摘要：随着土石坝筑坝技术的进度，坝体质量检测技术日新月异，如附加质量法、核子密度仪法等新兴检测技术已有较多应用。由于受堆石坝复杂条件的限制，上述新兴的质量检测技术在实际运用中仍存在一定的偏差，常常需要与坑测法检测数据进行对比或校正。但坑测法试验在堆石坝粗粒料干密度检测中受试坑直径及块石粒径偏大等因素影响，亦有一定的偏差。为找出坑测法测粗粒料干密度的准确性，在工程进行过程中开展了专项试验进行研究。本文就试验情况及结果进行论述分析，以供借鉴交流。
关键词：超高土石坝；灌水；干密度；准确性；研究
1 工程概况
两河口水电站位于四川省甘孜藏族自治州雅江县境内的雅砻江干流上，为我国大型水电能源基地雅砻江干流中、下游的控制性水库电站工程。坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段，下距雅江县城约25km，雅江县城有G318国道通过，从坝址经雅江县沿G318国道至成都的公路里程为536km。
两河口水电站坝址控制流域面积6.57万km2，坝址处多年平均流量666m3/s。水库正常蓄水位2865m，相应库容107.67亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力。电站装机容量300万kW，多年平均年发电量为110.0亿kW ▪h，设计枯水年供水期（12月～翌年5月）平均出力113万kW。两河口水电站是雅砻江梯级开发的关键工程，它的兴建将对雅砻江梯级全面开发建设起到实质性的推动和促进作用，并大大改善下游梯级电站的供电质量。
2 大坝坝体分区及填筑料设计标准
2.1 坝体结构分区
挡水大坝坝体共分为防渗体、反滤层、过渡层和坝壳四大区。
防渗体采用砾石土直心墙型式，坝壳采用堆石填筑，心墙与上、下游坝壳堆石之间均设有反滤层、过渡层。心墙顶宽6.00m，顶高程2873.00m，与防浪墙连接。心墙与两岸坝肩接触部位的岸坡表面设厚度为1m的混凝土盖板；心墙与盖板连接处铺设水平厚度4.0m的粘性土，河床底部铺设垂直厚度1.0m的粘性土。
心墙上游设两层反滤保护土料，下游设两层反滤保护土料。上游两层反滤水平厚度各4m，下游两层反滤水平厚度各6m，上、下游坡度均与心墙坡度相同，均为1：0.2。
上、下游反滤层与坝体堆石之间设置过渡层，过渡层延伸至坡顶，上、下游坡度均为1：0.4。
坝壳堆石区与两岸岸坡接触部位设置了厚度3m的细堆石料区（最大粒径500mm），以保障堆石区与岸坡接触部位填筑密实。在下游堆石Ⅰ区根据《大坝填筑施工技术要求》2630m高程新增了堆石Ⅲ区填筑范围。
上游坝坡高程2775.00m（死水位2785.00m以下10m）以上设置垂直1m厚的干砌块石护坡，高程2775.00m～2785.00m设置垂直厚1m的大块石护坡；下游坝坡高程2815.00m以上采用垂直厚1m浆砌石护坡，高程2815.00m以下设置垂直厚1m的干砌石护坡。
坝体高程2820.00m以上采取“坝面混凝土框格梁+坝内预制混凝土框格梁+土工格栅”的抗震措施。坝顶上游侧设置高度为3.2m的钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高程为2876.20m，防浪墙底与心墙可靠连接。
2.2 大坝堆石料设计标准
两河口水电站堆石料总填筑方量为3536.9万m3。其设计要求如下：
（1）堆石料料场地质特性
堆石料开采自两河口石料场，两河口石料场位于坝址上游雅砻江与鲜水河汇合处，距坝址月2km。料场出露地层为两河口组T3lh1（1）、T3lh1（2）-①、T3lh1（2）-②层。勘探显示，T3lh1（1）层下部以变质粉砂岩为主夹少量粉砂质板岩，板岩约占30%；上部以粉砂质板岩为主。T3lh1（2）-①层为变质粉砂岩与粉砂质板岩互层，板岩含量约占30%。T3lh1（2）-②层为变质粉砂岩。岩体单层厚度0.2m～0.8m，岩层产状N70°W/SW∠75°。
（2）堆石料填筑标准及要求
1）用于填筑的堆石料，应采用微、弱风化或新鲜的砂板岩料。开采料堆石的饱和抗压强度应大于45MPa，其中下游高程EL.2630.00m以下平行层面或板理面的岩石单轴饱和抗压强度应大于35MPa。
2）堆石料的最大与最小边长之比不超过4，最大粒径不大于800mm，D15≤30mm，小于5mm的颗粒含量为3%～15%，小于0.075mm的颗粒含量不大于3%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3）堆石压实孔隙率≤21%，压实后渗透系数应大于1×10-1cm/s。
4）堆石料填筑的碾压机具采用振动平碾，堆石碾压时加水，加水量≥5%。
3 试验方法
进行现场大型相对密度试验，试验场地长宽为30m×30m，铺料厚度为1m，用料总方量约为900m3，通过现场地磅称量得到土料的质量，经过密集测量点的布置（1m×1m）而得到了精确的体积，进而取得对应的铺料厚度与不同碾压遍数下的密度。于此同时，在堆石料松铺、碾压8遍及碾压26遍三种工况下进行坑测法试验，测得不同碾压遍数下的堆石料密度。
坑测法又名灌水法，适用于各类土。其试验过程为：第一，找平需要试验的部位，安放套环；第二，将塑料薄膜铺设在套环底部，然后将套环注满水至与套环顶面齐平并计算水质量 ；第三，排出套环内水，取出薄膜，在套环内挖坑取样，计算取样质量 ；第四，在试坑内铺设薄膜，注水至与套环齐平，计算水质量 。据此计算试样湿密度 。本次试验套环尺寸为2m，试坑直径为2m，试坑深度为1m。
4 数据对比
4.1 松铺状态下
松铺状态下坑测法干密度最大值为1.86g/cm3，最小值为1.62 g/cm3，平均值为1.75 g/cm3，直接法干密度为1.929 g/cm3。
由试验数据可以看出：
（1）坑测法试验值离散性较大，这与堆石料粒径较大，块体间架空及块体空间分部不均的特性有关。但平均值仍能较为准确的反映所测堆石料的干密度。
（2）直接法测得的干密度值较坑测法平均值大0.179 g/cm3，直接法干密度值是坑测法的110.2%。
4.2 碾压8遍状态下
碾压8遍状态下坑测法干密度最大值为2.23g/cm3，最小值为2.18 g/cm3，平均值为2.20 g/cm3，直接法干密度为2.274g/cm3。
由试验数据可以看出：
（1）碾压8遍后，坑测法试验值离散性有所减小，主要原因为堆石料经碾压后，架空的块体被碾压密实，堆石料均一性有所提高。
（2）直接法测得的干密度值较坑测法平均值大0.074 g/cm3，直接法干密度值是坑测法的103.4%。
4.3 碾压26遍状态下
碾压26遍状态下坑测法干密度最大值为2.26g/cm3，最小值为2.23 g/cm3，平均值为2.24 g/cm3，直接法干密度为2.32g/cm3。
由试验数据可以看出：
（1）碾压26遍后，坑测法试验值离散性进一步减小，主要原因为堆石料经反复碾压后，块石间的空间进一步被压缩填充，堆石体基本成为相同的密实状态，均一性进一步提高。
（2）直接法测得的干密度值较坑测法平均值大0.08 g/cm3，直接法干密度值是坑测法的103.6%。
5 结论
（1）坑测法测干密度存在一定的误差，但随着碾压遍数的增加，试验误差呈减小趋势。经分析其主要原因为以下几点：
1）取样代表性不足，由于坑测法测粗粒料干密度时受试坑直径的局限，无法或很难将大块石整体取出，故试验点的选择基本避开了大块石区域，取样样本粒径整体偏细，造成了试验误差。
2）试坑体积测量不准确，坑测法在进行粗粒料试验时，采用灌水法进行试坑体积测量，在试坑坑壁不规整、坑壁空隙较多的情况下，所测体积有数据不能真实反映试坑体积，造成了试验误差。
（2）坑测法试验数据较真实值偏小，但在堆石料经过碾压后，可将坑测法试验误差降低至4%以内。
参考文献：
[1]夏德春，郑翔.《灌水法检测堆石坝干密度误差分析与控制》.水利水电施工，2008.03.
[2]周恩飞，陈丙辉.《灌水法检测混凝土面板堆石坝压实质量分析》.土工基础，2014.06.
[3]郭庆国，蔡长治.《土石坝建设实用技术研究及应用》.黄河水利出版社，2004.10
论文作者:杜臣,张照娟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：石料论文; 密度论文; 高程论文; 下游论文; 坝址论文; 雅砻江论文; 厚度论文; 《电力设备》2019年第3期论文;