兩河口水電站礫石土料擊實特性及質量控制標準研究

車 維 斌， 江 萬 紅

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

目前，在我國已建、在建的超高心墻堆石壩水電工程中，糯扎渡、長河壩水電站已經建成，兩河口與雙江口水電站正在進行大壩填筑。相關資料表明：超高心墻堆石壩壩高大于200 m，技術難度大。我國在建的高土石壩已完成壩高200 m向300 m的跨越。

兩河口水電站工程心墻采用的礫石土料P5含量為30%～50%，最大粒徑150 mm，采用修正普氏2 688 kJ/m3擊實功下的全料壓實度為≥97%，粒徑小于20 mm的細料壓實度≥99%(采用普氏595 kJ/m3)。

為獲取心墻礫石土料原級配全料擊實試驗數據及填筑質量控制的標準，項目部比較了兩種級配狀態下全料壓實度與粒徑小于20 mm的細料壓實度的對應關系，進一步驗證了大壩心墻礫石土料壓實度控制指標的合理性，在使用φ800超大型擊實儀和φ300大型擊實儀試驗中，掌握了摻礫土料的擊實特性，確定了填筑質量控制標準，并對以下3個方面的內容進行了現場研究：

(1) 礫石土料擊實試驗的關鍵技術問題及特性。我國現行的規程規范要求：大型擊實儀的最大直徑為300 mm，使用于粒徑不大于60 mm的土料。兩河口水電站礫石土料最大粒徑為150 mm，遠遠超過規程規范要求，因此，決定采用超大型擊實儀進行全級配擊實特性的研究。

(2)找出礫石土料全料壓實度與細料壓實度之間的匹配關系。

(3)質量控制標準研究。國內修建的超高土石壩都是在基礎研究的基礎上提出各自的質量標準，不同的工程不盡一致，但都嚴格遵循現行的規范標準。在此基礎上，項目部研究出適用于兩河口水電站礫石土料質量控制的標準，可為在建和擬建的超高堆石壩礫石土料的質量控制提供依據。

2 礫石土料擊實特性

項目部對不同摻礫量的土料分別進行了超大型擊實φ800(全級配)、大型擊實φ300(替代法全級配)、輕型擊實φ152(粒徑小于20 mm細料)試驗。為了掌握全級配土料的擊實特性，通過分析超大型擊實φ800和大型擊實φ300的成果，確定了全料壓實度與細料壓實度之間的匹配關系。

2.1 擊實試驗參數選擇

根據相關規范要求及擊實功能確定了相應的擊實參數[1]，直徑為800 mm的超大型擊實儀為國內最大。各項擊實試驗采用的擊實儀參數見表1。

表1 擊實儀基本參數表

2.2 試驗內容及試驗組數

針對不同P5含量(0%～80%)進行了φ800超大型擊實試驗和φ300(0%～90%)大型擊實試驗及粒徑小于20 mm的細料不同P5含量(0%～90%)輕型擊實試驗。試驗中，φ300的大型擊實采用等量替代法制樣，對于粒徑小于20 mm細料的輕型擊實采用剔除法制樣。

2.3 試驗成果

根據礫石土料擊實試驗成果(圖1、2)得到的礫石土料擊實特性如下：

(1)最大干密度、最優含水率與P5含量的關系。礫石土料在φ800超大型擊實(全級配)和φ300(替代法全級配)大型擊實時，其最大干密度均隨摻礫量的增加而呈現出先增后降的特點，峰值出現在摻礫量70%附近，最優含水率均隨摻礫量的增加而降低，擊后P5含量隨摻礫量的增加而大致呈線性增加；超大型擊實與大型擊實均隨摻礫量的增加經歷由懸浮到緊密、再由緊密到骨架的過程，摻礫土最大干密度均表現出先增后降的特點[2]。

(2)不同擊實儀參數的差異。①當摻礫量為0%～80%時，超大型擊實的最大干密度(原級配全料)小于大型擊實(替代法全料)最大干密度，差值為0.04 g/cm3左右；當摻礫量為10%～60%時，超大型擊實試驗的最優含水率大于大型擊實試驗的最優含水率，最優含水率相差較大，差值在1.2%～2%之間，平均值為1.4%；當摻礫量為70%～80%時，超大型擊實最優含水率大于大型擊實最優含水率，但差值較小，基本相同；②當摻礫量為10%～80%時，超大型擊實曲線的左側比大型擊實曲線的左側陡，說明超大型擊實干密度對含水率的變化更為敏感。因此，在該工程設計摻礫范圍內，采用φ300(替代法全級配)大型擊實和φ800超大型擊實(全級配)成果作為礫石土料全料壓實度質量控制是合適的[3]。

(3)不同擊實功能下最大干密度的差異。在2 688 kJ/m3(超大型擊實)、2 688 kJ/m3(大型擊實)、595 kJ/m3(輕型擊實)功能下得到的最大干密度值相差較大。當P5含量在0%～70%范圍內時，2 688 kJ/m3(超大型擊實)和2 688 kJ/m3(大型擊實)功能與595 kJ/m3功能能建立起較為穩定的對應關系[4]。

圖1 超大型擊實試驗曲線圖

圖2 大型擊實試驗曲線圖

(4)最優含水率規律。在各擊實參數下，礫石土料的最優含水率均隨P5含量的增加而降低，符合規律。

2.4 全料壓實度與細料壓實度之匹配關系

設計單位在填筑標準及要求中提出對碾壓后的礫石土心墻料壓實度以全料壓實度和細料壓實度進行雙控制。礫石土心墻料全料壓實度≥97%，粒徑小于20 mm的細料壓實度≥100%。本次試驗研究根據P5含量20%～60%的全料與細料壓實度匹配關系得出：全料壓實度為97%時，相對應的細料壓實度為100.6%～103.6%，均大于100%，因此，當全料壓實度為97%時，選擇細料壓實度≥100%是合理的[5]。

2.5 細料壓實度控制標準的確定

擊后P5含量為20%～60%、全料壓實度為97%時，5組超大型擊實細料壓實度在100.7%～103.6%之間，平均為102.1%；5組大型擊實細料壓實度在102.4%～104.4%之間，平均為103.4%，大型擊實細料壓實度比超大型擊實細料壓實度平均值大1.3%。

各組土料性能雖有差異，但其對細料壓實度影響相對較小，P5含量在20%～60%時，相同P5含量下各組摻礫土料細料壓實度均大于100%且差異較小，差值平均值為1.3%，因此，采用粒徑小于20 mm的細料壓實度進行礫石土料填筑日常質量控制可行。

3 質量控制標準的確定

根據本次試驗成果，最終確定現場填筑采用粒徑小于20 mm的細料壓實度(三點擊實法)替代全料壓實度進行質量控制，全料壓實度每填筑2 m采用φ300大型擊實儀(等量替代法全級配)復核1組；每填筑10 m采用φ800超大型擊實儀進行全料擊實試驗復核1組。

4 應用效果

在兩河口水電站大壩填筑初期，為了驗證試驗成果的實用性及可行性，項目部采用了點對點全料和細料做對比試驗，經過對一段時間的試驗檢測成果進行分析，對全料壓實度的取樣頻率進行了調整，將每200～500 m3取樣檢測1組調整為全料壓實度每填筑2 m采用φ300大型擊實儀(等量替代法全級配)復核1組；每填筑10 m，采用φ800超大型擊實儀進行全料擊實試驗復核1組，用細料壓實度(三點擊實法)替代全料壓實度，可以大大縮短試驗檢測時間，減少試驗檢測頻率，提高試驗檢測效率且未占用大壩填筑直線工時。

兩河口水電站大壩心墻土料填筑至今，φ300大型擊實復核共取樣檢測全料壓實度117組，φ800超大型擊實復核共取樣檢測全料壓實度16組。從檢測數據看，采用φ300大型擊實儀(等量替代法全級配)擊實試驗進行檢測復核的全料壓實度為97.3%～102.8%，平均值為99.6%；采用φ800超大型擊實儀進行全料擊實試驗檢測復核的全料壓實度為98.6%～102.7%，平均值為100.1%；檢測細料壓實度3 815組，相對應的細料壓實度(三點擊實法)為100%～109.8%，平均值為103.8%。對

以上數據進行分析可以看出：當細料壓實度≥100%時，全料壓實度均大于設計要求的≥97%，因此，采用細料壓實度(三點擊實法)進行現場填筑質量控制、φ300大型擊實和φ800超大型擊實定期復核全料壓實度的方法合理且實用。

5 結 語

通過對礫石土料擊實特性及質量控制標準進行的研究可以得出以下結論:

(1)在該工程設計P5含量范圍內，采用φ300大型擊實儀和φ800超大型擊實儀對礫石土料全料壓實度進行質量控制是可靠、可行的；

(2)礫石土料全料壓實度≥97%的控制標準合適且合理；

(3)對礫石土料粒徑小于20 mm的細料壓實度采用100%作為控制指標；

(4)采用細料壓實度(三點擊實法)進行現場填筑質量控制、φ300大型擊實和φ800超大型擊實定期復核全料壓實度的方法合理且實用。