大坝工程过渡料填筑碾压试验成果报告.docx
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大坝工程过渡料填筑碾压试验成果报告
四川大渡河双江口水电站大坝工程标
合同编号:
SJK-SG-2016-006
大坝工程高程2245m以下过渡料填筑
碾压试验成果报告
批准:
审核:
校核:
编制:
中国水利水电第七工程局有限公司
双江口水电站大坝工程项目经理部
二〇二〇年五月
大坝工程高程2245m以下过渡料填筑碾压试验成果报告
1、编制依据
(1)《水电水利工程土工试验规程》(DL/T5355-2006);
(2)《水电水利工程粗粒土试验规程》(DL/T5356-2006);
(3)《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2013);
(4)《碾压式土石坝设计规范》(DL/T5395-2007);
(5)《土石筑坝材料碾压试验规程》(NB/T35016-2013);
(6)《大坝反滤料、过渡料、堆石料现场爆破及碾压试验大纲》(2017年5月);
(7)《大坝反滤料等碾压试验大纲讨论会纪要》(西双监【2018】综纪-053);
(8)《关于实施双江口水电站大坝高程2245m以下填筑方案的函》(国电大双函【2019】199号);
(9)《关于双江口水电站大坝高程2245m以下填筑方案的复函》(川双函【2019】129号);
(10)《对大坝回填性坝体填筑堆石料及过渡料碾压试验方案的批复》(NWHC/SDQJ/SJK-SG-2016-006/308/2018);
(11)《关于大坝填筑过渡料和堆石料相关技术指标调整的通知》双设(坝)字【2019】007号(总325号);
(12)《大坝堆石料和过渡料料源筛分成果暨掺砾土料复核试验成果评审会纪要西双监》(【2019】综纪-99号);
(13)《双江口水电站大坝标、辅助标、土料标施工进度安排专题会议纪要》(【2019】综纪-146号)。
(14)《大坝结构布置图(1/7)~(7/7)》(CD174SG-412-1(8)~(14))。
(15)《大坝高程2245.00m以下坝体填筑施工技术要求》(B版)。
(16)西双监[2019]综纪-131《大坝填筑碾压试验及大坝下游优先填筑区进度推进暨掺砾土料掺合试验成果讨论会议纪要》;
(17)西双监[2020]综纪-041《大坝工程高程2245m以下过渡料填筑碾压试验第一场成果暨大坝工程接触黏土填筑气胎碾生产性碾压试验成果评审会议纪要》。
2、工程概况
2.1工程简介
双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康县、金川县境内,是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库工程,坝址上距马尔康县城约46km,下距金川县城约45km。
坝址位于大渡河上源河流足木足河与绰斯甲河汇合口以下约2km处,控制流域面积约39330km2,多年平均流量502m3/s。
电站的开发任务主要为发电,采用坝式开发,水库正常蓄水位2500m,总库容28.97亿m3,调节库容19.17亿m3。
电站装机容量2000MW,多年平均发电量77.07亿kW.h。
双江口水电站工程为一等大
(1)型工程,枢纽主要建筑物为1级建筑物,次要建筑物为3级建筑物。
枢纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成。
导流建筑物由上游围堰、下游围堰、1#导流隧洞、2#导流隧洞、1#上游段导流隧洞及施工期生态供水洞工程组成。
拦河大坝采用砾石土直心墙堆石坝,考虑施工期超填(坝)0+000.00~(坝)0+336.00坝顶高程为2510.00m~2513.00m,(坝)0+336.00~(坝)0+465.00坝顶高程为2513.00m,(坝)0+465.00~(坝)0+639.25坝顶高程为2513.00m~2510.00m;,河床部位心墙底高程2195.00m~2205.00m,基底设混凝土基座,基座内设置基岩帷幕灌浆廊道(3m×3.5m),最大坝高315m(含1m厚基座),坝顶宽度16m,坝顶长度639.25m。
上游坝坡为1:
2,高程2430.00m处设5m宽的马道;下游坝坡综合坡比1:
1.83~1:
1.9,坝坡上设置上坝公路。
心墙顶宽为4m,考虑施工期超填(坝)0+000.00~(坝)0+336.00心墙顶高程为2508.00m~2511.00m,(坝)0+336.00~(坝)0+465.00心墙顶高程为2511.00m,(坝)0+465.00~(坝)0+639.25心墙顶高程为2511.00m~2508.00m;心墙顶与坝顶“L”型防浪墙底部有良好的防渗连接;心墙上、下游坡均为1:
0.2;心墙与两岸坝肩接触部位的岸坡表面设厚度0.5m的盖板;心墙与盖板连接处铺设水平厚度3m的接触性黏土。
在心墙标准断面的基础上,将河床段心墙底部向上、下游方向局部加宽,上、下游各增加12m宽;在两岸坝肩心墙顶部(高程2508.00m)上、下游各增加2m宽。
加宽宽度沿高度方向从底部至心墙顶高程2508.00m按三角形递减。
心墙上、下游分别设Ⅰ、Ⅱ两层反滤以保护土料,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、下游坡均为1:
0.2。
上、下游反滤层Ⅱ与坝体堆石之间设置过渡层,过渡层顶高程2494.00m~2497.00m(考虑施工期超填),顶宽9.7m~10m,上、下游坡度均为1:
0.3。
心墙后的坝基与坝壳料之间设置一层2m厚的水平反滤排水层和一层2m厚的水平过渡层,反滤层和过渡层一直延伸到下游围堰顶部。
堆石区分为上游堆石Ⅰ区、上游堆石Ⅱ区、上游堆石Ⅲ区、下游堆石Ⅰ区、下游堆石Ⅱ区和下游堆石Ⅲ区。
上游堆石Ⅱ区位于上游堆石Ⅰ区与过渡层之间,顶高程2420.00m,顶宽25m,底高程2245.00m,坡度为1:
0.8,高程2245.00m以下为上游堆石Ⅲ区;下游堆石Ⅱ区位于下游堆石Ⅰ区与过渡层之间,顶高程2440.00m,顶宽25m,底高程2245.00m,坡度为1:
0.8,高程2245.00m以下为下游堆石Ⅲ区。
高程2438.00m以上上、下游坝坡采用坝面扁钢+坝内扁钢进行加筋,加筋层竖向间距2.4m,扁钢深入坝壳水平深度为30m。
上、下游堆石体坝脚之上增加压重。
下游压重区顶高程2330.00m,顶宽90m,坡度为1:
2.5。
下游压重底部高程2273.00m以下设堆石压重体,该区域具有强透水性。
上游压重区与上游围堰连为一体,顶高程为2330.00m,顶宽190m,坡度为1:
2.2。
堆石与岸坡部位设置岸坡过渡料,水平厚度采用2m。
上游坝顶至死水位高程2420.00m以下10m的坝面设置干砌石护坡,下游坝面设置大块石护坡,护坡水平厚度均为2m。
坝体结构分区见图3.4-1。
图3.4-1大坝结构分区图
大坝上游过渡料需用量约为184.90万m3,下游过渡料需用量约为183.15万m3,上、下游岸坡过渡料需用量约为58.47万m3,过渡料总需用量约426.52万m3;其中大坝高程2245m以下填筑过渡料量为24.73万m³(压实方)。
2.2过渡料设计指标
(1)过渡料分为反滤层与堆石体之间的过渡料(以下简称过渡料)及堆石体与两岸岸坡之间的过渡料(以下简称岸边过渡料)。
(2)过渡料及岸边过渡料均由飞水岩临时粗碎系统生产,加工石料应避免采用软弱、针片状颗粒,要求耐风化并不易为水溶解,石料的饱和抗压强度应大于60MPa。
(3)过渡料及岸边过渡料压实后的渗透系数不小于1×10-2cm/s。
(4)过渡料及岸边过渡料压实标准:
压实应采用孔隙率控制,孔隙率不大于23%。
(5)过渡料及岸边过渡料颗粒级配应满足表2.2-1、图2.2-1和图2.2-2的要求且应符合以下规定:
过渡料最大粒径不大于300mm,岸边过渡料最大粒径不大于400mm,小于1mm的颗粒含量不超过11%;小于5mm的颗粒含量不大于25%。
级配宜连续良好。
(6)岸坡过渡料碾压设备、施工参数可与同层堆石料一致,并需经碾压试验验证。
表2.2-1过渡料设计级配表
包线名称
小于某粒径的颗粒占总土重的百分数(%)
不均匀系数Cu
曲率系数Cc
800
600
400
300
200
100
60
40
20
10
5
2
1
0.5
过渡料
上包线
100
90
80
57
38
25
16
11
7
25.88
2.47
平均线
100
83
70
60
43
28
18
9
4
17.39
1.32
下包线
100
88
65
49
40
28
18
10
3
17.20
1.23
岸边过渡料
上包线
100
90
80
57
38
25
16
11
7
25.88
2.47
平均线
100
80
66
56
40
26
16
9
5
20.87
1.42
下包线
100
91
80
60
46
38
25
15
8
3
15.63
1.14
注:
不均匀系数Cu和曲率系数Cc为参考指标。
图2.2-1过渡料级配曲线图图2.2-2岸坡过渡料级配曲线图
3、大坝高程2245m以下填筑过渡料料源
3.1大坝高程2245m以下填筑过渡料料源规划
根据《双江口水电站大坝(高程2245m以下)填筑方案专题报告》,大坝高程2245m以下过渡料填筑料源来自C3-B场地、C3-D场地堆存的洞挖料。
经勘查以上部位有用储量见3-1表:
表3-1大坝填筑至EL.2245m填筑料源规划表
填筑可利用料源
(万m³)
计划使用类别
大坝填筑至2245m需求量
(万m³)
备注
填筑料
设计工程量
(压实方)
设计工程量
(自然方)
石料
1、前期开挖储存料(松方)
原规划量
复核总量
预估有用料
C3-B场地
25
25.86
12.93
堆石料
堆石料Ⅲ区
62.57
51.78
C3-D场地
33
33.15
26.52
河口暂存渣场
6.0
40.48
32.38
小计(松方/自然方)
64/41.8
99.49/65.03
71.83/48.03
----
小计
62.57
51.78
2、主体工程开挖料(自然方)
大坝标公路洞挖料(计划)
37.4
11.6
11.6
过渡料、堆石料
过渡料
24.73
22.48
优先满足过渡料,其次为堆石料。
泄洪标洞挖料
(计划)
40
63.96
51.17
反滤料、
掺砾石料
堆石料及过渡料
反滤料
9.35
9.35
优先满足反滤料、掺砾石料,其次为堆石料及过渡料。
掺砾石料
13.46
11.14
小计(自然方)
77.4
75.56
62.77
----
小计
47.54
42.97
满足需要
合计(自然方)
119.2
140.59
110.8
----
合计
110.11
94.75
自然方
土料
阿斯布土料场
(自然方)
21.13
/
接触性粘土、掺砾土料
接触性粘土
4.04
4.67
接触黏土由阿斯布土料场2410m高程以下的I-1区供应;当卡接触黏土作为备用。
当卡土料场
(自然方)
36.47
/
心墙防渗土料
心墙防渗土料
30.41
35.19
合计:
(自然方)
57.6
/
----
合计
34.45
39.86
说明:
(1)根据现场实际情况,由于C3-B堆存场堆存料源级配较差,细粒含量多,颗粒级配不均匀,不满足大坝2245m高程以下堆石料填筑设计包络线要求,在回采过程中需进行挑料处理,挑料后回采的有用料暂计25.86×0.5=12.93万m³(松方)。
(2)C3-D堆存场回采料扣除挑选出来的无用料后有用料暂计33.15×0.8=26.52万m³(松方)。
(3)河口暂存场回采料扣除挑选出来的无用料后有用料暂计40.48×0.8=32.38万m³(松方)。
(4)2020年4月至12月底大坝标公路隧道及灌浆平洞等洞挖料计划开挖11.6万m³(自然方)。
(5)2020年4月至12月底泄洪标洞挖料计划开挖63.96万m³(自然方)。
3.2大坝高程2245m以下填筑过渡料试验过程
(1)堆存场过渡料级配检测级C-D挑选过渡料碾压试验
分别对C3-B、C3-D堆存场洞渣料及飞水岩反滤料加工系统生产一次破碎作过渡料进行级配检测,检查检测结果能否满足设计级配要求。
在C3-D场地堆存洞渣料挑选过渡料进行碾压试验。
具体过渡料级配检测结果及C3-D场地挑选过渡料碾压试验成果见附件1:
《C3-D堆存场挑选过渡料碾压试验成果报告》。
(2)飞水岩反滤加工系统一次破碎料与1#砂石系统制备料(中石、小石)掺合料进行碾压试验,碾压试验成果报告见附件2:
《大坝高程2245m以下过渡料填筑(粗碎料掺配1#砂石系统碎石料)碾压试验成果报告》。
(3)设计根据《C3-D堆存场挑选过渡料碾压试验成果报告》及《大坝高程2245m以下过渡料填筑(粗碎料掺配1#砂石系统碎石料)碾压试验成果报告》对过渡料设计指标进行了调整(见《大坝高程2245.00m以下坝体填筑施工技术要求》(B版),大坝标根据调整后过渡料设计指标,利用飞水岩反滤料加工系统一破料掺配飞水岩反滤系统小石及中石作过渡料进行碾压试验。
(4)后期飞水岩临时粗碎系统生产一破料+小石+中石调试合格后,再进行生产性复核碾压试验。
4、试验目的与要求
4.1试验目的
过渡料现场碾压试验的目的是检验、修正设计提出的坝料填筑标准,确定经济合理的铺料方式、碾压程序、碾压施工参数(包括填筑料级配、填筑层厚、碾压遍数、行车速度、加水量等),选择适宜的碾压机械设备,优化施工参数,制订填筑施工实施细则与技术要求,提出施工质量控制的技术标准与检验方法。
针对双江口水电站大坝高程2245m以下过渡料碾压试验需要达到以下目的:
(1)通过物理、力学性能的试验成果,验证过渡料设计参数的可行性;
(2)验证过渡料设计技术指标及填筑标准的合理性、可用性;
(3)确定过渡料的最佳压实方法(包括选择碾压设备类型、机械参数、碾压遍数、铺土厚度、加水量等施工参数);
(4)选择可行的施工碾压参数。
4.2试验要求
试验前已提交详细的碾压试验方案,经监理中心审查批准后实施。
5、试验资源投入
本次碾压试验所有机械设备主要为碾压机具、装车机械及铺料机械等大型机械,碾压设备技术参数见表5-1,其它机械设备配备见表5-2,试验仪器统计表见表5-3,试验人员统计表见表5-4。
表5-1碾压设备技术参数表
序号
设备名称
生产
厂家
型号
工作质量(t)
振动轮宽度(mm)
名义振幅(mm)
频率(Hz)
激振力(kN)
1
自行式振动平碾
陕西中大
YZ27K
27.0
2200
2.4
28
520
表5-2机械设备统计表
序号
机械设备名称
型号
单位
数量
备注
1
自行式振动平碾
27t
台
1
2
挖掘机
1.6m3
台
1
3
推土机
SD22
台
1
4
装载机
3m3
台
1
5
自卸汽车
25t
辆
2
6
洒水车
10t
辆
1
表5-3主要试验仪器统计表
序号
名称
规格型号/编号
数量
备注
1
电子天平
HZF-B5000/15158
1台
2
电子天平
HZQ-A20/15042
1台
3
电子台秤
TCS-150/142467
1台
4
电子台秤
200kg
2台
5
新标准土壤筛
0.075-100mm/TG-2
2套
6
电砂浴
MT-1型
4只
7
自动岩石切片机
DQ-1/121
1台
8
双端面磨石机
SCM-200
1台
9
万能材料试验机
WE-1000D型/1166
1台
10
电热鼓风恒温干燥箱
DHG9240
2台
11
钢尺
0-30cm/S-17
4把
12
套环
Φ200/Φ120
4个
13
原位密度挖坑工具
钢钎、皮桶等
4套
表5-4试验人员统计表
序号
姓名
部位或职务
主要负责事项
备注
1
刘经彪
项目部总工
总负责
2
李宗显
项目部常务副总经理
现场生产总协调
3
王华
项目部总质检师
负责质量、宣传方面工作
4
王建国
工程技术部主任
技术支持
5
黄国良
工程技术部副主任
负责现场碾压试验相关技术工作
6
胡建立
试验中心主任
全面负责试验方面工作
7
彭亮
试验中心副主任/总工
全面负责试验方面工作及试验资料整理
8
张磊
施工部副主任
负责现场生产协调
9
戴祥宜
大坝工区队长
负责现场碾压试验具体事项
10
张仲刚
测量中心
负责沉降测量
11
王书辉
试验员
现场试验
12
尹小刚
试验员
现场试验
13
田俊浩
试验员
现场试验
14
薛干
试验员
现场试验
15
徐凯
试验员
现场试验
16
齐琪
试验员
室内试验
17
胡光耀
试验员
室内试验
18
罗松
试验员
室内试验
19
陈天明
试验员
室内试验
6、试验前准备工作
6.1料源准备
过渡料碾压试验料源来自飞水岩反滤料加工系统生产一破料掺配飞水岩反滤加工系统筛分后5mm~20mm小石、20mm~60mm中石。
加工毛料来自C3-D堆存场经挖掘机挑选后石料。
表6-1过渡料碾压试验用料量统计表
填筑料种类
碾压场基层用料(m3)
碾压试验用料(m3)
合计用料
过渡料用量
240
900
1140
富余系数
0.2
0.2
0.2
6.2过渡料碾压试验场地
过渡料碾压试验场地位于上游围堰靠近左岸1#公路2310m高程平台,过渡料碾压试验场地面积600m2。
图6.2-1过渡料碾压试验场地
(1)场地坚实平整,采用27t自行式振动平碾按2.5±0.3km/h的速度振动碾压,根据测量沉降资料结果:
过渡料料碾压试验垫层按1.5m×1.5m整场均布网格测点,27t自行式振动平碾振动碾压,最后振动碾压2遍后水准仪测量检查,最高点与最低点高程差65.2mm、相邻点高程差24mm、全场平均沉降值1.56mm;各项控制指标满足最后振动碾压2遍全场平均沉降量不大于2mm、整场高差小于20cm且局部起伏差小于5cm的设计技术要求。
(2)试验区面积:
碾压试验场面积20m×30m(宽×长),面积600m2,其中试验场共分3区布设,每一个试验区6m×15m(宽×长),有效面积为90m2。
(3)试验铺土要求
由于碾压时产生侧向挤压,因此试验区的两侧(垂直行车方向)加宽2m宽,顺碾压方向的两端留出了2.5m作为非试验区,以满足停车和错车需要。
图6.2-2:
过渡料碾压试验沉降测点布置图(单位:
cm)
过渡料第一场及第二场(参数选择)场碾压试验在每个条带(6m×15m)按1.5m×1.5m方格网样布沉降测量点,做好标记,测量高程。
分别在松铺后、静压后及碾压后对同一点进行测量,每碾压两遍后及时测量碾压沉降值,并形成沉降曲线图。
过渡料复核场碾压试验分别在松铺后及碾压后对同一点进行测量,测量碾压沉降值,形成记录表。
6.3过渡料掺配
(1)过渡料掺合质量比例为:
一破料:
小石:
中石=75%:
15%:
10%(注:
掺配过程中试验室进行级配检测,现场根据级配检测结果视情况掺配比例进行适当调整),小石粒径为5mm~20mm,中石粒径为20mm~60mm。
(2)掺合场地选择在上游围堰2310m平台,掺合前采用27t振动碾对基础面整平处理。
为便于施工,掺合场根据现场实际填筑情况,分为掺合区及堆存区两个区域,分别进行掺合成品料装车掺合及运输施工。
(3)过渡料掺合采用“平铺立采”的方式进行掺合,三种半成品料分别铺设一层,从下至上按一破料、中石、小石的顺序进行铺设。
并提前根据实测堆积密度将质量比换算成体积比,由于三种料在摊铺中面积相同,因此,直接用厚度比来计量掺合比例,控制与指导现场掺合施工。
具体换算如下:
通过现场实测,一破料堆积密度为1.57t/m3,小石堆积密度为1.50t/m3,中石堆积密度为1.47t/m3。
则质量比为:
一破料:
小石:
中石=75%:
15%:
10%;
体积比为:
一破料:
小石:
中石=75%/1.57:
15%/1.5:
10%/1.47=0.48:
0.1:
0.07
因体积=面积×厚度,在摊铺面积相同的情况下,体积比等于厚度比。
因此,厚度比为:
一破料:
小石:
中石=0.48:
0.1:
0.07=48:
10:
7。
现场按上述厚度比松铺各种物料进行掺合,松铺完成后测量进行松铺厚度检测,满足要求后采用一台3m3的装载机配合一台1.6m3挖掘机进行掺合,来回掺合4次,然后取样检测,合格后进行过渡料碾压试验。
6.4料源检测
本次过渡料碾压试验采用飞水岩加工系统生产的1破料与飞水岩加工系统生产的5mm~20mm和20mm~60mm碎石进行掺配,掺配比例按75%:
15%:
10%(质量比),在上游围堰碾压试验场进行掺配。
主要进行天然含水率、颗粒级配、比重、岩石抗压强度检测。
具体检测结果见表6.4-1、表6.4-2、图6.4-1。
表6.4-1检测结果统计表
样品编号
天然含水率(%)
最大粒径(mm)
<5mm颗粒含量(%)
<1mm颗粒含量(%)
比重
CU
CC
岩石饱和抗压强度(MPa)
YP-200408
-TLJ-001
1.6
240
20.3
7.8
2.71
28.7
2.1
71.3
YP-200408
-TLJ-002
1.6
190
19.2
8.1
2.70
46.5
2.0
75.9
YP-200408
-TLJ-003
1.5
185
18.1
8.0
2.71
55.0
2.9
67.2
设计要求
/
≤300
≤25
≤11
/
/
/
>60
表6.4-2颗粒级配试验结果
样品编号
粒径(mm)
小于该孔径颗粒占总土质量百分数(%)
400
300
200
100
60
40
20
10
5
2
1
0.5
0.25
0.075
YP-200408
-TLJ-001
/
100
94.8
84.7
72.5
59.5
39.6
28.9
20.3
13.4
7.8
5.1
3.4
2.1
YP-200408
-TLJ-002
/
100
100
78.3
56.4
47.8
34.3
26.6
19.2
12.6
8.1
5.3
4.0
3.1
YP-200408
-TLJ-003
/
100
100
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