溪洛渡水電站圍堰防滲墻塑性混凝土試驗

溫 強,張靈靈

(四川二灘國際工程咨詢有限責(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,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)力過大而造成混凝土開裂,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 115日。上游圍堰結(jié)構(gòu)布置見圖1。

2 設(shè)計要求的塑性混凝土性能指標(biāo)

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

3 塑性混凝土配合比設(shè)計

塑性混凝土是用膨潤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)計提出的水膠比較小、抗壓強度要求較高的特點,綜合考慮溪洛渡工地原材料特性,其中水泥、膨潤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,拌合物流動度難以達到要求。初步考慮,進行以下配合比設(shè)計:

(1)選擇水泥用量。根據(jù)以往工程經(jīng)驗,水泥用量多、彈性模量高,配合比設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用較低水泥用量、強度等級較高的水泥(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、潤滑性能、觸變性能,摻量不得低于 40kg/m3,同時摻入適量的黏土,一般是不低于膨潤土的 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,后期強度增長較高。

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,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配玄武巖人工骨料,最大粒徑為 20mm。

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

4 塑性混凝土配合比試驗

4.1 原材料試驗

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)性能見表1。

粉煤灰:為宣威Ⅰ級粉煤灰,物理性能見表2。

砂石骨料:采用塘房坪料場生產(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。骨料性能見表3。

膨潤土、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)見表5。

4.2 配合比選擇試驗

試驗材料采用自落式拌合機拌合,人工插搗成型,脫模后試件進入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護。根據(jù)不同的混凝土試拌配合比,分別進行了拌合物凝結(jié)時間和不同齡期混凝土抗壓強度、彈性模量、滲透系數(shù)試驗,結(jié)果見表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結(jié)果

表6中編號 1～5號對不同的膠凝材料用量進行調(diào)整試驗,數(shù)據(jù)表明:單摻或雙摻膨潤土、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。其中膨潤土對用水量影響最為顯著,同時拌合物的流動性偏下限,抗壓強度均未達到設(shè)計強度。通過 6號、7號兩組試驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),在膨潤土摻量不小于 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,抗壓強度均能滿足設(shè)計要求。

試驗結(jié)果顯示:水泥用量控制在 180kg/m3左右,雙摻膨潤土、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)核試驗結(jié)果,定 7號配合比為塑性混凝土施工配合比(見表7)。該配合比的水膠比為 0.62,大于設(shè)計水膠比 0.55。經(jīng)與設(shè)計協(xié)商,認(rèn)為通過試驗論證,0.62水膠比能滿足要求。

5 防滲墻塑性混凝土(拌合物)取樣檢測結(jié)果

拌合樓機口取樣 ,混凝土拌合物均勻性較好,抗壓強度離差系數(shù)較小。拌合物出機口坍落度在185～240mm之間,倉面溜槽下料骨料無分離現(xiàn)象,基本接近自流平混凝土。試驗統(tǒng)計結(jié)果見表8、9。

6 混凝土芯樣質(zhì)量檢測和滲壓監(jiān)測結(jié)果

芯樣的試驗結(jié)果均達到設(shè)計要求(見表10)。

根據(jù)上下游防滲墻滲壓計監(jiān)測資料表明,2008年 06月 21日至 07月 05日上游圍堰水位為 382.93～390.08m,滲壓計監(jiān)測水位為 369.02～369.15m,監(jiān)測數(shù)據(jù)兩周水位變化量為 0.13m。下游圍堰水位為 380.67～387.04m,滲壓計監(jiān)測水位為 362.66m～363.10m,監(jiān)測數(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天強度檢測結(jié)果統(tǒng)計

表9 塑性混凝土出機口坍落度檢測結(jié)果統(tǒng)計

表10 塑性混凝土芯樣試驗結(jié)果

現(xiàn)場上游圍堰防滲墻注水試驗 20個段次,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 22個段次,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

塑性混凝土配合比設(shè)計與施工直接關(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,工程造價低和施工簡便等特點。鉆孔芯樣,外觀致密性較好、試驗結(jié)果的各項指標(biāo)均能滿足要求。工程實踐證明,采用科學(xué)的塑性混凝土試驗方法,綜合利用外加劑及各種材料優(yōu)勢,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研究深入,塑性混凝土技術(shù)將得到進一步的提高。