長河壩水電站壩體礫石土心墻料摻拌試驗探討

楊永林，楊玉銀

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066)

1 工程概況

長河壩水電站位于甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站，大壩壩型為礫石土心墻堆石壩，心墻頂寬6 m，上、下游坡度均為1∶0.25，心墻底寬為125.7 m，最大壩高240 m，為目前國內在建的最高礫石土心墻堆石壩。壩體總填筑方量3417萬m3，其中心墻礫石土填筑方量約428萬m3。

湯壩土料場是長河壩水電站心墻土料的主要供料場，位于壩區上游金湯河左岸與湯壩溝之間的邊坡上，距壩址約22 km。該料場地層自上而下、沿金湯河自上游向下游顆粒有逐漸變粗的趨勢，土料質量分布不均勻。料場總面積約49萬m2，有用層厚度為1.1～18.78 m，平均厚10.82 m，總儲量為464.2萬m3。根據揭示土料性質的不同，分為直接開采上壩區、細料區、粗料區、棄料區四大區域。細料區位于料場下游側中上部，開采平均厚度為7 m，采區面積86000 m2，儲量為60萬m3，無超徑石，細料集中區域粒徑大于5 mm 的土料含量占12%～32%，在沖溝溝口部位粒徑大于5 mm 的土料含量占42%～50%。粗料區位于料場上游側中上部，表層為可直接開采上壩的土料;下部土料粒徑大于5 mm 的土料含量占50%～70%，平均厚度為7 m，儲量為46萬m3，含少量超徑石。

2 土料摻拌試驗的提出

湯壩土料場經前期現場查勘得知料場料源分布復雜，存在大量粒徑偏大料和粒徑偏小料，導致其無法直接投入料場使用。為提高土料利用率，需要將粗土料、細土料按一定比例重新摻配，以使土料指標滿足設計要求。

3 試驗的目的

(1)根據試驗成果，確定最優粗、細料摻拌比例，取得滿足設計要求的摻拌混合料。

(2)根據試驗結果確定粗、細土料的鋪料厚度。

(3)提高土料的利用率，減少開挖棄料，降低施工成本。

(4)為長河壩水電站其它料場超標礫石料提供參考摻配數據。

4 摻拌試驗

4.1 心墻礫石土指標要求

用于心墻防滲料的礫石土應符合以下條件:

(1)填筑料最大粒徑不大于200 mm 或鋪土厚度的2/3。

(2)粒徑大于5 mm 的顆粒含量不超過50%、不低于20%;粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量應大于15%;粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量應大于5%。

(3)心墻防滲土料的塑限指數宜大于8，小于15。

(4)湯壩心墻防滲土料全料填筑含水率應為Wo-1%≤W≤Wo+3%。

4.2 試驗土料情況

本次試驗選取湯壩料場上游中部原9#探坑部位粒徑大于5 mm 的粗土料，含量72%左右;料場下游頂部粒徑大于5 mm 的細土料，含量15%左右。現場已查明超標粗土料儲量在3～5萬m3左右，超標細土料在5～7萬m3左右，兩種土料摻拌可增加土料開采、利用8～12萬m3。

4.3 摻拌前土料級配

摻拌試驗前，對超標粗、細土料進行了取樣檢測，平均檢測結果見表1。

表1 摻拌試驗前粗、細料顆粒分析檢測結果表

從表1可以看出，粗土料無超徑石，粒徑大于5 mm 的顆粒含量為72.9%，粒徑小于0.075 mm的顆粒含量為12.6%，粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量為2.5%;粒徑大于5 mm 的顆粒含量偏大，粒徑小于0.075 mm 的粉粒含量滿足要求，粒徑小于0.005 mm 的粘粒含量不滿足技術指標要求。

細土料無超徑石，粒徑大于5 mm 的顆粒含量為23.7%，粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量為48.7%，粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量為10%;粒徑大于5 mm 的顆粒含量偏小，粒徑小于0.075 mm 的粉粒含量和粒徑小于0.005 mm 的粘粒含量均滿足礫石土心墻料的技術指標要求。

在粗、細料摻拌前，現場對土料干密度進行了檢測，粗料實測干密度為1.86 g/cm3，細料實測干密度為1.37g/cm3。

4.4 摻拌比例的選取

根據摻拌前對土料場粗、細料取樣獲得的天然級配及實測干密度，結合粒徑大于5 mm 的土料設計包絡線，初步擬定粗、細料摻拌比例(重量比)為1∶1、1∶1.5、1∶2三種。

4.5 摻拌方法

(1)土料開采裝運。

裝車前，試驗人員需對取料點粒徑大于5 mm的土料含量進行檢測。由于粗料中超徑石含量較多，粗料在料場裝運過程中先將鏟斗距離地面4～5 m，然后將土料倒下，多次反復使超徑石充分分離后再進行裝運。運輸采用20 t 自卸汽車運料。運輸過程中，采用彩條布對土料進行保護，避免了含水率損失或增加。

(2)料的攤鋪。

土料運輸至摻拌場地后，按照先粗后細的順序進行鋪料(共2層)，由專人指揮卸料，鋪料過程中用鋼卷尺時刻對鋪料厚度進行檢測，用ZL50裝載機粗平，人工配合反鏟進行精平。在精平過程中，人工剔除超徑石。試驗人員完成對粗料的取樣檢測后，在粗料上部鋪細料。

(3)土料摻拌。

按設計厚度將土料分層攤鋪后，使用ZXL-450反鏟進行立面摻拌，摻拌時按設計鋪土厚度將兩種不同土料一次摻和，用反鏟在摻拌場原地倒運反復摻拌4次以上，然后將其倒入堆料區。根據現場情況，每次摻和范圍寬度為3～6 m，長度為2～4 m。摻拌過程中，超徑石自然分離至料堆底部邊緣，由人工配合機械剔除。在摻拌過程中，為了防止粗料分離，鏟斗離摻拌料垂直高度不應過高。

(4)超徑石剔除及試驗取樣。

粗、細料摻拌完成后，人工對現場超徑石進行剔除。然后由試驗人員對每個區域進行5組顆粒級配檢測。

(5)防雨及防曬。

①摻礫石土料主要在旱季進行。

②摻拌場每一個備料倉完成備料后應鋪設塑料薄膜，防止降雨時土料被雨水沖刷和污染，同時亦可防止土料曝曬，水分散失。

③摻礫石土料的料倉表面應形成不小于2%的坡度，以便雨水排泄暢通，防止表面積水過多。

4.6 試驗的具體要求

(1)確保粗、細料鋪土厚度滿足設計厚度。

(2)確保土料進行反復4次以上的摻拌，使土料整體均勻，人工配合機械剔除摻拌過程中自然分離至料堆底部的超徑石。

所得到的仿真模型圖包括：BOOST電路，電壓控制環路和一個串聯電源擾動電路，一個串聯電阻擾動，一個并聯電阻擾動。具體設計如圖6所示。

(3)摻拌試驗過程中對各項檢測數據指標需及時檢測并按實際檢測數據調整相關的施工參數。

(4)試驗采取的施工工藝應盡可能與施工保持一致。

5 摻拌后的土料級配分析

5.1 摻拌后的土料級配情況

摻拌完成后，對每種摻拌料進行了顆粒分析試驗，其摻拌前后顆粒級配情況見表2。

5.2 摻拌后土料級配曲線與設計級配曲線的對比

摻拌后土料級配曲線與設計級配曲線的對比見圖1。

5.3 摻拌后的主要技術指標

表2 摻拌后土料顆粒分析檢測結果表

圖1 摻拌后的土料級配曲線與設計級配曲線對比圖

根據表2，將粗料粒徑大于5 mm 的土料含量為72.9%、細料中粒徑大于5 mm 的土料含量為23.7%的兩種土料按上述比例摻拌后，其主要技術指標見表3。

表3 按比例摻拌后的土料主要技術指標表 /%

5.4 摻配比例的確定

心墻礫石土要求粒徑大于5 mm 的顆粒含量不超過50%、不低于20%;粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量應大于15%;粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量應大于5%。從表3的試驗結果可以看出:三種摻配比例試驗結果均滿足設計要求;從圖1中摻拌后的土料級配曲線與設計級配曲線對比情況可以看出:重量比為1∶1時的級配曲線最接近設計平均級配曲線，故選定摻配比例為1∶1。

5.5 確定鋪層厚度

摻拌料粗、細料的鋪層厚度根據便于控制鋪料厚度和便于摻拌的原則確定。粗料鋪層厚度根據以往經驗，以40～70 cm 為宜。本工程粗料鋪層厚度取0.7 m，

式中 h細為細料鋪料厚度，cm ;h粗為粗料鋪料厚度cm;γ粗為粗料松鋪實測干密度，g/cm3;γ細為粗料松鋪實測干密度，g/cm3;n 為細料與粗料的摻拌重量比。

h細=70×(1.86/1.37)×1=95.2(cm)，取細土料攤鋪厚度h細=100 cm。考慮到摻拌混合料粒徑小于0.005 mm 的顆粒含量偏小(略接近設計最小值)，實際摻拌時粗土料鋪料厚度可按0.5～0.7 m、細土料鋪料厚度可按1～1.2 m 進行控制。

6 試驗成果應用情況

該項試驗工作已于2012年11月初完成，試驗成果已經通過業主、設計、監理審批。目前長河壩項目正在按照試驗確定的粗料厚度0.5～0.7 m、細料厚度1～1.2 m 進行備料。但應注意在備料過程中根據開采區粗、細土料級配變化及摻拌料取樣級配試驗結果及時進行調整。

7 結語

通過湯壩土料場粗、細料摻拌試驗，取得了滿足設計要求的摻拌混合料及最優摻拌配比，確定了合理的摻拌粗、細土料鋪料厚度，大大提高了土料開挖的利用率，減少了開挖棄料，降低了施工成本，為電站其它料場超標骨料摻配提供了參考經驗。

［1］康世榮，陳東山.水利水電施工組織設計手冊(2)施工技術［M］.北京:水利電力出版社，1990.