土的最大干密度主要取決于混合土擊實(shí)效果。595 kJ/m3擊實(shí)功能下，三種擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度及最優(yōu)含水率相差不大；而在2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下，則略有差異，初步分析是高擊實(shí)功能下尺寸效應(yīng)更為明顯所致。

3 全料壓實(shí)度預(yù)控線法研究

3.1 試驗(yàn)方法

摻礫土擊實(shí)特性研究表明，2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下，當(dāng)摻礫量小于50%時(shí)，大型擊實(shí) （替代法全料）最大干密度總體略大于超大型擊實(shí) （原級(jí)配全料）最大干密度，因此結(jié)合設(shè)計(jì)要求，用大型擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)控線法研究，同時(shí)進(jìn)行了部分小型及超大型擊實(shí)復(fù)核對(duì)比試驗(yàn)。主要步驟如下：

（1）選4個(gè)備料倉，每個(gè)備料倉按開采方向分3個(gè)區(qū)，各區(qū)每一層混合土料按15 m×15 m網(wǎng)格布點(diǎn)取樣充分拌和均勻，按摻礫量0、20%、30%、40%、50%，擊實(shí)功能2 690 kJ/m3進(jìn)行大型擊實(shí)試驗(yàn)，得出P20含量及對(duì)應(yīng)的全料最大干密度。如此重復(fù)3個(gè)區(qū)的擊實(shí)試驗(yàn)，取3組試驗(yàn)結(jié)果的平均值繪制P20含量與全料最大干密度曲線 （預(yù)控線），作為該倉摻礫土料質(zhì)量控制依據(jù)。

（2）每一備料倉的摻礫土料，在碾壓前取全料進(jìn)行3組 （分別對(duì)應(yīng)備料倉每1分區(qū)）五點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)，復(fù)核預(yù)控線全料最大干密度的有效性。

（3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)每一備料倉中的摻礫土料，得到填筑密度、含水率、P20含量，根據(jù)P20含量查預(yù)控線得到全料最大干密度，進(jìn)而求得全料壓實(shí)度。

3.2 試驗(yàn)成果

相同摻礫量下，同倉土料全料最大干密度存在一定差異。4個(gè)備料倉預(yù)控線最大干密度與現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核最大干密度差值在-0.04～0.02 g/cm3之間。考慮最大干密度真值為2.09 g/cm3、壓實(shí)度真值為95%時(shí)，預(yù)控線全料壓實(shí)度最大誤差約為1.8%。綜合4個(gè)試驗(yàn)倉的取樣試驗(yàn)結(jié)果，通過預(yù)控線法得到的全料壓實(shí)度合格率為95.1%，最小值為93.6%，大于設(shè)計(jì)壓實(shí)度的98%，滿足規(guī)范要求。

混合土經(jīng)開采、摻拌、鋪料等多道工序混合后，其土性已基本均勻，同時(shí)預(yù)控線法采用3個(gè)土樣最大干密度的平均值，從方法上進(jìn)一步減小壓實(shí)度的計(jì)算誤差，其檢測(cè)的壓實(shí)度一定程度上能夠反映土料性質(zhì)的變化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)摻礫土總體壓實(shí)質(zhì)量的控制。另外，預(yù)控線法縮短了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間，可以與現(xiàn)場(chǎng)快速施工相適應(yīng)，得到的全料壓實(shí)度直接與設(shè)計(jì)指標(biāo)匹配，但該方法事前需進(jìn)行一系列大型擊實(shí)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)需快速檢測(cè)摻礫土含水率，其準(zhǔn)確性主要依賴于混合土的均勻程度。

4 細(xì)料壓實(shí)度控制研究

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

在研究摻礫土擊實(shí)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)5組代表性混合土料進(jìn)行了全料摻礫量為0、20%、30%、40%、50%、60%、100%時(shí)，2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下的替代法全料大型擊實(shí)試驗(yàn)及相應(yīng)2 690 kJ/m3及595 kJ/m3擊實(shí)功能下的小于20 mm細(xì)料的小型擊實(shí)試驗(yàn)，以進(jìn)一步了解摻礫土細(xì)料干密度及細(xì)料壓實(shí)度的變化規(guī)律。

4.2 試驗(yàn)成果

與一般風(fēng)化礫質(zhì)土不同，摻礫土細(xì)料部分含有風(fēng)化混合土及摻礫碎石兩種性質(zhì)差異很大的土料，在粗料未成骨架時(shí)細(xì)料干密度隨摻礫量或P20含量變化而變化，并與全料最大干密度均表現(xiàn)出存在峰值的特點(diǎn)。

雖然摻礫土細(xì)料干密度及細(xì)料最大干密度隨粗粒含量的變化與一般礫石土有所差異，但細(xì)料壓實(shí)度的變化與一般礫石土是類似的。對(duì)于大型擊實(shí)試驗(yàn)，2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下，當(dāng)P20含量小于35%時(shí) （摻礫量約50%），由于細(xì)料干密度及細(xì)料最大干密度增加趨勢(shì)基本一致，細(xì)料壓實(shí)度隨摻礫量增加降低幅度較小。P20含量進(jìn)一步增加后，細(xì)料最大干密度仍在增加，而摻礫土細(xì)料干密度已出現(xiàn)明顯下降，因此壓實(shí)度顯著降低。

各組混合土料性能雖有較大差異，但其對(duì)細(xì)料壓實(shí)度影響相對(duì)較小，P20含量在15%～35% （對(duì)應(yīng)摻礫量約為20%～50%）時(shí)，相同P20含量下各組摻礫土細(xì)料壓實(shí)度差異較小，從而以細(xì)料三點(diǎn)擊實(shí)法進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)作為摻礫土填筑日常質(zhì)量控制的方法是可行的。由于細(xì)料在595 kJ/m3擊實(shí)功能工作量小，最優(yōu)含水率與料場(chǎng)基本接近并適合現(xiàn)場(chǎng)摻礫土碾壓，因此細(xì)料擊實(shí)功能宜選用595 kJ/m3。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得出，相同P20含量下，當(dāng)全料壓實(shí)度為95%時(shí)，若以5組細(xì)料壓實(shí)度 （595 kJ/m3擊實(shí)功能）平均值代表該P(yáng)20含量的細(xì)料壓實(shí)度，對(duì)應(yīng)全料壓實(shí)度的最大誤差約為1.4%。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)填筑質(zhì)量檢測(cè)

根據(jù)以上研究成果，確定糯扎渡工程摻礫土填筑質(zhì)量日常控制標(biāo)準(zhǔn)為：小于20 mm細(xì)料595 kJ/m3擊實(shí)功能下壓實(shí)度應(yīng)大于98%，最小值不低于96%，細(xì)料壓實(shí)度98%標(biāo)準(zhǔn)合格率大于90%，細(xì)料壓實(shí)度檢測(cè)方法采用三點(diǎn)擊實(shí)法。同時(shí)每周進(jìn)行全料2 690 kJ/m3功能大型擊實(shí)壓實(shí)度復(fù)核檢測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明：摻礫土細(xì)料壓實(shí)度均大于96%，98%標(biāo)準(zhǔn)合格率為96.1%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.76%，復(fù)核全料壓實(shí)度除1組略小于95%外，其余均大于95%。摻礫土壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié)論

（1）糯扎渡工程通過對(duì)摻礫土擊實(shí)特性、全料預(yù)控線法、細(xì)料壓實(shí)度法的研究，全面掌握了摻礫土的擊實(shí)特性。國(guó)內(nèi)首次對(duì)超大粒徑摻礫土料進(jìn)行全料擊實(shí)試驗(yàn)，首次以20 mm粒徑為粗細(xì)料分級(jí)粒徑對(duì)摻礫土料進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究成果有效指導(dǎo)了工程設(shè)計(jì)與施工，可供其他工程參考借鑒。

（2）全料預(yù)控線檢測(cè)方法有效降低現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間，在土料經(jīng)各工序混合比較均勻的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)摻礫土總體壓實(shí)質(zhì)量的控制。

（3）細(xì)料壓實(shí)度在較大程度上反映了摻礫土的滲透及力學(xué)性能。當(dāng)摻礫量在20%～50%時(shí)，不同混合土相同P20含量下?lián)降[土全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即全料2 690 kJ/m3擊實(shí)功能下，壓實(shí)度為95%時(shí)的土料細(xì)料密實(shí)度與細(xì)料595 kJ/m3擊實(shí)功能下，壓實(shí)度為98%時(shí)相當(dāng)。摻礫土采用595 kJ/m3功能細(xì)料三點(diǎn)擊實(shí)進(jìn)行質(zhì)量控制，可減少檢測(cè)時(shí)間、降低工作強(qiáng)度，提高工作效率，同時(shí)結(jié)果與試坑土料相對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)確度也明顯提高。該方法在糯扎渡工程的成功應(yīng)用為同類工程提供了較好的借鑒。

（4）由于摻礫土細(xì)料壓實(shí)度與摻礫碎石級(jí)配及P20含量密切相關(guān)，采用細(xì)料壓實(shí)度控制時(shí)，摻礫碎石級(jí)配、混合土超徑含量及摻礫土級(jí)配的控制顯得更為重要。

［1］ 中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.心墻堆石壩摻礫土料填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及填筑質(zhì)量檢測(cè)方法研究報(bào)告［R］.昆明：中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.

［2］ 糯扎渡水電工程建設(shè)管理局.糯扎渡水電站樞紐蓄水安全鑒定工程建設(shè)報(bào)告［R］.普洱：糯扎渡水電工程建設(shè)管理局，2011.

［3］ 中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.糯扎渡水電站招標(biāo)設(shè)計(jì)階段心墻防滲料碾壓試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.昆明：中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.

［4］ 雷澤宏.瀑布溝水電站心墻防滲料工程性質(zhì)研究［J］.四川水力力電， 1994（12）.

［5］ 楊蔭華.土石料壓實(shí)和質(zhì)量控制［M］.北京：水利電力出版社，1992.

［6］ 郭慶國(guó).粗粒土的工程特性及應(yīng)用［M］.鄭州：黃河水利出版社，1998.