谈设计指标对混凝土防渗墙性能的影响

郭士红，常倩倩，魏莹莹

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

谈设计指标对混凝土防渗墙性能的影响

郭士红，常倩倩，魏莹莹

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

本文根据平原水库塑性混凝土防渗墙的特性，论述了塑性混凝土防渗墙三大设计指标：弹性模量、渗透系数和抗压强度的变化趋势，并提出了该三大指标的控制目标、方法和具体控制范围，明确了塑性混凝土防渗墙应重点是控制墙体的渗透系数。

平原水库；塑性混凝土防渗墙；设计指标

近年来，塑性混凝土防渗墙发展较快，但至今没有塑性混凝土防渗墙的设计规范，相关设计规范《碾压式土石坝设计规范》（SL-274-2001）和《南水北调工程平原水库技术规程》（NSBD-2009）中有一些相关条文，不系统、不具体，概念性的提法多，没有具体指导、规范工程设计指标和塑性混凝土配比试验。本文具体提出了平原水库塑性混凝土防渗墙的设计弹性模量、渗透系数和抗压强度合理取值范围和方法，供平原水库塑性混凝土防渗墙设计参考。

1 塑性混凝土防渗墙主要设计指标

塑性混凝土弹性模量（E）、渗透系数(K)、抗压强度（R）是塑性混凝土防渗墙的主要设计指标。由于塑性混凝土的塑性变形特征，三大指标间不存在单一的相关关系，他们之间相互影响，关系十分复杂。在已有的塑性混凝土防渗墙设计中，选用的指标差别也很大。

1.1 E～K～R的变化特点

表1中列出了国内一些塑性防渗墙的主要设计指标，图1为E～K～R散布图。从图中看出，弹性模量，渗透系数和抗压强度的分布比较散乱。①弹性模量从200～1500MPa，最大的为大站水库3300MPa；抗压强度从1.2～7.4MPa，最大的为岳城水库7.43MPa；渗透系数从2×10-8～8×10-7cm/s。②不同塑性混凝土材料E～R不尽相同。

图1 E～K～R散布图

1.2 塑性混凝土材料对三大指标影响的规律

从表1中看出，材料品质，材料组成，配比，砂率，以及周边介质对三大指标都有较大影响。

1）水泥强度高，水泥掺量大，塑性混凝土强度和渗透系数能满足设计要求，但弹性模量会超出设计控制目标。

2）增加黏土、膨润土和粉煤灰掺量，塑性混凝土抗压强度和弹性模量随之降低，防渗墙稳定性降低，影响防渗墙性能。

塑性混凝土材料的选取对三大指标影响十分复杂，增加了塑性混凝土配比试验的难度。

2 防渗墙三大设计指标的合理控制

2.1 塑性混凝土防渗墙特征

平原水库塑性混凝土防渗墙具有以下特点：①防渗安全要求条件高。平原水库建设的设计趋势是加大坝高，减少水库占地，但抬高水位加大了防渗墙的荷载，既保证防渗墙安全，又要保证低弹模和小渗透系数，必须有科学的塑性混凝土配比设计。②防渗墙应力相对较低。平原水库的围坝，作用于防渗墙上的荷载不大，塑性防渗墙的压应力不超过2MPa，一般不产生拉力。如东湖水库，围坝最大坝高13.7m，最大压应力为1.18MPa；双王城水库围坝最大坝高12.5m，最大压应力1.43MPa。

表1 已建塑性混凝土防渗墙塑性混凝土主要设计指标

2.2 塑性混凝土三大指标控制原则

1）渗透系数控制。坝基不产生渗透变形，坝后覆盖层岀逸坡降J小于允许坡降［J］；坝后不产生沼泽化，地下水位无明显抬高，截渗层渗漏量减少90%以上，或渗漏量减至1.0m3/d·m。

2）弹性模量控制。应力应变曲线与土质一致，适应莫尔～库伦破坏理论。

3）抗压强度控制。塑性混凝土强度控制应满足两个条件：①塑性混凝土设计抗压强度不小于塑性混凝土防渗墙的最大压应力。②在土石坝应力—位移分析中，采用剪应力动用水平≤1控制。

2.3 塑性混凝土防渗墙三大指标合理控制范围

目前平原水库塑性混凝土防渗墙三大指标的适宜控制范围。

渗透系数K：（0.8≤K＜5.0）×10-7cm/s；

弹性模量E：200≤E＜1500MPa；

抗压强度R：1.5≤R＜5.0MPa。

算例：（1）双王城水库渗流计算，K=0.8×10-7cm/s和K=5.0×10-7cm/s；计算成果见表2。

表2 双王城水库渗流计算成果

（2）双王城水库围坝应力～应变计算，E=200MPa和E=1500MPa；计算成果见表3。

表3 双王城水库围坝应力计算成果

3 结语

塑性混凝土的弹性模量、渗透系数和抗压强度三大指标之间关系复杂，存在一定的变化趋势，变化范围大，调节范围也大。

平原水库塑性混凝土防渗墙，渗透系数是三大设计指标的控制重点。对设计渗透系数的控制目标是：坝基不产生渗透变形，截断的透水地层的渗流量减少90%以上；对设计变形模量的控制，保证防渗墙为塑性变形材料；对设计抗压强度控制，使墙体最大应力不大于按莫尔—库仑理论计算的抗压强度（安全系数采用碾压式土石坝设计规范中相应的稳定计算安全系数）。

（责任编辑迟明春）

TU755.8

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1009-6159（2017）-01-0005-02

2016-06-05

郭士红（1979—），女，工程师