高寒高海拔地区防渗墙混凝土配合比设计及施工质量控制

李清平，李东福

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都 611130）

1 引言

西藏DG水电站地处高海拔高寒缺氧地区，位于海拔3370m以上，冬季环境温度低，极端最高、最低气温分别为32.5℃和-16.6℃，昼夜温差大。恶劣的气候条件，加上冬季低温条件下进行防渗墙工程施工，对混凝土的性能提出了更高的要求。因此，高寒高海拔地区作为防渗墙成墙混凝土进行配合比设计时应充分考虑其混凝土的高流态性、高抗冻性以及满足设计强度，以此为标准进行配合比设计及施工质量控制。

2 原材料选用

原材料的选用需根据材料的产地、价格、质地、运距、产量等方面进行综合考量，并需要根据相应标准进行试验检测。满足要求后进行配合比试验。

按照国家有关规范对原材料进行检测后，混凝土原材料选择如下：①水泥：选用西藏某有限责任公司生产的PO.42.5水泥。②掺合料：掺合料主要选用宁夏某厂II级粉煤灰，其需水比为98%，含水率0.7%。细度10.5%，比重为2.2g/cm3，SO3含量为2.2%，烧失量为6.5%，各项指标满足规范要求。③外加剂：选用四川某混凝土外加剂公司生产的SCTT-1聚羧酸高性能减水剂和SCTT-4引气剂。④砂石骨料：砂石骨料是混凝土的基本组成成分。骨料最大粒径、级配组成和质量，直接决定着水泥用量，影响混凝土性能。本次选用业主临时砂石系统生产的粗细骨料，各项指标满足要求。其检测成果如表1所示。

3 防渗墙高流态混凝土配合比设计

3.1 配合比设计基本原则

①根据工程要求、结构形式、施工条件和原材料状况确定各组成材料的用量，配置出既满足工作性、强度及耐久性等要求，又经济合理的混凝土；②在满足工作要求的前提下，宜选用较小的用水量；③在满足强度、耐久性及其他要求的前提下，选用合适的水胶比；④宜选取最优砂率，既保证混凝土拌合物具有较好的粘聚性，又能达到要求的工作时用水量最小的砂率；⑤宜选用最大粒径的骨料及最佳级配。

当混凝土原材料、生产工艺以及工序既定的情况下，硬化混凝土的性能主要取决于水胶比的大小，水胶比越大，混凝土的强度越低，水胶比越小，混凝土的强度越高。

表1 砂石骨料检测成果表

3.2 高流态混凝土拌合试验

本工程高流态混凝土设计要求为C30W8F150混凝土等级，因此，选用 0.45、0.50、0.55、0.60 四个水胶比，骨料级配为一级配，对每个试配的混凝土进行试验，混凝土各项试验成果如表2所示。

3.3 配置强度及配合比选定

3.3.1 混凝土配置强度

混凝土配合比设计要求满足混凝土的主要设计指标、混凝土强度保证率、均匀性指标和施工和易性，为使混凝土强度保证率满足设计要求，在设计混凝土配合比时，应考虑到施工质量的不均匀性，导致混凝土强度的波动，为使施工中混凝土符合设计要求，在进行混凝土配置强度有一定的富裕度。根据现行DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比设计规程》中“混凝土配合比”的有关要求，配置强度按下式计算：

表2 混凝土各项试验成果

fcu，o=fcu，k+tσ

式中，fcu，o——混凝土的配置强度，Mpa；fcu，k——混凝土设计龄期的强度标准值，Mpa；T——概率度系数，当保证率为P=90%时，t=1.280，保证率为P=95%时，t=1.645；σ——混凝土强度标准差（MPa），其取值参照表3。

表3 混凝土标准差值σ选用值

3.3.2 混凝土配置强度

根据设计要求的强度等级及保证率计算，防渗墙混凝土相应的配置强度为：塌落度220mm±20mm，强度等级（MPa）C30W8F150，强度保证率95%，标准差4.5MPa，配置强度37.4MPa。

通过对混凝土的各种原材料的品质检测、配合比拌合情况和成型试件的抗压及耐久性试验成果，并考虑到水泥原材料品质波动和施工过程中所存在的其他影响因素，确定施工配合比参数为：强度等级为C30W8F150，水胶比为0.45，砂率43%，粉煤灰20%，减水剂1.2%，引气剂0.005%，级配100，配合比为 1：1.58：2.18，施工塌落度 220±20mm。

3.3.3 理论配合比确定

根据试验结果，在满足设计和施工要求的条件下，本着经济节约、优选的原则，确定高流态混凝土C30的理论配合比为水：水泥：煤灰：细骨料：小石：减水剂：引气剂=196：348：87：689：948：5.23：0.218。

4 防渗墙高流态混凝土施工质量控制技术

防渗墙高流态混凝土浇筑采用“水下直升导管法”。水下混凝土浇筑具有很强的隐蔽性，在浇筑过程中容易产生骨料分离等质量问题，因此，必须对水下混凝土的拌制、灌注等进行严格控制。

4.1 混凝土的拌制质量控制

①水下混凝土的拌制，要严格按设计配合比进行拌制，拌制用水水温必须保持5℃以上。每一槽段正式开始浇筑前需进行混凝土试拌，对试拌混凝土的出机温度、塌落度、扩散度、和易性进行检测，各项指标满足要求后方可进行正式拌制，用于现场施工。

②加强检测频率开盘浇筑的前3车以及收盘阶段的最后3车，每车进行混凝土性能检测，中途可间隔2～3车进行检测，检测合格的运输至现场进行浇筑作业，检测不合格的混凝土不得运输至现场进入浇筑施工工序。

③高海拔低温条件下运输混凝土，需对罐车采用保温被进行保温，避免运输过程中外部温度过低，造成混凝土泌水结冰造成混凝土松散，影响质量[1]。

4.2 混凝土浇筑过程质量控制

混凝土浇筑是防渗墙成墙施工的最后一道工序，对防渗墙工程质量有重要影响。因此，需对混凝土质量进行严格把关，对浇筑的每一环节进行严格有效地控制，保证施工质量。

4.2.1 混凝土配置

“水下直升导管法”浇筑混凝土主要是利用混凝土自身重力及产生的落差完成，因此，混凝土的和易性的控制非常重要。为保证灌注的流畅，应保证足够的砂率，同时将混凝土的塌落度控制在20～22cm，进行严格控制。通过利用外加剂等控制混凝土的初凝时间，保证浇筑作业的顺利完成。

4.2.2 固壁泥浆的配置

清孔时泥浆的调配非常重要，泥浆在孔壁形成泥皮，可有效阻止地下水与槽内泥浆的流失混合。泥浆具有预防孔壁坍塌的作用，泥浆密度小容易导致孔壁坍塌，也容易造成泥浆的漏失。所以在工程实践中清孔后膨润土泥浆密度控制在不大于1.15g/cm3，黏土泥浆不大于1.3g/cm3，泥浆粘度控制在不大于30s（马氏漏斗），这在浇筑过程中能够起到很好的固壁作用。

4.2.3 首批混凝土灌注质量控制

首批混凝土灌注应保证足够的混凝土量，在混凝土到达现场前做好所有准备工作，避免混凝土到现场后等待入仓时间过长，造成搅拌时间增长，产生离析现象，在灌注时也会因落差大而增加难度，容易阻塞导管。因此，在操作过程中，要根据实际情况进行起重，有利于减少混凝土在到达孔底部的阻力，顺利完成首次混凝土灌注，也方便后续混凝土的灌注。

4.2.4 浇筑过程控制

①严格控制导管活动

上下提动导管有利于混凝土向周边扩散和后续混凝土的下落。导管上下活动幅度必须控制在导管埋入混凝土深度的三分之一，否则可能会出现道管拔出混凝土面的情况造成浇筑事故。

②控制混凝土灌注速度

水下混凝土灌注要注意速度，快速地灌注才可以有效避免孔的坍塌，及泥浆堆积多厚的现象，混凝土上升速度应控制在4～7m/h，较快的速度，可以避免最上面一层混凝土丧失流动性。此外，不论何时，都要做好因导管进水或是卡管等因素引起的浇筑事故的心理准备，查明事故原因，选取适合的处理方式，及时进行处理。

5 质量检查

混凝土浇筑的质量检查与验收内容：混凝土原材料质量的抽样检验；混凝土的终浇高程；混凝土原材料检验；混凝土出机口和现场取样的物理力学性能检验及其数理统计分析结果；检查孔揭示的墙体均匀性、存在的缺陷及墙段连接情况[2]。

墙体质量检查在成墙后28d进行，检查内容为墙体的物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。检查采用钻孔取芯、注水试验和声波CT检测方法。

通过相关质量控制指标的检测，防渗墙质量优良。

6 结语

高流态混凝土在防渗墙施工中被广泛地采用，但在高寒高海拔地区，尤其是在该类地区冬季进行防渗墙成墙施工的混凝土配合比设计资料还比较缺少，通过合理的配合比设计及全面的施工质量控制技术，可以大大提高混凝土的物理性能，节约成本，确保工程质量和施工进度。