积石峡水电站混凝土面板堆石坝坝料试验研究

蔡 楠，王怡平

（1.黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810000；2.黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，青海 西宁 810000）

积石峡水电站工程坝体为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 861.00 m，防浪墙顶高程1 862.20 m，坝顶长度为322 m，最大坝高101 m。根据工程需要，对坝料进行了试验研究，以确定其垫层料、过渡料的渗透系数，验证垫层料、过渡料之间的过渡关系；实测垫层料、过渡料在试验条件下不发生破坏的渗透比降极限值。

1 试 验

1.1 方法

试验采用自主研发的粗粒料大型高压渗透仪进行试验，仪器设计最大水头100 m（经协商依约定本次试验最大水头按80 m进行），试验流量0～2 000 cm3/s，试验料最大粒径200 mm，采用高压水泵加压，压力恒定设备稳定压力，保证试验压力类似水库运行压力变化。试验模拟水库运行时坝料中水流方向，采用逐级加压方法，垫层料、过渡料单独试验时，坝料水流出口保护采用粒径90～110 mm卵石作为保护料，垫层料与过渡料层间关系试验自上而下依次为垫层料→过渡料→过渡料出口保护料（粒径 90～110 mm 卵石）。

1.2 试验料制备

（1）垫层料、过渡料在料场现场制备送至实验室，凉晒、颗粒分析后直接进行试验，不需制样。

（2）垫层料、过渡料层间关系试验料采用工程料场试验资料中颗粒分析包络线 (见图1)级配，制备时将试验料按不同粒径等级筛分后单独存放，由包络线上查出各自的粒径含量百分率，根据每次试验用料量反算出各级料重，逐级称量参配后进行试验。

图1 垫层料、过渡料包络线颗粒分析曲线

1.3 渗透试验

垫层料设计干密度2.33 g/cm3，过渡料设计干密度2.31 g/cm3，包络线级配料层间关系按要求垫层料采用上包线，设计干密度2.33 g/cm3；过渡料采用下包线，设计干密度2.31 g/cm3。依据试验装料直径和试样高度求得装料体积，乘以设计干密度，称取试验所需料总量，洒水搅拌，洒水量为2%～5%，分层装入试验仪器并击实至设计高度。饱和完成后进行加压试验，压力一般分10、20、40、60、80 m水头进行。试验成果中比降为水头与试验料厚度的比值j=p/h，渗透系数为单位比降下水流流速k=v/j。

2 成果分析

混凝土面板堆石坝坝料的试验成果见表1～3。

表1 垫层料渗透试验成果汇总

表2 过渡料渗透试验成果汇总

表3 包络线料渗透试验成果汇总

依据上述成果，结合试验过程依次分析如下：

垫层料ⅡA2。在水压由60 m加至80 m的试验过程中，除渗透流量增大外，流量波动较大，渗流水严重浑浊，试验料自身内部结构调整，产生明显渗透变形。因此，应以低一级试验压力时的比降作为渗透比降极限值，工程应用中不考虑安全系数时的比降极限值不应大于140。

垫层料ⅡA3。试验过程一切正常，试验料未见破坏。

过渡料ⅢA1。在水压从40 m加至60 m的试验过程中，渗透流量波动较大，渗流水浑浊，试验料产生渗透变形，自身内部结构调整。试验结束后，在坝料表面发现4处直径2～3 cm的漏斗状渗透破坏点，表明该料在试验条件下已产生渗透破坏。因而，应以产生渗透变形低一级试验压力时的比降作为渗透比降极限值，工程应用中不考虑安全系数时的比降极限值应不大于75。

过渡料ⅢA2。试验过程一切正常，试验料未见破坏。

过渡料ⅢA3。大部分试验过程一切正常，试验临近结束、水压加至最大压力时，渗透系数明显下降，同样显示试验料自身结构产生调整，透水性下降。为此，应以低一级试验压力时的比降作为渗透比降极限值，工程应用中不考虑安全系数时的比降极限值应不大于110。

包络线层间关系试验1。垫层料承受最大水头83.3 m，试验过程一切正常，试验料未见破坏。过渡料承受最大水头0.5 m。

包络线层间关系试验2。垫层料承受最大水头80.6 m，过渡料承受最大水头0.7 m。在水压从20 m加至40 m的试验过程中，渗透流量波动较大，渗流水浑浊，测压表指示震荡，说明试验料产生渗透变形，自身内部结构调整，应以低一级试验压力时的比降作为渗透比降极限值，工程应用中不考虑安全系数时的比降极限值应不大于140。

包络线层间关系试验3。垫层料承受最大水头81.7 m，试验过程一切正常，试验料未见破坏，过渡料承受最大水头0.5 m。

3 结论

积石峡水电站混凝土面板堆石坝试验垫层料渗透系数在 1.2×10-4～3.2×10-5之间。过渡料渗透系数为 1.7×10-3～1.5×10-4，垫层料上包络线级配料渗透系数在 1.7×10-4～2.7×10-5之间。过渡料下包络线级配料未专门进行渗透试验，层间关系试验中过渡料承受水压极低，渗透系数仅供参考，过渡料下包络线级配料渗透系数在 1.9×10-2～7.7×10-3之间。在试验条件下，试验垫层料比降极限值应不大于140，过渡料比降极限应不大于75。