150m以上高面板堆石坝挤压边墙混凝土配合比设计研究

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

目前对于高度在150m以下的混凝土面板堆石坝使用挤压边墙施工已有成熟的经验论证，对于高度在150m以上的混凝土面板堆石坝使用挤压边墙施工目前无经验论证，《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》(DL/T 5297—2013)总则中说明“本规范适用于150m以下的混凝土面板堆石坝挤压边墙施工，150m以上的混凝土面板堆石坝使用挤压边墙施工时，宜进行论证”。150m以上混凝土面板堆石坝挤压边墙施工尚需参考150m以下混凝土面板堆石坝挤压边墙施工技术经验进行控制，因此，开展对阿尔塔什水利枢纽工程高面板堆石坝挤压边墙混凝土质量控制技术的研究，对科学推广挤压边墙这一新技术在高面板堆石坝中的应用，对保证挤压边墙的施工质量，对做好150m以上混凝土面板堆石坝使用挤压边墙混凝土各项性能指标的质量控制至关重要。

1 概 述

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级，在保证向塔里木河生态供水和灌溉用水的前提下，满足防洪、发电等综合利用功能。水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位1820m，最大坝高164.8m，电站装机容量755MW。混凝土挤压式边墙断面为不对称梯形，以铰接的方式使边墙适应垫层区的变形，防止其底部因碾压不达标而形成空腔，有效控制对面板的不利影响。其墙身高度为40cm,上游坡比为1∶1.7，与面板坡比一致，顶部宽度为10cm，底部宽度为83cm，内侧坡比为8∶1。

2 设计要求

分析150m以上高面板堆石坝挤压边墙混凝土各项参数的选定以及施工过程中的质量控制，关键技术指标是控制混凝土抗压强度、抗压弹性模量、渗透系数等参数，统计分析各项参数之间的变化关系对挤压边墙混凝土质量控制的影响，以上参数是控制挤压边墙混凝土质量的核心。因此，结合挤压边墙施工现场施工质量控制检测试验、室内试验、现场生产性试验等多方面考虑，150m以下与150m以上的混凝土面板堆石坝挤压边墙施工混凝土性能技术指标的主要不同点见表1。

从表1可知，本工程设计指标相对要求较高，干密度控制指标要求更大，渗透系数控制指标要小，抗压强度与抗压弹性模量控制指标均给出了控制范围值，技术指标要求不同，对应的配合比设计参数也不同。

挤压边墙混凝土配合比设计试验需考虑以下五个方面的因素：ⓐ较低的水泥用量，满足低强度、低弹性模量要求；ⓑ选择合适的速凝剂，满足垫层料连续填筑施工的要求；ⓒ挤压边墙混凝土具有良好的半透水性，满足与坝体垫层料渗透性能相似的要求；ⓓ混凝土具有干硬性能，满足挤压机施工的要求；ⓔ选择适宜的室内试验成型方式，保证室内试验用混凝土与现场挤压边墙混凝土密度的一致性。

在本工程挤压边墙混凝土配合比设计中，设计干密度控制指标较大，渗透系数指标相对要小一级，为保证较大的干密度和较小的渗透系数，配合比设计中相对应的砂率选择最优砂率，才能挤压出较密实的混凝土，得到最大干密度和较小的渗透系数。

3 挤压边墙混凝土配合比设计试验

3.1 挤压边墙混凝土设计技术指标

挤压边墙混凝土设计技术指标见表1。

表1 挤压边墙混凝土28天性能技术指标要求对比

3.2 挤压边墙混凝土配合比设计

根据设计技术指标要求，挤压边墙混凝土配制按照《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》(DL/T 5422—2009)中挤压边墙混凝土配合比设计要求的过程和方法进行试验。

a.砂率： 试验结果表明，砂∶小石=1∶1，振实容重最大，为最佳级配比例，本次选取砂率为50.0%。

b.用水量： 用水量按照《水电水利工程土工试验规程》(DL/T 5355—2006)中击实试验确定，分别采用3.5%、4.5%、5.5%、6.5%水泥用量，计算各种材料用量，在不同含水率下进行击实试验，以确定混合料的最优含水率。最优含水率试验结果见表2。

表2 击实试验确定最优含水率试验结果

c.确定基本干密度： 按照《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》(DL/T 5422—2009)要求，确定每种水泥用量的基本干密度，进行混凝土配合比拌和物性能试验，其试验成果见表3。

表3 确定每1种水泥用量混凝土基本配合比

d.混凝土拌和物性能试验：其试验成果见表4。

表4 挤压边墙混凝土28天拌合物性能试验结果

e.推荐基本配合比：按各项技术指标满足设计要求的最小水泥用量加0.5%及最优含水率推荐基本配合比，基本配合比采用5.0%水泥用量，推荐挤压式边墙混凝土基本配合比见表5。

表5 推荐挤压边墙混凝土基本配合比

f.场验证试验：按照推荐挤压边墙混凝土基本配合比在现场采用挤压边墙机挤压成型一段挤压边墙试验段，混凝土由搅拌运输车运至试验场地，采用后退法直接卸料进入挤压边墙机进料仓，保证卸料均匀、连续，采用真空负压外加剂喷枪掺入配合比规定的速凝剂，挤压机行走速度控制在40～60m/h，挤压边墙试验段长度不得小于30m，用灌砂法检测其干密度，不少于9组，按保证率90%计算其干密度代表值。其试验成果见表6。

表6 现场密度试验结果

g.验证设计指标试验结果：按现场检测干密度的代表值制备立方体抗压强度、圆柱体抗压强度、弹性模量、渗透系数等检测项目试件，进行拌和物性能试验，检测各项设计指标，其试验成果见表7。

表7 混凝土拌和物28天各项指标物理性能试验结果

试验检测结果表明，混凝土抗压强度、弹性模量、渗透系数各项指标试验结果均满足设计指标要求。

h.推荐挤压边墙混凝土施工配合比：推荐挤压式混凝土边墙施工配合比见表8。

表8 推荐挤压式边墙混凝土施工配合比

3.3 挤压边墙混凝土施工现场质量控制试验检测成果

阿尔塔什挤压边墙混凝土设计要求检测项目均满足设计控制指标要求，采用了灌砂法和蜡封法两种方法进行干密度检测，灌砂法在现场检测过程中混凝土初凝后进行，蜡封法在混凝土终凝后进行取样，一般情况下，现场施工过程中挤压边墙混凝土初凝后即开始摊铺垫层料。因此，在施工工序上来看，灌砂法更能够满足现场施工进度要求。详见表9。

表9 挤压边墙混凝土检测结果

4 挤压边墙混凝土性能试验成果分析

挤压式边墙施工技术自应用以来，不少工程进行了大量的试验研究工作，积累了丰富的经验。尽管挤压式边墙在150m以下面板堆石坝中使用已日趋成熟，但要用于像阿尔塔什工程这样的高坝却有许多问题需要论证和研究，如挤压机械、边墙材料、生产工艺、质量控制标准等。

a.挤压边墙混凝土密度与抗压强度的关系。根据试验成果，回归挤压混凝土28天龄期抗压强度R28与干密度ρ的关系为：

R28=28.333ρ-57.483 (相关系数r=0.9897)

(1)

式中R28——挤压边墙混凝土28天龄期抗压强度,MPa;

ρ——挤压边墙混凝土干密度,g/cm3。

b.挤压边墙混凝土抗压强度与抗压弹性模量的关系。根据试验成果，回归挤压混凝28天龄期抗压强度与静力抗压弹性模量Ec的关系式为：

Ec=0.0014R28-1.3045 (相关系数r=0.9955)

(2)

式中Ec——挤压边墙混凝土28天龄期静力抗压弹性模量，MPa。

c.挤压边墙混凝土抗压强度与渗透系数的关系。试验结果表明，挤压边墙混凝土抗压强度与渗透系数之间没有相关关系，但随挤压边墙混凝土抗压强度的增加，渗透系数有减小的趋势，混凝土抗压强度越大，渗透系数越相对减小。

d.挤压边墙混凝土密度与渗透系数的关系。试验结果表明，挤压边墙混凝土密度与渗透系数之间没有相关关系，但随挤压边墙混凝土干密度的增加，渗透系数有减小的趋势，干密度越大，渗透系数越相对减小。

5 挤压边墙混凝土现场施工质量控制措施

a.严格按照制定的质量管理制度控制施工质量，明确现场各级施工人员和质量管理人员的责任和权利，确保施工质量。

b.检查垫层料碾压后与边墙混凝土的高差和平整度，两者尽可能在同一平面上，控制挤压边墙机行走范围内的起伏差不大于2cm，采用水准仪进行复核检测。

c.在挤压边墙施工前，采用全站仪沿挤压边墙机行走方向精确放线，根据填筑边线测放挤压边墙机内侧行走控制线，在施工过程中严格控制挤压边墙机的行走。

d.施工前确保挤压边墙机在垂直和沿机身方向上处于水平，在施工过程中将水平尺置于挤压边墙机料斗平台上，对其进行水平控制。

e.挤压边墙出模后，对挤压边墙的外形及时检验，并由专人负责缺陷修补。

6 结 语

通过对150m以上高面板堆石坝挤压边墙混凝土质量控制技术的分析和研究，现已制定出科学的、最优的参数组合，综合多次生产性试验和现场生产验证了相应技术特点，对于其在现场施工中所具有的规律性加以明确，对不同环境中的相应问题已制定出科学、合理的处理办法，为今后高面板堆石坝挤压边墙混凝土施工积累了宝贵的经验。

通过研究验证了高面板堆石坝挤压边墙混凝土质量控制技术在现场施工实际应用中的可行性，对挤压边墙施工技术在高面板堆石坝中的推广提供了借鉴，通过试验研究提高该类高面板堆石坝工程中的应用方法，从而降低施工成本，加快施工进度及坝体的稳定性；研究成果可供类似工程参考。