150m以上高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

目前對于高度在150m以下的混凝土面板堆石壩使用擠壓邊墻施工已有成熟的經(jīng)驗論證，對于高度在150m以上的混凝土面板堆石壩使用擠壓邊墻施工目前無經(jīng)驗論證，《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5297—2013)總則中說明“本規(guī)范適用于150m以下的混凝土面板堆石壩擠壓邊墻施工，150m以上的混凝土面板堆石壩使用擠壓邊墻施工時，宜進行論證”。150m以上混凝土面板堆石壩擠壓邊墻施工尚需參考150m以下混凝土面板堆石壩擠壓邊墻施工技術(shù)經(jīng)驗進行控制，因此，開展對阿爾塔什水利樞紐工程高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土質(zhì)量控制技術(shù)的研究，對科學(xué)推廣擠壓邊墻這一新技術(shù)在高面板堆石壩中的應(yīng)用，對保證擠壓邊墻的施工質(zhì)量，對做好150m以上混凝土面板堆石壩使用擠壓邊墻混凝土各項性能指標(biāo)的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

1 概 述

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，是葉爾羌河干流梯級規(guī)劃中“兩庫十四級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態(tài)供水和灌溉用水的前提下，滿足防洪、發(fā)電等綜合利用功能。水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1820m，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW?；炷翑D壓式邊墻斷面為不對稱梯形，以鉸接的方式使邊墻適應(yīng)墊層區(qū)的變形，防止其底部因碾壓不達標(biāo)而形成空腔，有效控制對面板的不利影響。其墻身高度為40cm,上游坡比為1∶1.7，與面板坡比一致，頂部寬度為10cm，底部寬度為83cm，內(nèi)側(cè)坡比為8∶1。

2 設(shè)計要求

分析150m以上高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土各項參數(shù)的選定以及施工過程中的質(zhì)量控制，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是控制混凝土抗壓強度、抗壓彈性模量、滲透系數(shù)等參數(shù)，統(tǒng)計分析各項參數(shù)之間的變化關(guān)系對擠壓邊墻混凝土質(zhì)量控制的影響，以上參數(shù)是控制擠壓邊墻混凝土質(zhì)量的核心。因此，結(jié)合擠壓邊墻施工現(xiàn)場施工質(zhì)量控制檢測試驗、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗等多方面考慮，150m以下與150m以上的混凝土面板堆石壩擠壓邊墻施工混凝土性能技術(shù)指標(biāo)的主要不同點見表1。

從表1可知，本工程設(shè)計指標(biāo)相對要求較高，干密度控制指標(biāo)要求更大，滲透系數(shù)控制指標(biāo)要小，抗壓強度與抗壓彈性模量控制指標(biāo)均給出了控制范圍值，技術(shù)指標(biāo)要求不同，對應(yīng)的配合比設(shè)計參數(shù)也不同。

擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計試驗需考慮以下五個方面的因素：?較低的水泥用量，滿足低強度、低彈性模量要求；?選擇合適的速凝劑，滿足墊層料連續(xù)填筑施工的要求；?擠壓邊墻混凝土具有良好的半透水性，滿足與壩體墊層料滲透性能相似的要求；?混凝土具有干硬性能，滿足擠壓機施工的要求；?選擇適宜的室內(nèi)試驗成型方式，保證室內(nèi)試驗用混凝土與現(xiàn)場擠壓邊墻混凝土密度的一致性。

在本工程擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計中，設(shè)計干密度控制指標(biāo)較大，滲透系數(shù)指標(biāo)相對要小一級，為保證較大的干密度和較小的滲透系數(shù)，配合比設(shè)計中相對應(yīng)的砂率選擇最優(yōu)砂率，才能擠壓出較密實的混凝土，得到最大干密度和較小的滲透系數(shù)。

3 擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計試驗

3.1 擠壓邊墻混凝土設(shè)計技術(shù)指標(biāo)

擠壓邊墻混凝土設(shè)計技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 擠壓邊墻混凝土28天性能技術(shù)指標(biāo)要求對比

3.2 擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求，擠壓邊墻混凝土配制按照《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻混凝土試驗規(guī)程》(DL/T 5422—2009)中擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計要求的過程和方法進行試驗。

a.砂率： 試驗結(jié)果表明，砂∶小石=1∶1，振實容重最大，為最佳級配比例，本次選取砂率為50.0%。

b.用水量： 用水量按照《水電水利工程土工試驗規(guī)程》(DL/T 5355—2006)中擊實試驗確定，分別采用3.5%、4.5%、5.5%、6.5%水泥用量，計算各種材料用量，在不同含水率下進行擊實試驗，以確定混合料的最優(yōu)含水率。最優(yōu)含水率試驗結(jié)果見表2。

表2 擊實試驗確定最優(yōu)含水率試驗結(jié)果

c.確定基本干密度： 按照《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻混凝土試驗規(guī)程》(DL/T 5422—2009)要求，確定每種水泥用量的基本干密度，進行混凝土配合比拌和物性能試驗，其試驗成果見表3。

表3 確定每1種水泥用量混凝土基本配合比

d.混凝土拌和物性能試驗：其試驗成果見表4。

表4 擠壓邊墻混凝土28天拌合物性能試驗結(jié)果

e.推薦基本配合比：按各項技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求的最小水泥用量加0.5%及最優(yōu)含水率推薦基本配合比，基本配合比采用5.0%水泥用量，推薦擠壓式邊墻混凝土基本配合比見表5。

表5 推薦擠壓邊墻混凝土基本配合比

f.場驗證試驗：按照推薦擠壓邊墻混凝土基本配合比在現(xiàn)場采用擠壓邊墻機擠壓成型一段擠壓邊墻試驗段，混凝土由攪拌運輸車運至試驗場地，采用后退法直接卸料進入擠壓邊墻機進料倉，保證卸料均勻、連續(xù)，采用真空負(fù)壓外加劑噴槍摻入配合比規(guī)定的速凝劑，擠壓機行走速度控制在40～60m/h，擠壓邊墻試驗段長度不得小于30m，用灌砂法檢測其干密度，不少于9組，按保證率90%計算其干密度代表值。其試驗成果見表6。

表6 現(xiàn)場密度試驗結(jié)果

g.驗證設(shè)計指標(biāo)試驗結(jié)果：按現(xiàn)場檢測干密度的代表值制備立方體抗壓強度、圓柱體抗壓強度、彈性模量、滲透系數(shù)等檢測項目試件，進行拌和物性能試驗，檢測各項設(shè)計指標(biāo)，其試驗成果見表7。

表7 混凝土拌和物28天各項指標(biāo)物理性能試驗結(jié)果

試驗檢測結(jié)果表明，混凝土抗壓強度、彈性模量、滲透系數(shù)各項指標(biāo)試驗結(jié)果均滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

h.推薦擠壓邊墻混凝土施工配合比：推薦擠壓式混凝土邊墻施工配合比見表8。

表8 推薦擠壓式邊墻混凝土施工配合比

3.3 擠壓邊墻混凝土施工現(xiàn)場質(zhì)量控制試驗檢測成果

阿爾塔什擠壓邊墻混凝土設(shè)計要求檢測項目均滿足設(shè)計控制指標(biāo)要求，采用了灌砂法和蠟封法兩種方法進行干密度檢測，灌砂法在現(xiàn)場檢測過程中混凝土初凝后進行，蠟封法在混凝土終凝后進行取樣，一般情況下，現(xiàn)場施工過程中擠壓邊墻混凝土初凝后即開始攤鋪墊層料。因此，在施工工序上來看，灌砂法更能夠滿足現(xiàn)場施工進度要求。詳見表9。

表9 擠壓邊墻混凝土檢測結(jié)果

4 擠壓邊墻混凝土性能試驗成果分析

擠壓式邊墻施工技術(shù)自應(yīng)用以來，不少工程進行了大量的試驗研究工作，積累了豐富的經(jīng)驗。盡管擠壓式邊墻在150m以下面板堆石壩中使用已日趨成熟，但要用于像阿爾塔什工程這樣的高壩卻有許多問題需要論證和研究，如擠壓機械、邊墻材料、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等。

a.擠壓邊墻混凝土密度與抗壓強度的關(guān)系。根據(jù)試驗成果，回歸擠壓混凝土28天齡期抗壓強度R28與干密度ρ的關(guān)系為：

R28=28.333ρ-57.483 (相關(guān)系數(shù)r=0.9897)

(1)

式中R28——擠壓邊墻混凝土28天齡期抗壓強度,MPa;

ρ——擠壓邊墻混凝土干密度,g/cm3。

b.擠壓邊墻混凝土抗壓強度與抗壓彈性模量的關(guān)系。根據(jù)試驗成果，回歸擠壓混凝28天齡期抗壓強度與靜力抗壓彈性模量Ec的關(guān)系式為：

Ec=0.0014R28-1.3045 (相關(guān)系數(shù)r=0.9955)

(2)

式中Ec——擠壓邊墻混凝土28天齡期靜力抗壓彈性模量，MPa。

c.擠壓邊墻混凝土抗壓強度與滲透系數(shù)的關(guān)系。試驗結(jié)果表明，擠壓邊墻混凝土抗壓強度與滲透系數(shù)之間沒有相關(guān)關(guān)系，但隨擠壓邊墻混凝土抗壓強度的增加，滲透系數(shù)有減小的趨勢，混凝土抗壓強度越大，滲透系數(shù)越相對減小。

d.擠壓邊墻混凝土密度與滲透系數(shù)的關(guān)系。試驗結(jié)果表明，擠壓邊墻混凝土密度與滲透系數(shù)之間沒有相關(guān)關(guān)系，但隨擠壓邊墻混凝土干密度的增加，滲透系數(shù)有減小的趨勢，干密度越大，滲透系數(shù)越相對減小。

5 擠壓邊墻混凝土現(xiàn)場施工質(zhì)量控制措施

a.嚴(yán)格按照制定的質(zhì)量管理制度控制施工質(zhì)量，明確現(xiàn)場各級施工人員和質(zhì)量管理人員的責(zé)任和權(quán)利，確保施工質(zhì)量。

b.檢查墊層料碾壓后與邊墻混凝土的高差和平整度，兩者盡可能在同一平面上，控制擠壓邊墻機行走范圍內(nèi)的起伏差不大于2cm，采用水準(zhǔn)儀進行復(fù)核檢測。

c.在擠壓邊墻施工前，采用全站儀沿擠壓邊墻機行走方向精確放線，根據(jù)填筑邊線測放擠壓邊墻機內(nèi)側(cè)行走控制線，在施工過程中嚴(yán)格控制擠壓邊墻機的行走。

d.施工前確保擠壓邊墻機在垂直和沿機身方向上處于水平，在施工過程中將水平尺置于擠壓邊墻機料斗平臺上，對其進行水平控制。

e.擠壓邊墻出模后，對擠壓邊墻的外形及時檢驗，并由專人負(fù)責(zé)缺陷修補。

6 結(jié) 語

通過對150m以上高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土質(zhì)量控制技術(shù)的分析和研究，現(xiàn)已制定出科學(xué)的、最優(yōu)的參數(shù)組合，綜合多次生產(chǎn)性試驗和現(xiàn)場生產(chǎn)驗證了相應(yīng)技術(shù)特點，對于其在現(xiàn)場施工中所具有的規(guī)律性加以明確，對不同環(huán)境中的相應(yīng)問題已制定出科學(xué)、合理的處理辦法，為今后高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

通過研究驗證了高面板堆石壩擠壓邊墻混凝土質(zhì)量控制技術(shù)在現(xiàn)場施工實際應(yīng)用中的可行性，對擠壓邊墻施工技術(shù)在高面板堆石壩中的推廣提供了借鑒，通過試驗研究提高該類高面板堆石壩工程中的應(yīng)用方法，從而降低施工成本，加快施工進度及壩體的穩(wěn)定性；研究成果可供類似工程參考。