双江口水电站大坝反滤料生产及填筑质量控制探讨

胡 建 立， 李 世 春， 李 进 伟

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

双江口水电站是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库，装机容量为2 000 MW，水库正常蓄水位高程2 500 m，为一等大(1)型工程。拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，坝顶高程2 510 m，最大坝高315 m，坝顶宽16 m，坝顶长639 m，属300 m级超高型土石坝。坝体由心墙防渗料区、上下游反滤料区、上下游过渡料区、上下游堆石料区等组成。坝体填筑总量约4 700万m3，其中反滤料约221万m3。反滤料在坝体中起防止心墙区细粒土料被渗透水流带走的作用，一旦心墙发生裂缝，在反滤料的保护下，坍塌的土颗粒不会被水流带走，从而使心墙土料达到自愈。

设计对反滤料的要求：反滤料级配应连续，最大粒径应满足设计技术指标要求；级配曲线应控制在设计上、下包线范围内，级配曲线宜连续、光滑、平顺。双江口水电站反滤料使用的毛料目前采用该电站地下厂房及泄洪洞室开挖料，岩性主要为微、弱风化或新鲜燕山早期似斑状黑云钾长花岗岩，岩石结晶粗大，云母含量较高，碾后具有破碎率大，石料表面易起粉、石粉含量高的特性。

根据设计报告中的坝体填筑分区，在心墙上下游设有反滤料Ⅰ和反滤料Ⅱ。采用相对密度对其填筑质量进行控制，反滤料Ⅰ的最大粒径为20 mm，反滤料Ⅱ的最大粒径为80 mm，设计报告同时对D85、D60、D15、粒径<0.075 mm的含量范围提出了控制标准。反滤料Ⅰ和反滤料Ⅱ设计颗粒级配曲线及控制指标见表1、2。

表1 反滤料设计颗粒级配表

2 反滤料生产过程质量控制

2.1 反滤料生产工艺流程

反滤料加工系统布置[1]在飞水岩料场上游侧的飞水岩沟内，系统设计毛料处理能力为500 t/h，成品处理能力为450 t/h。鉴于反滤料生产系统场地狭窄，面积较小，故其加工系统仅布置了半成品区(粗碎后半成品料源)和单级配堆存区。单级配堆存区分为粒径80～20 mm、20～5 mm、5～2 mm、2～0.075 mm四个区域，各个单级配料堆之间采用混凝土隔墙隔离以防止不同粒径单级配料混仓。单级配料堆下设地垄皮带，每个料堆下设3个下料口至地垄皮带。反滤料加工系统生产工艺流程见图1。

表2 反滤料设计控制指标表

图1 反滤料加工系统生产工艺流程图

2.2 反滤料调试生产过程存在的问题

在反滤料生产过程中，其主要控制指标为颗粒级配、最大粒径、细料(石粉)含量。为控制反滤料级配，采用设计上、下包线之间的平均线作为控制标准。反滤料调试生产过程中存在的主要问题为：(1)最大粒径超出设计技术指标要求。 (2)细料(石粉)含量超出设计技术指标要求，特别是反滤料Ⅰ粒径小于0.075 mm的颗粒含量超标较多。

2.3 反滤料调试生产过程采取的改进措施

在调试生产过程中不断调整生产工艺并进行优化改进，历时3个月调试生产完成，生产出质量满足设计技术指标要求的反滤料。在调试生产过程中采取的技术路线及改进措施为：

(1)制订单级配半成品料级配控制标准。为准确控制掺配后反滤料成品料级配，需对各种单级配半成品质量进行控制，参照混凝土用砂石骨料标准[2]并结合反滤料设计技术指标要求，制订了单级配半成品料内部质量控制标准。各单级配内部控制标准：粒径80～20 mm、20～5 mm单级配不允许有超径，逊径含量不大于10%；粒径5～2 mm超径不大于5%，逊径不大于10%；粒径2～0.075 mm超径不大于5%，粒径小于0.075 mm的颗粒含量不大于4%。

(2)从严控制粒径小于0.075 mm的颗粒含量。在调试生产过程中采用“水洗法”检测粒径小于0.075 mm的颗粒含量。

(3)通过调整各级筛网的筛孔尺寸，选择合适的筛孔尺寸。

(4)通过调整细砂的脱粉脱水筛参数，选择合适的振动频率和振幅[3]。

2.4 反滤料生产检测结果

通过在调试生产过程中持续改进，反滤料级配曲线在设计上、下包线范围内，其最大粒径、细料(石粉)含量均处于受控状态。

从开工至今，对飞水岩系统生产的成品料进行了多次抽样检测。反滤料Ⅰ抽检181组，最大粒径为12～30 mm，平均值为16.7 mm，合格率为99.45%；粒径小于0.075 mm的颗粒含量为0.7%～4.8%，平均值为3.5%，合格率为100%。反滤料Ⅱ抽检146组，最大粒径为46～68 mm，平均值为53.1 mm，合格率为100%；粒径小于0.5 mm的颗粒含量为3.1%～6.9%，平均值为5.4%，合格率为100%。

3 反滤料填筑质量控制

3.1 碾压试验及复核试验存在的问题

反滤料碾压试验[4]及复核试验的目的主要是考察设备与施工工艺的符合性，并对设计指标进行验证。碾后检测颗粒级配、相对密度、渗透系数等指标是否满足设计要求。碾压试验及复核试验主要存在以下问题：

(1)反滤料Ⅰ的铺料厚度为30 cm，振动碾压8遍，破碎率达到4.5%，粒径小于0.075 mm的颗粒含量增加了1.5%；反滤料Ⅱ的铺料厚度为30 cm，振动碾压8遍，破碎率达到5.9%，粒径小于0.5 mm的颗粒含量增加了1.8%。在采用相同工艺进行生产性复核试验时，反滤料Ⅰ和反滤料Ⅱ破碎率仍然偏大，细粒(石粉)含量增加较多。

(2)通过不同加水量试验得知反滤料含水率在最大干密度谷点[5]，相对密度降低，不能满足设计要求。

(3)低温季节对已结冰的反滤料进行复核试验得知，其相对密度大幅度降低，在0.64～0.73之间，不能满足设计要求。

3.2 反滤料填筑采取的改进措施

在前期反滤料填筑过程中，通过多次工艺试验调整了反滤料施工参数，碾压后的反滤料技术指标符合设计要求，能够保证填筑质量。所采取的改进措施包括：

(1)通过生产试验，调整了碾压施工参数，降低了碾后破碎率和细粒含量增加量。反滤料Ⅰ采用铺料厚度30 cm，静压8遍+振压2遍的施工工艺，破碎率为1.2%，粒径小于0.075 mm的颗粒含量增加0.4%；反滤料Ⅱ采用静压2遍+振压2遍+静压4遍的施工工艺，破碎率达1.4%，粒径小于0.5 mm的颗粒含量增加0.6%。

(2)通过室内及现场试验确定最大干密度谷点含水率，填筑时应避开谷点含水率。由试验得知：反滤料Ⅰ和反滤料Ⅱ的谷点含水率分别为4.4%、2.1%。

(3)低温季节填筑时反滤料应不结冰且在正温时段施工，对已填筑的反滤料在负温时段应采取保温措施。

(4)反滤料填筑时应防止骨料分离，对已分离的骨料应进行处理。

3.3 反滤料填筑检测结果

从开工至今，对大坝填筑的反滤料进行抽样检测取得的结果表明：反滤料填筑质量处于受控状态。反滤料Ⅰ抽检345组，最大粒径为12～28 mm，平均值为17.3 mm，合格率为99.42%；粒径小于0.075 mm的颗粒含量为1.1%～6%，平均值为3.6 mm，合格率为98.84%；相对密度为0.81～0.98，平均值为0.89，合格率为100%；渗透系数为6.14×10-3～3.83×10-3cm/s，平均值为5.04×10-3cm/s，合格率为100%。反滤料Ⅱ抽检292组，最大粒径为43～76 mm，平均值为53 mm，合格率为100%；粒径小于0.25 mm的颗粒含量为1.6%～5.6%，平均值为3.6%，合格率为98.97%；相对密度为0.85～1，平均值为0.93，合格率为100%；渗透系数为8.42×10-3～1.13×10-1cm/s，平均值为4.36×10-2cm/s，合格率为100%。

4 结 语

(1)双江口水电站反滤料采用生产单级配半成品料、按比例掺拌生产合格成品料的工艺。通过控制单级配半成品料的超逊径含量及石粉，能够准确配制出设计需要级配的反滤料，具有生产质量稳定、波动性小的特点。

(2)双江口水电站反滤料具有碾压后破碎率大、表面石粉多的特性。通过试验，采用合适的碾压工艺能够有效的降低碾压后的破碎率和细料(石粉)含量。

(3)反滤料填筑时，含水率应避免在谷点附近碾压，否则反滤料将无法压实且起不到保护心墙的效果。

(4)对双江口水电站反滤料生产及填筑检测结果进行评定得知：各项指标检测结果合格率较高，反滤料质量总体处于良好的受控状态。