孫紅雨,孫裔發(fā)
(湖北省宜昌市鼎誠(chéng)技術(shù)服務(wù)有限公司,湖北 宜昌,443002)
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孫紅雨,孫裔發(fā)
(湖北省宜昌市鼎誠(chéng)技術(shù)服務(wù)有限公司,湖北 宜昌,443002)
本文以青海黃河瑪爾擋水電站前期所做的變形模量試驗(yàn)為背景,以現(xiàn)場(chǎng)模擬的形式,闡述了在無(wú)側(cè)限壓力下的地基沉降情況,為以后的施工及試驗(yàn)提供相應(yīng)的參考。
混凝土面板堆石壩 變形模量 地基沉降 無(wú)側(cè)限壓力 瑪爾擋水電站
青海黃河瑪爾擋水電站工程建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸一條泄洪洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下廠房等組成。混凝土面板堆石壩,壩頂高程3283.00m,最大壩高211m,壩頂寬12m,上游壩坡1∶1.4,下游壩坡1∶1.4~1∶1.5,綜合坡比1∶1.61。壩頂長(zhǎng)359.8m,趾板建基面座落于弱風(fēng)化基巖上,河床趾板建基高程3072.00m,壩體最大底寬630.0m,壩體填筑總量為1055.0萬(wàn)m3。堆石壩填筑包括:二長(zhǎng)巖、砂巖填筑以及兩種壩料通過(guò)不同的比例摻配組成的壩料填筑。為檢驗(yàn)狹窄河谷高面板壩變形控制措施的可行性及可靠性,論證壩料設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性,在取得壩體填筑料的碾壓參數(shù)后進(jìn)行相應(yīng)的原位變形模量試驗(yàn)。
2.1 碾壓試驗(yàn)壩料及級(jí)配
碾壓試驗(yàn)壩料主要選用右岸壩肩3283.00m高程以上開(kāi)挖的爆破料(堆放在阿讓臺(tái)平臺(tái))、樞紐區(qū)左右岸壩肩3283.00m~3247.00m高程、右岸溢洪道3283.00m~3247.00m高程及右岸地下廠房電站進(jìn)水口3283.00m~3247.00m高程爆破開(kāi)挖的爆破料。所有爆破料進(jìn)入碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地前,均進(jìn)行篩分試驗(yàn),確保滿(mǎn)足設(shè)計(jì)級(jí)配要求。
2.2 各種壩料種類(lèi)及填筑標(biāo)準(zhǔn)
各種料擬采用的填筑標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
表1 壩料填筑標(biāo)準(zhǔn)
3.1 填筑料材質(zhì)試驗(yàn)
填筑料材質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果表明:砂巖干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度85.8MPa~169.0MPa,平均143.5MPa;飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度53.2MPa~148.4MPa,平均128.7MPa;軟化系數(shù)在0.57~0.92之間,平均0.90。二長(zhǎng)巖干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度77.2MPa~143.3MPa,平均104.3MPa;飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度41.5MPa~89.9MPa,平均65.6MPa;軟化系數(shù)在0.52~0.73之間,平均0.63。
3.2 填筑料顆粒級(jí)配試驗(yàn)成果
本次試驗(yàn)引用的標(biāo)準(zhǔn)為《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T 5129-2001、《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T 5016-2011和《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5356-2006。碾壓試驗(yàn)所用砂巖主要為堆放在阿讓臺(tái)平臺(tái)上的砂巖,碾壓試驗(yàn)前,從阿讓臺(tái)砂巖料堆選取有代表性的6個(gè)部位分別取樣,混合后進(jìn)行全料篩分試驗(yàn),驗(yàn)證填筑料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)級(jí)配要求;二長(zhǎng)巖主要是溢洪道進(jìn)出口爆破料,爆破篩分合格后堆放在碾壓試驗(yàn)場(chǎng)的備料區(qū)。
從全料篩分顆粒級(jí)配曲線(xiàn)看,砂巖不均勻系數(shù)偏小,級(jí)配曲線(xiàn)不順滑,出現(xiàn)拐點(diǎn),即存在某粒級(jí)段顆粒含量偏小或偏大,但總體在設(shè)計(jì)包絡(luò)線(xiàn)范圍內(nèi)。
3.3 級(jí)配及密度試驗(yàn)成果
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取樣檢測(cè)成果可知,筑壩料試驗(yàn)前P5含量(大于5mm顆粒含量)的值為91.9%,筑壩料試驗(yàn)前<20mm顆粒含量為19.4%,從密度試驗(yàn)成果來(lái)看,試驗(yàn)前干密度變化范圍值為2.24g/cm3~2.27g/cm3,平均值為2.26g/cm3,通過(guò)以上試驗(yàn)成果可以看出,筑壩料各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,密度均勻性較好,在此基礎(chǔ)上,可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位變形模量試驗(yàn)。
4.1 試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備
(1)承壓板:采用具有足夠剛度的剛性圓形板。承壓板直徑與筑壩料粒徑之比不小于1∶3,選擇承壓板直徑150cm,筑壩料最大粒徑為50cm。
(2)加荷及反力裝置:包括壓力源、載荷梁架。設(shè)計(jì)最大荷載900t,采用堆載作為反力,由3個(gè)500t的液壓千斤頂并聯(lián)接入油壓泵分級(jí)施壓,油壓千斤頂具有雙向調(diào)節(jié)功能,其出力相對(duì)誤差不大于5%。
(3)液壓穩(wěn)定控制系統(tǒng):采用武漢中巖科技有限公司研制的RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng),包括RSM-JCⅢ靜荷載測(cè)試儀、RSM-JC數(shù)控盒和手提電腦。RSM-TC數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有自動(dòng)加載、自動(dòng)卸載、自動(dòng)讀數(shù)、自動(dòng)穩(wěn)壓、自動(dòng)校驗(yàn)、斷點(diǎn)續(xù)傳,保證上傳數(shù)據(jù)完整性。
(4)沉降觀測(cè)裝置:沉降觀測(cè)采用量程50mm,精度0.001mm位移傳感器,傳感器通過(guò)儀器可實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳,即量程可進(jìn)行調(diào)整,并通過(guò)RSM-TC數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)連接電腦自動(dòng)采集,位移傳感器采用磁性表架固定,組合牢固穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便。
4.2 試驗(yàn)方法
壩體筑壩料現(xiàn)場(chǎng)變形模量試驗(yàn)采用平板載荷試驗(yàn)方法,即通過(guò)承壓板向回填的筑壩料逐級(jí)施加荷載,觀測(cè)筑壩料荷載壓力和變形的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)筑壩料最大粒徑選用50cm(剔除大于50cm的壩料),根據(jù)填筑料粒徑與承壓板直徑之比不小于3∶1要求,此次試驗(yàn)承壓板直徑選取d=150cm,承壓面積為17662.5cm2。本次載荷分10級(jí)施加,按相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求(最大法向壓力5MPa),最大加載量為900t,第一級(jí)可按兩倍荷載進(jìn)行加載,即為180t,然后逐級(jí)往上加載,加荷方法采用沉降相對(duì)穩(wěn)定法。
4.3 測(cè)點(diǎn)沉降量觀測(cè)及變形模量成果
此次靜載試驗(yàn)共進(jìn)行3個(gè)點(diǎn)的平行試驗(yàn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果,筑壩料的最大承載力為630t,即其法向應(yīng)力為3.6MPa。
4.4 原位變形模量試驗(yàn)成果分析
此次現(xiàn)場(chǎng)原位變形模量試驗(yàn)采用淺層平板載荷試驗(yàn)方法,試驗(yàn)成果在一定程度下只能反映承壓板下深度約為2倍承壓板直徑范圍內(nèi)筑壩料的綜合變形性能。
(1)試點(diǎn)1從變形模量試驗(yàn)整體成果來(lái)看,隨著試驗(yàn)壓力的增大,變形模量值逐漸增大,變形模量在155MPa~220MPa之間,力值超過(guò)4500kN,即法向應(yīng)力達(dá)到2.5MPa后,沉降率增大,變形模量值減小,其主要原因?yàn)樵圏c(diǎn)范圍內(nèi)巖石接觸應(yīng)力增大,造成筑壩料顆粒破碎或側(cè)向擠出,開(kāi)始出現(xiàn)試點(diǎn)周?chē)∑瓞F(xiàn)象。
(2)試點(diǎn)2在法向應(yīng)力達(dá)到3.0MPa后,沉降率急劇增大,其主要原因是承載板下存在較大塊石,隨著荷載的增大,大塊石被破壞,承載板急劇下沉,試驗(yàn)壓力無(wú)法維持穩(wěn)定,試驗(yàn)點(diǎn)周?chē)杆俾∑?,并出現(xiàn)裂縫,碾壓體結(jié)構(gòu)被破壞。
(3)試點(diǎn)3變形模量試驗(yàn)成果表明,力值在3600kN,即法向應(yīng)力2.0MPa之前,隨著試驗(yàn)壓力的增大,變形模量值迅速增大,力值在3600kN時(shí),變形模量達(dá)到最大值,為473.12MPa,其主要原因?yàn)槌休d板正下方有大粒徑塊石,試驗(yàn)時(shí)隨著荷載增大,塊石接觸應(yīng)力增大被側(cè)向擠出,使承壓板周?chē)霈F(xiàn)裂縫。通過(guò)挖坑取樣可以看出,試坑內(nèi)有兩個(gè)大的巖石相互交疊在一起。力值超過(guò)5400kN,即法向應(yīng)力3.0MPa后,隨著力值增大,大粒徑塊石被側(cè)向擠出,使承壓板周?chē)霈F(xiàn)裂縫,
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