宁全纪

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

瀑布沟水电站位于大渡河中游四川省汉源和甘洛两县交界处，电站由直心墙砾石土心墙堆石坝、溢洪道、引水发电建筑物、泄洪洞、放空洞、尼日河引水工程等部分组成。砾石土心墙坝最大坝高186 m，主要填料有砾石土、高塑性粘土、反滤料、过渡料、堆石料等。

在堆石料填筑施工前，设计要求需结合现场施工碾压机具及施工环境条件，进行填筑碾压试验研究，对堆石料的力学、压实特性进行试验，以及不同加水量对碾压质量的影响程度，比较不同检测方法的适用及可靠性，为大坝高强度施工提供可靠的质量保证措施。

1 堆石料设计技术要求

堆石料要求级配连续良好，最大粒径不大于800 mm，小于5 mm的颗粒含量宜小于10%；小于0.075 mm颗粒含量不大于3%，不均匀系数应大于10，渗透系数应大于5×10-2cm/s。堆石料的饱和抗压强度应大于60 MPa，软化系数大于0.8，压实后的孔隙率应不大于22%。

2 现场填筑碾压试验

1)试验场地。堆石料填筑碾压试验场地布置在大坝下游已填筑水平反滤料区，场地尺寸为25 m×30 m，表面不平整度不超过±10 cm，周围布设固定的高程测量控制点，以便严格控制填料铺土厚度。试验场地分为6 m×10 m三个条带，每个条带4组压实度测试点呈均匀分布，并按1.5 m×1.5 m方格网布沉降监测点，碾压试验场地布置见图1。试验场地先用与试验相同的材料铺筑80 cm厚[1]，经碾压密实并检测合格后，再进行碾压试验铺料施工。

图1 碾压试验场地布置图(单位：m)

2)试验材料。试验材料来源于下游卡尔沟石料场，试验前对其颗粒组成进行了检测，共检测3组，小于5 mm颗粒含量10.1%～5.3%，平均值7.6%，小于0.075 mm颗粒含量0.4%～0.2%，平均值0.3%，试验填料的颗粒大小累计分配曲线见图2。

图2 堆石料颗粒大小累计分配曲线

3)碾压机具。采用自重25 T振动平碾，激振力45 T，振幅2.2 mm。

4)碾压试验参数组合。铺土厚度80、100、120 cm，碾压遍数8、10、12遍，加水量5%、10%、15%复核试验，填料采用自卸汽车运输，进占法铺筑，进退错距法碾压，行进速度2～3 km/h，碾压带重叠宽度为碾宽的1/10。

5)密度试验检测方法。在碾压试验复核试验时，同时采用灌水法和质量附加法进行密度检测。

3 质量附加法测试密度试验成果

质量附加法检测地基土密度，理论依据是“质弹模型”及“弹性半空间模型”，并通过在测点附加适当刚性质量体，求得地基介质的刚度(K)、参振质量(m0)，从而即可求出地基介质的原位密度(ρ)[2]。此次堆石料碾压试验不同检测方法对比试验，采用复核试验铺土厚度100 cm、碾压8遍，以及加水量0%、5%、10%和15%进行，具体成果见表1。通过试验研究发现，质量附加法检测堆石料压实密度相对误差值为0.5%～3.3%，平均误差为1.6%，具有较高的可靠度。

表1 堆石料质量附加法密度测试成果

注*相对误差以挖坑法实测密度ρ为基准。

4 堆石料力学及渗透试验

按照设计要求，根据现场试验颗粒级配进行统计，取上包线、下包线、平均线进行室内力学和渗透性能试验[3]，试样制备干密度以孔隙率22%控制[4]，试验成果见表2。从试验成果可看出，碾压密实的堆石料压缩系数a1-2<0.1 MPa-1，属于“低压缩性土”，渗透系数满足设计要求。

表2 堆石料室内试验成果

5 碾压试验成果分析

1)岩石材料特性。岩石饱和抗压强度为128.65 MPa，软化系数0.83，满足设计技术要求。

2)铺土厚度与压实密度的关系。同一碾压遍数下，铺土厚度越小，土料压实效果越好，压实密度随铺土厚度的增加而减小，关系曲线见图3。

图3 铺土厚度与压实密度关系图

3)碾压遍数与压实密度的关系。同一铺土厚度下，压实密度随碾压遍次的增加有增大趋势[5]，关系曲线见图4。

图4 碾压遍数与压实密度关系图

4)加水量与压实密度的关系。为了研究堆石料加水量对压实程度的影响，进行了同一铺土厚度100 cm、同一碾压遍数8遍下，不同加水量5%、10%、15%的碾压试验研究，结果可以看出，压实密度随加水量的增加而增大，在加水量达到15%后，压实度增加趋于稳定，关系曲线见图5。

图5 加水量与压实密度关系图

5)沉降量与压实遍数的关系。堆石料压实沉降率随碾压遍数的增加而增大，当压实功能达到一定量后，沉降量趋于稳定，不再继续增大，关系曲线见图6。

图6 沉降量与压实遍数关系图

6)质量附加法测试密度试验与试坑法成果比较，平均相对误差1.6%，而仪器本身“测量误差不大于5%的保证率为80%” ，因此就本次试验而言，质量附加法检测堆石料回填质量可靠度较高。

6 结 语

通过对堆石料填筑碾压试验研究得出，堆石料采用进占法铺筑厚度100 cm，推土机整平， 自重25 T振动平碾进退错距法碾压8遍后的孔隙率可满足设计要求。加水后碾压孔隙率有变小趋势，对改善提高填料压实质量有一定效果。压实质量检测采用了灌水法和质量附加法进行对比，两种检测方法相对误差较小，可在后续大坝施工填筑中继续进一步研究并进行应用。