黏性礫質土防滲料壓實質量檢測控制方法探討

李建國，李小泉，陳定賢

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

土石壩由于其對地基條件良好的適應性、能就地取材和充分利用建筑物開挖料、造價較低等優點，成為世界各國廣泛采用的壩型，尤其隨著筑壩技術及施工機械的發展，防滲土料的使用范圍進一步擴大，紅土、膨脹土、分散性土已在一些工程中成功使用，而黏性礫質土，甚至風化泥巖料、風化頁巖料則是高心墻堆石壩的首選土料。

眾所周知，土石壩的壩坡穩定、滲透穩定與變形控制，取決于壩體結構布置與材料的力學參數，施工中每填筑一層，進行檢測力學參數費時費力，且不能滿足施工進度要求，因此，施工規范選取了檢測級配、密度與含水率等物性指標，間接地反映力學參數。防滲土料是高心墻堆石壩的核心部位，做好其壓實質量檢測控制與分析評價，是土石壩施工質量管理的重要內容，對確保土石壩的安全有著十分重要的意義。

黏性礫質土是一種黏性粗粒土,是土石混合料,它通常以5mm為界被分為粗料和細料兩部分,顆粒組成是決定寬級配礫質土工程特性的主要因素。同時，密度與含水率隨著其級配的變化而變化。(DL/T 5129-2001)《碾壓式土石壩施工規范》傳統質量控制統計分析的直方圖或管理圖法，是以材料的單一特征值為控制對象，難以對受多個特征粒徑含量因素影響的寬級配黏性礫質土防滲料的質量進行控制與分析評價。 國內已有對質量控制的文獻，基本側重于壓實度的檢測與控制，未對影響防滲料性能密切相關的級配、密度(壓實度)與含水率進行綜合分析與控制。

本文結合位于四川省黑水河，覆蓋層最大深度56m，最大壩高147m的正在施工中的毛爾蓋水電站心墻堆石壩,以大量試驗、檢測數據為依據,對礫質土防滲料的質量檢測控制方法進行論述探討，以供其他類似土石壩工程設計、施工質量檢測參考。

2 質量檢測控制方法

2.1 級配檢測控制方法

毛爾蓋水電站大壩防滲心墻采用的黏性礫質土防滲料，位于小黑水河右岸的團結橋料場，按照地質成因，為成因復雜的坡積土，從上到下分為兩層，土料的第③-1層和第③-2層往往是上下部混雜，土料分布極不均勻性，但防滲料的細料部分均為黏土，塑性指數變化較小，Ip=11.0～16.0。統計的級配見表1、2。勘察設計階段，經過大量的勘探試驗，按照施工可行，質量可控的原則，確定了料場分層開采，并在摻配場按照體積比③-1∶③-2=1∶1進行施工摻合。

現場實測5組③-1層松鋪料的干密度平均為1.80g/cm3, 實測5組③-2層松鋪料的干密度平均為1.40g/cm3,同體積③-1與③-2層的重量比為1.30，介于通常的5∶5～6∶4之間，因此，按照重量比5∶5～6∶4確定摻和后的礫質土防滲料控制包線，綜合兩種摻比，確定的最終控制級配包線見表3、圖1。圖1作為施工填筑檢測級配控制圖。

表1 防滲土料③-1層級配試驗成果 %

表2 防滲土料③-2層級配試驗成果 %

表3 確定的防滲料控制包線 %

圖1 心墻料填筑檢測級配控制

毛爾蓋水電站大壩最低建基面高程為1 991.0m，現已填至高程為2 091.0m， 2010年3月份以來，除施工單位常規檢測外，業主委托質量檢測第三方對高程1 991.0～2 078.0m進行了6次實際填筑后的抽檢,其檢測成果見表4、5。

土料的壓實檢測須滿足“時效性”，由于土料的細料塑液限與碾壓無關，且是查級配控制圖的前提，為滿足快速提供檢測結果，可以在鋪料時，確定點位坐標，進行取料檢測細料塑液限指標。毛爾蓋水電站大壩所檢測土料中的細料部分，塑性指數為Ip=12.7～14.2,變化較小，與前期試驗較為吻合。對照圖1，繪制的檢測對比包線見圖2。從圖中可以得出：

小于5mm含量統計：小于5mm小值含量37.44%，小于5mm大值含量74.46%，18個樣本中，小于5mm含量高于45%而位于下包線以上的有16組，占全部樣本的90%，小于5mm含量低于45%的有2組，占全部樣本的10%。而這2組樣本，處于高程2 028.0m附近。

小于0.075mm細粒含量統計：小于0.075mm細料小值含量22.26%，小于0.075mm細粒大值含量59.10%，18個樣本中，小于0.075mm細粒含量位于下包線以上有15組，占全部樣本的78%，有3組位于下包線以下，且處于高程2 028.0m附近。但其小于0.075mm含量仍高于15%，滿足小于0.075mm含量高于15%的要求。

小于0.005mm黏粒含量統計：小于0.005mm黏粒小值含量8.72%，小于0.005mm黏粒大值含量20.17%，18個樣本中，小于0.005mm黏粒含量位于下包線以上的有18組，占全部樣本的100%，且全部滿足不宜低于8%的設計要求。

表4 檢測物理性質試驗成果

表5 檢測物理性質試驗成果 %

圖2 心墻料填筑檢測級配對比

2.2 壓實度與含水率檢測控制方法

依據前期勘探的級配資料，通過對不同擊實功能比較，最終選取的室內2 000kJ/m3系列擊實成果見表6，通過擊實成果，繪制的P5～ρdmax～mρdmax～Wop壓實控制標準見圖3。

由于碾壓前后，土料的含水率相差小，為滿足快速提供檢測結果，在取料檢測細料塑液限指標的同時，可分別取料測定大于5mm粗料與小于5mm細料的含水率。對照填筑檢測壓實度控制曲線圖，繪制的檢測對比見圖4與表7。從圖表中可以得出：

填筑含水率統計：18個樣本中，填筑最小含水率5.7%，填筑最大含水率11.2%，全料含水率在Wop-2.9%≤Wf≤Wop+1.5%之間，部分土料略為偏干，但總體滿足設計要求。

填筑干密度統計：最小干密度1.98g/cm3，最大干密度2.14g/cm3，最低壓實度97%，最高壓實度100%，18個樣本中，壓實度大于98%的有16組，滿足合格率不小于90%的要求，且不合格壓實度97%，滿足不低于設計壓實度98%的要求。

一般情況下，“級配控制圖”“壓實度控制圖”，“兩圖”就可以對防滲料是否滿足設計要求進行檢測控制與分析。對于料場中存在含不同塑液限細料的黏性礫質土防滲料，可以制定不同的"兩圖"進行分別控制，同時，對于復雜變化的料場，其級配或壓實度，不一定都能滿足設計要求，對于特殊情況，須根據具體情況決定是否挖出或進行力學論證。

表6 礫質土心墻料全料壓實控制參數

圖3 心墻料壓實度控制

土樣編號<5mm/%粗粒含量/%ρd/g·cm-3Wf/%ρdmax/g·cm-3Wop/%壓實度DWf-Wop/%M1X 0+181.062.3137.692.0010.12.089.60.970.5M1X 0+120.053.9446.062.108.32.118.91.00-0.6M1X 0+160.058.3941.612.067.12.099.20.99-2.1M2X 0+175.046.2853.722.117.72.138.00.99-0.3M2X 0+118.037.4462.562.145.72.167.10.99-1.4M2X 0+310.037.5862.422.116.92.166.90.980.0M3X 0+305.063.5036.502.039.32.079.60.98-0.3M3X 0+185.064.7835.222.0311.22.079.70.981.5M3X 0+115.065.7634.242.0211.02.0610.10.980.9M4X 0+120.074.4625.541.989.12.0210.60.98-1.5M4X 0+350.059.1440.862.039.22.089.30.98-0.1M4X 0+225.060.9939.012.0210.22.079.60.980.7M5X 0+230.057.6542.352.068.82.099.20.99-0.4M5X 0+310.051.6348.372.097.52.118.90.99-1.4M5X 0+285.059.8240.182.0310.82.089.60.981.2M6X 0+74.061.7838.222.048.22.079.70.99-1.5M6X 0+122.057.1842.822.046.72.099.10.98-2.5M6X 0+281.057.7142.292.036.32.099.20.97-2.9

圖4 心墻料壓實曲線

2.3 力學參數檢測控制方法

毛爾蓋水電站大壩，采用根據前期勘探試驗，并作為壩體結構計算依據的黏性礫質土防滲料力學試驗參數見表8。其作為施工期防滲料力學驗證參數控制表。

設計級配控制包線，是在(DL/T 5395-2007)《碾壓式土石壩設計規范》對防滲料的質量要求的基礎上，結合開采、摻和的施工可行性與質量可控性條件下制定的，由于團結土料場開采的復雜性，以及③-1、③-2層現場施工摻和較難控制，致使高程2 028.0m附近的礫質土防滲料位于下包線以下，是采用挖除，還是進行論證其關鍵的力學參數，需根據挖出與回填碾壓的方量、施工工期、料場防滲料的儲量、檢測的指標等因素綜合考慮。毛爾蓋水電站大壩高程2 028.0m防滲料，其小于5mm含量低于45%，但其小于0.075mm的顆粒含量大于15%，小于0.005mm黏粒含量大于8%，存在滿足防滲性能要求的可能，因此，需采用質量動態控制的思路進行專題論證。對樁號0+175.0斷面土料、樁號0+118.0斷面土料共進行了2組滲透變形試驗。試驗成果見表9。

從表9試驗成果可以看出，樁號0+175.0斷面土料其破壞坡降if值為10.8，滲透系數k為3.29×10-7；樁號0+118.0斷面土料其破壞坡降if值為8.3，滲透系數k為2.11×10-6；均具有極弱透水性，屬流土破壞，滿足原設計滲透系數應小于1×10-5cm/s，抗滲透變形的破壞坡降應大于7的要求。

表8 防滲料試驗參數控制

3 結 語

寬級配黏性礫石土防滲料，其顆粒組成是決定寬級配礫質土工程特性的主要因素。密度與含水率隨著其級配的變化而變化，同時，土料因其地質成因的不同而又有諸多的變化，僅側重壓實度的檢測控制是不全面的，需對影響防滲料性能密切相關的級配、密度(壓實度)與含水率進行綜合分析與控制。

針對細料塑性指數變化較小的寬級配黏性礫質土防滲料，依據“級配控制圖”“壓實度控制圖”進行質量檢測與控制， 特殊情況下，還需增加“力學試驗參數表”，采取動態的質量控制思路，是寬級配黏性礫質土防滲料壓實質量檢測與控制重要而有效的措施。

表9 滲透變形試驗成果