采用礫質粘土填筑堆石壩心墻初探

張 群

（湖南五凌電力公司 長沙市 410000）

1 概 述

托口水電站主壩為混合壩型，左岸為混凝土重力壩，最大壩高82.00 m。右岸為粘土心墻堆石壩（含混凝土制墻），最大壩高63.00 m，需堆石料約52萬m3，防滲土料約 8萬 m3。

在可行性研究階段，規劃的粘土主料源有兩個：小羊山土料場和王麻溪左岸土料場（副壩開挖區）。小羊山土料屬中壓縮性土，粘粒含量、塑性指數適中，天然含水率略高于最優含水量，較易壓實固結，擊實土的滲透系數為2.15×10-6m/s，主要質量指標可滿足堆石壩防滲用料要求；儲量可滿足用料要求；剝采比18.2%，易于開采，距主壩壩址公路距離12.5 km，推薦為主壩粘土心墻堆石壩防滲心墻的土料料源。王麻溪左岸土料場為副壩的開挖區，該區土料中混雜有白堊系礫巖層的風化砂礫，對其均一性、透水性有影響，其他物理力學指標與小羊山土料相近，滿足堆石壩防滲用料要求；儲量滿足工程用料要求，屬副壩開挖料；開挖點距主壩壩址公路距離8.5 km，推薦為圍堰防滲用料。

2 課題的提出

近幾年來建設土石壩的突出進步之一，就是筑壩材料的應用范圍越來越廣。對于高堆石壩而言，其防滲體材料要求的側重點與低壩不同，防滲體裂縫及隨后的滲流沖刷，是影響安全的重要因素。因此：心墻防滲土料通常選擇具低壓縮變形的土料，以減少其發生裂縫的可能性，含砂礫的寬級配土料由于壓實性好，壓縮性低，裂縫自愈能力強等優點而在國內外堆石壩中得到普遍地使用。因此，托口水電站主壩粘土心墻堆石壩最大壩高63.00 m，使用含風化砂礫的王麻溪左岸土料作為主壩防滲體填筑材料，具有可行性；王麻溪左岸土料位于副壩開挖區，屬開挖棄料，且離主壩的公路距離與小羊山土料場離主壩的公路距離短4 km，若利用其作為主壩防滲體，具有經濟性；小羊山土料場在托口集鎮邊，土料的開采運輸對托口集鎮居民有影響，土料的實際施工將反受居民制約，而王麻溪左岸土料位于工程專用公路邊，屬坡地，無居民，開采、運輸、施工便利。因此，開展進一步的實驗研究，采用含礫質的粘土填筑主壩粘土心墻堆石壩具有十分重要的現實意義。

3 研究試驗路徑

研究分兩大類：含風化碎（礫）石的土料和摻和粉質粘土的風化碎（礫）石土料。通過室內土試驗，研究確定土料的物理力學與質量指標；通過現場填筑碾壓試驗判斷土料是否能夠符合和滿足相關規程、規范對心墻料的填筑質量要求；通過對現場碾壓土體原狀樣進行室內力學性質試驗，確定土料碾壓后的力學特性。通過對王麻溪左岸土料進行較系統全面的室內和現場試驗研究，為心墻堆石壩提供相關參數，以期直接利用含風化碎（礫）石的開挖土料上壩，或摻加適量粉質粘土后上壩，實現多種土料在心墻堆石壩施工中的應用進行有效的探索。

4 土工試驗

現場取王麻溪左岸土料進行了3組土工試驗分析。碎（礫）石土土料的基本特性見表1。

表1 王麻溪左岸土料場碎（礫）石土試驗成果表

根據相關規程、規范初步判斷，碎（礫）石土土料P5（>5 mm）含量、粘粒含量、滲透系數等指標符合要求，擊實最干密度大于天然干密度，塑性指數、天然含水率等指標偏高。

同時，對碾壓場土料現場取樣，進行顆粒分析，擊實等室內土工實驗，試驗成果見表2。

表2 碾壓場土粒顆粒級配、擊實試驗成果表

試驗成果表明，填筑碾壓的碎（礫）石土料較原室內土工試驗粗顆粒含量降低，粘粒含量明顯提高，表明碾壓工序對土料中的風化碎（礫）石有一定的破碎作用，并改善了顆粒級配。碾壓用土料的擊實指標平均值為：碎（礫）石土料最大干密度1.85 g/cm3，最優含水率15.3%；混合土料最大干密度1.79 g/cm3，最優含水率15.0%。

5 現場填筑碾壓實驗

模擬實際填筑碾壓施工工法，選擇適合的壓實機械，擬定壓實參數，對碎（礫）石土進行了10個小場填筑碾壓試驗。其主要壓實特性基本特征值及填筑碾壓的力學特性指標見表 3，表 4。

根據試驗成果綜合分析，碎（礫）石土在自然含水率較多的狀態下，經搌動碾碾壓6～8遍后，平均干密度大于其天然狀態，屬于中壓縮性土，具有較高的臨界滲透坡降和破壞滲透坡降以及低滲透性能。按室內擊實試驗成果可推斷，若在連續晴天或高溫、干燥季節，碎（礫）

石土的天然含水率降低時，其碾壓干密度值將會有較大幅度提高，甚至接近室內擊實試驗最大干密度值。由此可判斷王麻溪左岸土料場碎（礫）石土能作為心墻防滲料使用。

同時，將碎（礫）石土與粉質粘土按1∶1混合，對混合土進行了4個小場填筑碾壓試驗。其主要壓實特性基本特征值及填筑碾壓后的力學特性指標見表5，表6。

由此成果分析，碎（礫）石土與粉質粘土均可單獨作為心墻防滲料使用，在心墻堆石壩施工過程中不必要人為摻混兩種土料。

表3 碎（礫）石土主要壓實特性基本特征值表

表4 碎（礫）石土碾壓后主要力學特性指標表

表5 混合土主要壓實特性基本特征值表

表6 混合土碾壓后主要力學特性指標表

6 結 論

（1）根據王麻溪左岸土料場心墻土料現場碾壓試驗與室內土工試驗成果綜合判斷，土料質量滿足有關規程、規范要求，土料填筑碾壓質量較好，密實度均大于土料天然狀態，現場滲透系數近似值為i×10-6m/s，碾壓后原狀樣的滲透系數為（i×10-6～i×10-8）cm/s，具有較高的臨界滲流坡降和破壞滲流坡降，為中-低壓縮性土，判斷碎（礫）石土料、摻加粉質粘土土料都能作為心墻防滲料使用。

（2）王麻溪左岸土料場心墻土料液限水塑性指數較規范要求偏高，對含水率變化較敏感。本次心墻料現場填筑碾壓試驗的經驗表明，在土料含水率相對適宜（被碾壓土料與碾輪不出現沾粘）時，高液限和高塑性指數土料對開采、運輸、填筑以及碾壓等施工工作不會產生明顯的不利影響。

（3）為保證大壩心墻施工質量，施工組織設計時應考慮避開雨雪季節施工，或至少避免在連續雨雪天氣施工，同時采取有效的施工措施，將土料含水率調整到接近最有含水率狀態，以避免或減小心墻料因含水率偏高對大壩心墻施工質量帶來影響。