溪洛渡水電站圍堰防滲墻塑性混凝土試驗(yàn)

溫 強(qiáng),張靈靈

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)

1 前 言

混凝土防滲墻是在松散透水地基或土石(堰)壩體中連續(xù)造孔成槽,以泥漿固壁,在泥漿下澆筑塑性混凝土(自流平)而建成的地下連續(xù)墻。就其受力特點(diǎn)而言,塑性混凝土屬于壓剪型構(gòu)件,變形存在多樣性。當(dāng)塑性混凝土防滲墻處于工作狀態(tài)時(shí),由圍堰上下游圍土尤其是堰體上部的巨大荷重而產(chǎn)生沉降,墻體兩側(cè)產(chǎn)生向下的剪力,若采用與圍土彈性模量較為接近的塑性混凝土材料,會(huì)使防滲墻的應(yīng)力狀態(tài)有本質(zhì)的改變,能夠較好地減少因應(yīng)力過(guò)大而造成混凝土開(kāi)裂,從而提高防滲墻的耐久性。

溪洛渡水電站上游防滲墻最大深度 52.0m,厚度 1.0m,防滲軸線長(zhǎng)度為 120.23m,防滲面積為4296.12m2。下游防滲墻最大深度 52.2m,厚度1.0m,防滲軸線長(zhǎng)度約為 97.85m,防滲面積為3356.75m2。2007年 12月 01日上游圍堰防滲墻開(kāi)鉆,2007年 12月 29日～2008年 03月 24日上下游防滲墻完成塑性混凝土澆筑,共計(jì) 115日。上游圍堰結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1。

2 設(shè)計(jì)要求的塑性混凝土性能指標(biāo)

設(shè)計(jì)要求防滲墻具有彈性模量低、彈強(qiáng)比小、極限變形大,以適應(yīng)圍土變形、抗?jié)B性能較高的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)指標(biāo)要求:水膠比不大于 0.55,水泥不低于 325號(hào),粉煤灰不低于Ⅱ級(jí),采用人工砂,細(xì)度模數(shù) 2.68-3.0,粗骨料最大粒徑為 20mm。28d抗壓強(qiáng)度不小于 5MPa,彈性模量不大于 1500～2000MPa,滲透系數(shù)不大于 1×10-7cm/s?；炷寥肟讜r(shí)坍落度為 18～22cm,擴(kuò)散度 34～40cm。混凝土容重不小于2100kg/m3。

3 塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)

塑性混凝土是用膨潤(rùn)土或黏土材料取代普通混凝土中部分水泥形成的柔性墻體材料,并能起到降低彈性模量、增加其和易性、改善混凝土性能的作用。根據(jù)設(shè)計(jì)提出的水膠比較小、抗壓強(qiáng)度要求較高的特點(diǎn),綜合考慮溪洛渡工地原材料特性,其中水泥、膨潤(rùn)土是影響彈性模量最為顯著的主要因素,由于要求的水膠比小,拌合物流動(dòng)度難以達(dá)到要求。初步考慮,進(jìn)行以下配合比設(shè)計(jì):

(1)選擇水泥用量。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),水泥用量多、彈性模量高,配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用較低水泥用量、強(qiáng)度等級(jí)較高的水泥(P.MH42.5中熱水泥),水泥用量選擇在 80～190kg/m3。

(2)膨潤(rùn)土、黏土作為塑性混凝土主要材料之一,與水混合后膨脹幾倍到幾十倍,增加混凝土的粘度、潤(rùn)滑性能、觸變性能,摻量不得低于 40kg/m3,同時(shí)摻入適量的黏土,一般是不低于膨潤(rùn)土的 2倍。

(3)粉煤灰的應(yīng)用較為廣泛,可取代部分水泥,降低水泥水化熱,改善混凝土性能,降低彈性模量,增加防滲墻抗侵蝕性能力,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較高。

圖1 上游圍堰結(jié)構(gòu)布置示意

(4)采用人工砂,選定最優(yōu)砂率。應(yīng)在塑性混凝土單位用水量最低,滿足流動(dòng)性的情況下,確定最優(yōu)砂率。

(5)充分利用現(xiàn)有聚羧酸等高效減水劑、引氣劑的優(yōu)勢(shì),降低塑性混凝土單位用水量、彈性模量,縮小水灰比。

(6)粗骨料選擇采用一級(jí)配玄武巖人工骨料,最大粒徑為 20mm。

同時(shí)應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)安全性、耐久性,施工方法,降低工程造價(jià)等要求。

4 塑性混凝土配合比試驗(yàn)

4.1 原材料試驗(yàn)

水泥:選用云南華新水泥廠生產(chǎn)的 P.MH42.5中熱水泥,物理力學(xué)性能見(jiàn)表1。

粉煤灰:為宣威Ⅰ級(jí)粉煤灰,物理性能見(jiàn)表2。

砂石骨料:采用塘房坪料場(chǎng)生產(chǎn)的人工混合石灰?guī)r砂,黃桷堡骨料系統(tǒng)生產(chǎn)的玄武巖 5～20mm碎石。骨料性能見(jiàn)表3。

膨潤(rùn)土、黏土材料:分別由湖南澧縣、四川名山縣廠家生產(chǎn),其性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

外加劑:采用現(xiàn)有聚羧酸高效減水劑、AIR202引氣劑,其性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

4.2 配合比選擇試驗(yàn)

試驗(yàn)材料采用自落式拌合機(jī)拌合,人工插搗成型,脫模后試件進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。根據(jù)不同的混凝土試拌配合比,分別進(jìn)行了拌合物凝結(jié)時(shí)間和不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表6。

表1 水泥物理力學(xué)性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 砂石物理性能

表4 黏土、膨潤(rùn)土性能指標(biāo)

表5 聚羧酸 JM-PCA減水劑、AIR 202引氣劑性能指標(biāo)

表6 塑性混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

表6中編號(hào) 1～5號(hào)對(duì)不同的膠凝材料用量進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn),數(shù)據(jù)表明:單摻或雙摻膨潤(rùn)土、黏土及粉煤灰雖能顯著降低混凝土彈性模量,但混凝土單位用水量較高,水膠比偏大。其中膨潤(rùn)土對(duì)用水量影響最為顯著,同時(shí)拌合物的流動(dòng)性偏下限,抗壓強(qiáng)度均未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。通過(guò) 6號(hào)、7號(hào)兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),在膨潤(rùn)土摻量不小于 40kg/m3條件下,增大 JM-PCA聚羧酸高效減水劑、AIR202引氣劑摻量,控制混凝土含氣量在 5.5%左右,對(duì)粉煤灰、黏土量作相應(yīng)調(diào)整,可降低混凝土單位用水量,提高混凝土拌合物的流動(dòng)性,降低水膠比,在一定程度上降低混凝土彈性模量,使混凝土的塑性得到提高,抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)結(jié)果顯示:水泥用量控制在 180kg/m3左右,雙摻膨潤(rùn)土、黏土及粉煤灰,摻入聚羧酸高效減水劑、AIR202引氣劑,提高了混凝土變形適應(yīng)能力與塑性混凝土的抗?jié)B性能。

選定施工配合比:據(jù)復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果,定 7號(hào)配合比為塑性混凝土施工配合比(見(jiàn)表7)。該配合比的水膠比為 0.62,大于設(shè)計(jì)水膠比 0.55。經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)商,認(rèn)為通過(guò)試驗(yàn)論證,0.62水膠比能滿足要求。

5 防滲墻塑性混凝土(拌合物)取樣檢測(cè)結(jié)果

拌合樓機(jī)口取樣 ,混凝土拌合物均勻性較好,抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)較小。拌合物出機(jī)口坍落度在185～240mm之間,倉(cāng)面溜槽下料骨料無(wú)分離現(xiàn)象,基本接近自流平混凝土。試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表8、9。

6 混凝土芯樣質(zhì)量檢測(cè)和滲壓監(jiān)測(cè)結(jié)果

芯樣的試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)表10)。

根據(jù)上下游防滲墻滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)資料表明,2008年 06月 21日至 07月 05日上游圍堰水位為 382.93～390.08m,滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)水位為 369.02～369.15m,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)兩周水位變化量為 0.13m。下游圍堰水位為 380.67～387.04m,滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)水位為 362.66m～363.10m,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)兩周水位變化量為 0.40m。

表7 防滲墻塑性混凝土配合比 kg

表8 塑性混凝土 28天強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表9 塑性混凝土出機(jī)口坍落度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表10 塑性混凝土芯樣試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)上游圍堰防滲墻注水試驗(yàn) 20個(gè)段次,滲透系數(shù) 9.76×10-7～7.85×10-9cm/s,透水率 0.96～3.57Lu。下游圍堰防滲墻注水試驗(yàn) 22個(gè)段次,滲透系數(shù) 4.27×10-7～1.11×10-9cm/s,透水率 1.64～2.31Lu。試驗(yàn)資料表明,圍堰防滲墻防滲效果較好,能夠滿足工程施工要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)與施工直接關(guān)系到大壩圍堰工程質(zhì)量的好壞,溪洛渡工程塑性混凝土防滲墻具有應(yīng)力狀態(tài)好,工程造價(jià)低和施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。鉆孔芯樣,外觀致密性較好、試驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。工程實(shí)踐證明,采用科學(xué)的塑性混凝土試驗(yàn)方法,綜合利用外加劑及各種材料優(yōu)勢(shì),是工程質(zhì)量成功的保證。隨著塑性混凝土配合比多種材料的試驗(yàn)研究深入,塑性混凝土技術(shù)將得到進(jìn)一步的提高。