溪洛渡水电站围堰防渗墙塑性混凝土试验

温 强,张灵灵

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川 成都 610072)

1 前 言

混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石(堰)坝体中连续造孔成槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑塑性混凝土(自流平)而建成的地下连续墙。就其受力特点而言,塑性混凝土属于压剪型构件,变形存在多样性。当塑性混凝土防渗墙处于工作状态时,由围堰上下游围土尤其是堰体上部的巨大荷重而产生沉降,墙体两侧产生向下的剪力,若采用与围土弹性模量较为接近的塑性混凝土材料,会使防渗墙的应力状态有本质的改变,能够较好地减少因应力过大而造成混凝土开裂,从而提高防渗墙的耐久性。

溪洛渡水电站上游防渗墙最大深度 52.0m,厚度 1.0m,防渗轴线长度为 120.23m,防渗面积为4296.12m2。下游防渗墙最大深度 52.2m,厚度1.0m,防渗轴线长度约为 97.85m,防渗面积为3356.75m2。2007年 12月 01日上游围堰防渗墙开钻,2007年 12月 29日～2008年 03月 24日上下游防渗墙完成塑性混凝土浇筑,共计 115日。上游围堰结构布置见图1。

2 设计要求的塑性混凝土性能指标

设计要求防渗墙具有弹性模量低、弹强比小、极限变形大,以适应围土变形、抗渗性能较高的特点。设计指标要求:水胶比不大于 0.55,水泥不低于 325号,粉煤灰不低于Ⅱ级,采用人工砂,细度模数 2.68-3.0,粗骨料最大粒径为 20mm。28d抗压强度不小于 5MPa,弹性模量不大于 1500～2000MPa,渗透系数不大于 1×10-7cm/s。混凝土入孔时坍落度为 18～22cm,扩散度 34～40cm。混凝土容重不小于2100kg/m3。

3 塑性混凝土配合比设计

塑性混凝土是用膨润土或黏土材料取代普通混凝土中部分水泥形成的柔性墙体材料,并能起到降低弹性模量、增加其和易性、改善混凝土性能的作用。根据设计提出的水胶比较小、抗压强度要求较高的特点,综合考虑溪洛渡工地原材料特性,其中水泥、膨润土是影响弹性模量最为显著的主要因素,由于要求的水胶比小,拌合物流动度难以达到要求。初步考虑,进行以下配合比设计:

(1)选择水泥用量。根据以往工程经验,水泥用量多、弹性模量高,配合比设计时应优先选用较低水泥用量、强度等级较高的水泥(P.MH42.5中热水泥),水泥用量选择在 80～190kg/m3。

(2)膨润土、黏土作为塑性混凝土主要材料之一,与水混合后膨胀几倍到几十倍,增加混凝土的粘度、润滑性能、触变性能,掺量不得低于 40kg/m3,同时掺入适量的黏土,一般是不低于膨润土的 2倍。

(3)粉煤灰的应用较为广泛,可取代部分水泥,降低水泥水化热,改善混凝土性能,降低弹性模量,增加防渗墙抗侵蚀性能力,后期强度增长较高。

图1 上游围堰结构布置示意

(4)采用人工砂,选定最优砂率。应在塑性混凝土单位用水量最低,满足流动性的情况下,确定最优砂率。

(5)充分利用现有聚羧酸等高效减水剂、引气剂的优势,降低塑性混凝土单位用水量、弹性模量,缩小水灰比。

(6)粗骨料选择采用一级配玄武岩人工骨料,最大粒径为 20mm。

同时应综合考虑结构安全性、耐久性,施工方法,降低工程造价等要求。

4 塑性混凝土配合比试验

4.1 原材料试验

水泥:选用云南华新水泥厂生产的 P.MH42.5中热水泥,物理力学性能见表1。

粉煤灰:为宣威Ⅰ级粉煤灰,物理性能见表2。

砂石骨料:采用塘房坪料场生产的人工混合石灰岩砂,黄桷堡骨料系统生产的玄武岩 5～20mm碎石。骨料性能见表3。

膨润土、黏土材料:分别由湖南澧县、四川名山县厂家生产,其性能指标见表4。

外加剂:采用现有聚羧酸高效减水剂、AIR202引气剂,其性能指标见表5。

4.2 配合比选择试验

试验材料采用自落式拌合机拌合,人工插捣成型,脱模后试件进入标准养护室养护。根据不同的混凝土试拌配合比,分别进行了拌合物凝结时间和不同龄期混凝土抗压强度、弹性模量、渗透系数试验,结果见表6。

表1 水泥物理力学性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 砂石物理性能

表4 黏土、膨润土性能指标

表5 聚羧酸 JM-PCA减水剂、AIR 202引气剂性能指标

表6 塑性混凝土配合比试验结果

表6中编号 1～5号对不同的胶凝材料用量进行调整试验,数据表明:单掺或双掺膨润土、黏土及粉煤灰虽能显著降低混凝土弹性模量,但混凝土单位用水量较高,水胶比偏大。其中膨润土对用水量影响最为显著,同时拌合物的流动性偏下限,抗压强度均未达到设计强度。通过 6号、7号两组试验数据对比发现,在膨润土掺量不小于 40kg/m3条件下,增大 JM-PCA聚羧酸高效减水剂、AIR202引气剂掺量,控制混凝土含气量在 5.5%左右,对粉煤灰、黏土量作相应调整,可降低混凝土单位用水量,提高混凝土拌合物的流动性,降低水胶比,在一定程度上降低混凝土弹性模量,使混凝土的塑性得到提高,抗压强度均能满足设计要求。

试验结果显示:水泥用量控制在 180kg/m3左右,双掺膨润土、黏土及粉煤灰,掺入聚羧酸高效减水剂、AIR202引气剂,提高了混凝土变形适应能力与塑性混凝土的抗渗性能。

选定施工配合比:据复核试验结果,定 7号配合比为塑性混凝土施工配合比(见表7)。该配合比的水胶比为 0.62,大于设计水胶比 0.55。经与设计协商,认为通过试验论证,0.62水胶比能满足要求。

5 防渗墙塑性混凝土(拌合物)取样检测结果

拌合楼机口取样 ,混凝土拌合物均匀性较好,抗压强度离差系数较小。拌合物出机口坍落度在185～240mm之间,仓面溜槽下料骨料无分离现象,基本接近自流平混凝土。试验统计结果见表8、9。

6 混凝土芯样质量检测和渗压监测结果

芯样的试验结果均达到设计要求(见表10)。

根据上下游防渗墙渗压计监测资料表明,2008年 06月 21日至 07月 05日上游围堰水位为 382.93～390.08m,渗压计监测水位为 369.02～369.15m,监测数据两周水位变化量为 0.13m。下游围堰水位为 380.67～387.04m,渗压计监测水位为 362.66m～363.10m,监测数据两周水位变化量为 0.40m。

表7 防渗墙塑性混凝土配合比 kg

表8 塑性混凝土 28天强度检测结果统计

表9 塑性混凝土出机口坍落度检测结果统计

表10 塑性混凝土芯样试验结果

现场上游围堰防渗墙注水试验 20个段次,渗透系数 9.76×10-7～7.85×10-9cm/s,透水率 0.96～3.57Lu。下游围堰防渗墙注水试验 22个段次,渗透系数 4.27×10-7～1.11×10-9cm/s,透水率 1.64～2.31Lu。试验资料表明,围堰防渗墙防渗效果较好,能够满足工程施工要求。

7 结束语

塑性混凝土配合比设计与施工直接关系到大坝围堰工程质量的好坏,溪洛渡工程塑性混凝土防渗墙具有应力状态好,工程造价低和施工简便等特点。钻孔芯样,外观致密性较好、试验结果的各项指标均能满足要求。工程实践证明,采用科学的塑性混凝土试验方法,综合利用外加剂及各种材料优势,是工程质量成功的保证。随着塑性混凝土配合比多种材料的试验研究深入,塑性混凝土技术将得到进一步的提高。