陳海龍,文 尚

(1.廣西右江水利開發(fā)有限責(zé)任公司,廣西 百色 533000;2.廣東省機(jī)電設(shè)備招標(biāo)中心,廣東 廣州 510030)

1 前 言

四川雜谷腦河獅子坪水電站是雜谷腦河梯級(jí)水電開發(fā)的龍頭水庫電站,主要由攔河壩、泄洪洞、導(dǎo)流(放空)洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地下廠房等建筑物組成。攔河壩為碎石土心墻堆石壩,壩頂長 309.40m,最大壩高達(dá) 136m。水庫總庫容1.33億 m3,調(diào)節(jié)庫容 1.19億 m3,為年調(diào)節(jié)水庫。電站設(shè)計(jì)水頭 390.0m,引用流量 57.0m3/s;保證出力 59.9MW,多年平均發(fā)電量 8.76億 kW·h。

壩基采用混凝土防滲墻全封閉防滲,墻頂設(shè)觀測、檢修、灌漿廊道與兩岸帷幕灌漿平洞相連。混凝土防滲墻施工軸線與大壩軸線重合,防滲墻全長85.38m,墻體厚度為 1.2m,防滲墻底部嵌入巖石至少 1m,基巖面斷面為 “V”形,基巖面陡坡傾角最大為 85°,最大造孔深度為 101.8m(S08-3孔造孔深度達(dá) 101.8m,S08號(hào)槽平均深度達(dá) 100.23m),大部分槽段平均孔深超過 90m,是國內(nèi)目前最深的一道混凝土防滲墻。

2 防滲墻混凝土的技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)要求

經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算,防滲墻墻體材料采用高強(qiáng)度低彈性模量的新型混凝土材料,其技術(shù)指標(biāo)見表1。

根據(jù)防滲墻混凝土自身特點(diǎn)及具體施工需要,要求混凝土坍落度為 180～220mm,擴(kuò)散度為 340～400mm;初凝大于 6h,終凝小于 24h。

另根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求,獅子坪大壩混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)齡期為 360d。因國內(nèi)外類似的防滲墻混凝土工程較少,缺乏類似的試驗(yàn)資料,而在工程開工后要盡快確定施工配合比,在工期緊迫、資料缺乏的情況下,因此研究決定在混凝土 90d的試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上以 90d的混凝土強(qiáng)度作為中間指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場混凝土澆筑施工,同時(shí)施工現(xiàn)場增加對(duì)混凝土的質(zhì)量控制和施工過程中的階段評(píng)定。為此在施工過程中要求增加 28d齡期抗壓強(qiáng)度的取樣,作為施工時(shí)的混凝土質(zhì)量過程控制的一個(gè)措施,為是否能夠滿足 90d、360d齡期抗壓強(qiáng)度作參考;同時(shí)在施工過程中要做到多取樣,在后期要通過檢查孔取芯壓水及室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn),以便有效掌握混凝土配合比是否滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 防滲墻混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

3 防滲墻混凝土配合比及性能

3.1 主要原材料

(1)水泥:水泥采用四川德陽川雄建材有限公司生產(chǎn)的“川雄”牌 P.O 42.5普通硅酸鹽水泥,其主要力學(xué)指標(biāo)符合 GB175-1999標(biāo)準(zhǔn)。

(2)粉煤灰:粉煤灰采用四川彭州關(guān)電粉煤灰場生產(chǎn)的“關(guān)電”牌Ⅱ級(jí)粉煤灰,其品質(zhì)滿足 DL/T5055-1996《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)程》的要求。

(3)骨料:采用理縣畢棚溝莊房料場的天然砂石骨料。砂子細(xì)度模數(shù)為 2.75,屬中中砂;粗骨料粒徑分別為小石 5～20mm、中石 20～40mm,砂石骨料經(jīng)過二次篩分無超遜徑。

(4)外加劑:選用了四川晶華化工有限公司生產(chǎn)的 QH-HP外加劑,檢測結(jié)果符合 DL/T5100-1999《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》的要求。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

3.2.1 骨料級(jí)配試驗(yàn)

骨料最優(yōu)級(jí)配采用最大振實(shí)容重法,對(duì)粗骨料二級(jí)配的各級(jí)石子按不同比例進(jìn)行容重檢測。檢測結(jié)果表明:當(dāng)小石∶中石 =40∶60時(shí),其振實(shí)容重最大,孔隙最小,應(yīng)為最佳級(jí)配。但根據(jù)獅子坪大壩混凝土防滲墻的混凝土特性,要求較高強(qiáng)度、低彈性模量、大坍落度、泵送,骨料的彈性模量與它在混凝土中所占體積對(duì)混凝土彈性模量會(huì)有影響。因此,為降低混凝土骨架的剛度,經(jīng)綜合考慮,試驗(yàn)中二級(jí)配比例采用小石∶中石 =60∶40。

3.2.2 砂率選擇試驗(yàn)

砂率大小是影響混凝土和易性及強(qiáng)度的主要因素。在實(shí)驗(yàn)中采用固定水膠比 0.40、單位用水量的前提下,變動(dòng)砂率測定混凝土坍落度、擴(kuò)散度、強(qiáng)度、彈性模量,從而選出水膠比的最佳砂率。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)砂率在44%～48%范圍內(nèi),混凝土和易性均好。砂率在46%時(shí)混凝土強(qiáng)度、坍落度和擴(kuò)散度具有明顯優(yōu)勢。為提高混凝土的柔性,減小剛度,利于防滲墻混凝土大坍落度、高流動(dòng)性的施工操作,砂率選定為 46%。

3.3 防滲墻混凝土基本性能

3.3.1 混凝土力學(xué)性能

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明:在摻 40%粉煤灰的情況下,混凝土強(qiáng)度隨水膠比增大而降低。水膠比在 0.48～0.36之間時(shí),混凝土 90d抗壓強(qiáng)度范圍 38.6～55.7MPa;水膠比為 0.48時(shí),強(qiáng)度可達(dá) 38.6MPa,滿足設(shè)計(jì)C30的強(qiáng)度要求。

試驗(yàn)表明,水膠比在 0.40時(shí),砂率選為 46%,砂漿量有富余,可提高混凝土的柔性,減小剛度,利于防滲墻混凝土大坍落度、高流動(dòng)性的施工操作。因此水膠比在 0.48～0.44時(shí),砂率均選為 47%。

水膠比在 0.48～0.36之間時(shí),90d混凝土彈性模量變化范圍在 2.68×104～3.05×104MPa,并隨水膠比降低而增大。水膠比為 0.48～0.44時(shí),彈性模量為 2.68×104～2.77×104MPa,均可以滿足 E90≤280×104MPa的設(shè)計(jì)要求。

3.3.2 混凝土耐久性能

室內(nèi) 90d混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù) DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》、SL211-98《水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ55-2000、J64-2000《普通混凝土配合比施工規(guī)范》,混凝土滿足抗凍等級(jí) F100時(shí),水膠比小于 0.55,抗?jié)B等級(jí)滿足 W 12時(shí),水膠比應(yīng)小于 0.45。

混凝土 90d耐久性試驗(yàn)表明,水膠比在 0.48～0.40時(shí),均可以滿足 F100的設(shè)計(jì)要求。水膠比在0.48時(shí),當(dāng)加水壓加至 1.2MPa時(shí)即全透水,抗?jié)B等級(jí)即為 W 11;水膠比在 0.44時(shí),混凝土抗?jié)B等級(jí)大于 W 12。結(jié)合相關(guān)規(guī)范水膠比與耐久性的關(guān)系,說明當(dāng)水膠比為 0.44～0.36時(shí),均可滿足大于 W 12的設(shè)計(jì)要求。

3.4 防滲墻混凝土配合比的確定

為了滿足混凝土的各項(xiàng)性能達(dá)到設(shè)計(jì)和施工的要求,在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí),從混凝土的和易性、強(qiáng)度、耐久性等方面出發(fā),按 DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》的配制強(qiáng)度按下式計(jì)算:

式中 fcu,o——混凝土的配制強(qiáng)度,MPa;

fcu,k——混凝土設(shè)計(jì)齡期的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,MPa;

t——概率度系數(shù),依據(jù)保證率 P選定;

σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差,MPa。

根據(jù)本工程工地的原材料、混凝土生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)質(zhì)量控制等實(shí)際情況,σ參照DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)取 4.5 MPa,P選為95.0%,則概率度系數(shù) t=1.65,計(jì)算出混凝土的配制強(qiáng)度為 37.4MPa。

通過對(duì)上述結(jié)果的綜合分析,考慮到防滲墻混凝土的施工及耐久性要求,該混凝土配合比:水膠比為 0.44,砂率為 47%,最終得到的混凝土配合比見表4。

表4 防滲墻混凝土配合比 kg/m3

4 防滲墻混凝土施工過程檢測成果分析

在澆筑防滲墻混凝土?xí)r,在機(jī)口或槽孔口入口處隨機(jī)取樣,檢驗(yàn)混凝土的性能指標(biāo)。冬季施工時(shí)在槽孔口入口處測量混凝土溫度,溫度控制在 5℃以上?；炷猎噳K取樣明細(xì)表詳見表5。為檢查防滲墻墻體質(zhì)量,在防滲墻成墻后打檢查孔,進(jìn)行混凝土澆筑質(zhì)量檢查,并對(duì)芯樣做力學(xué)試驗(yàn)檢測。

4.1 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測成果分析

在施工過程中 28d齡期抗壓強(qiáng)度并無設(shè)計(jì)指標(biāo),而是施工時(shí)的混凝土質(zhì)量過程控制的一個(gè)措施,為是否能夠滿足 90d、360d齡期抗壓強(qiáng)度作參考,施工前期取樣較多,中后期逐步減少。28d、90d、360抗壓強(qiáng)度成果表詳見表6。

從表6數(shù)據(jù)中可以看出,混凝土強(qiáng)度基本符合設(shè)計(jì)的基本要求。其中 28d抗壓強(qiáng)度平均值只有28.1 MPa,混凝土早期強(qiáng)度較低,適合混凝土接頭孔施工;90d、360d抗壓強(qiáng)度平均值都滿足設(shè)計(jì)要求,最小值也都大于設(shè)計(jì)要求,離差系數(shù)較小。因此按本次混凝土配合比混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)是成功的。

表5 防滲墻混凝土試塊取樣明細(xì)表

表6 混凝土抗壓強(qiáng)度取樣成果

4.2 混凝土彈性模量、抗?jié)B、抗凍成果分析

在施工過程中彈性模量取了 4組,90d和 360d各兩組,其中 90d的彈性模量分別為 2.61×104MPa和 2.83×104MPa,360d的彈性模量分別為 3.39×104MPa和 3.21×104MPa,90d和 360d實(shí)測的彈性模量值分別有 1組數(shù)值稍大于設(shè)計(jì)要求的彈性模量控制指標(biāo)。

混凝土 5組抗?jié)B試塊在 1.3 MPa水壓下,平均滲透高最大為 113mm,最小為 86mm,均滿足抗?jié)B指標(biāo)大于 W 12的要求。

混凝土 2組抗凍試塊經(jīng)抗凍檢測也滿足設(shè)計(jì)大于 F100的要求。

4.3 混凝土取芯壓水檢測及芯樣力學(xué)檢測分析

按照設(shè)計(jì)及監(jiān)理要求,在防滲墻混凝土澆筑28d后,分別在防滲墻 S04-5槽孔(壩軸線樁號(hào):0+123.04m,孔號(hào) FJ-01)和 S13-3槽孔(壩軸線樁號(hào):0+169.44m,孔號(hào) FJ-02)打檢查孔,進(jìn)行混凝土澆筑質(zhì)量檢查工作。

兩個(gè)檢查孔分別于 2006年 6月 1日和 2006年9月 25日完成,從鉆孔取芯外觀檢查結(jié)果看:混凝土芯除局部位置由于機(jī)手操作不當(dāng)芯樣略有有磨痕外,大部分混凝土芯完整、光滑、連續(xù)、堅(jiān)硬、致密、強(qiáng)度高,兩孔混凝土芯樣采取率均達(dá) 100%,滿足設(shè)計(jì)要求;并分別做了“五點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)(設(shè)計(jì)要求壓力階段為 0.6～1.0～1.2～1.0～0.6MPa),檢查孔現(xiàn)場壓水試驗(yàn)所得滲透系數(shù)均小于 10-6cm/s,屬極微透水,滿足設(shè)計(jì)要求。檢查孔完成情況統(tǒng)計(jì)見表7。其中對(duì) FJ-01檢查孔混凝土芯樣分別做了 3組抗壓、彈性模量檢測,檢測結(jié)果見表8。

表7 檢查孔完成情況統(tǒng)計(jì)

表8 FJ-01檢查孔芯樣室內(nèi)試驗(yàn)成果MPa

綜上所述,獅子坪防滲墻工程在 90d的試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上以 90d的混凝土強(qiáng)度作為中間指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場混凝土澆筑的混凝土配合比,各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的 360d配合比性能。實(shí)踐證明,這種高強(qiáng)、低彈性模量的混凝土配合比的可行性,可以廣泛應(yīng)用于超深防滲墻的混凝土施工中。

5 結(jié) 語

獅子坪大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和高難度決定了大壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻的性能指標(biāo)有其固有特點(diǎn)。本工程防滲墻混凝土通過借鑒國內(nèi)類似工程的經(jīng)驗(yàn)、自身試驗(yàn)和施工現(xiàn)場檢測分析,選出了符合設(shè)計(jì)要求的、便于防滲墻施工的混凝土配合比,很好地滿足了工程的需要。

(1)防滲墻混凝土是在泥漿下用導(dǎo)管澆筑,采用高流態(tài)自密實(shí)配合比,其和易性及施工的可操作性對(duì)保證混凝土的順利澆筑和防滲墻的均勻密實(shí)性起到了關(guān)鍵作用。在本次配合比設(shè)計(jì)中主要采取了綜合措施:①砂石骨料采用天然骨料,適當(dāng)減小粗骨料的粒徑和減少粗骨料的含量;②在保證混凝土力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上,適當(dāng)加大砂率及粉煤灰的含量;③選用高性能外加劑,提高混凝土的減水率、含氣量,保證混凝土的和易性,保證了防滲墻澆筑的順利進(jìn)行。

(2)由于獅子坪大壩是建在 100m左右的超深覆蓋層上的高壩,防滲墻不僅是大壩防滲體系的重要組成部分,更是大壩的主要承載基礎(chǔ),因此防滲墻混凝土應(yīng)具備高強(qiáng)度低彈性模量的特性?；炷粮呖箟簭?qiáng)度能保證防滲墻承受大壩心墻傳過來的大部分荷載;同時(shí)在不利的受力狀態(tài)下,混凝土的低彈性模量也保證防滲墻有充足的變形能力。由于混凝土的強(qiáng)度和彈性模量本身是一種矛盾,獅子坪混凝土防滲墻工程在參照國內(nèi)類似防滲墻混凝土配合比的基礎(chǔ)上,為實(shí)現(xiàn)混凝土的低彈性模量、高強(qiáng)度及特殊的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律,在混凝土中摻加了高達(dá) 40%的粉煤灰,降低了混凝土的早期強(qiáng)度而提高了長齡期強(qiáng)度和抗?jié)B性能,同時(shí)降低了混凝土的彈性模量、改善了混凝土的工作性能,節(jié)約了水泥,降低了混凝土的成本。

(3)在 DL/T5199-2004《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》中提到:由于防滲墻混凝土是用直升導(dǎo)管法在泥漿下澆筑的,根據(jù)國內(nèi)外資料,其強(qiáng)度比同等級(jí)地面澆筑的混凝土強(qiáng)度有不同程度的降低,僅為后者的 70%～90%。而在獅子坪混凝土防滲墻墻體檢查孔鉆孔芯樣 90d的平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到了 36.5MPa,其中最大達(dá) 45.3 MPa(85.85～90.05m),最小達(dá) 29.9MPa(0.55～ 5.02m);而同槽段孔口取樣的混凝土 90d抗壓強(qiáng)度平均值為 36.1 MPa,其中最大 37.1MPa,最小 35.6MPa。除芯樣的最小值符合規(guī)范外,其他兩個(gè)值均與規(guī)范相悖。由于目前國內(nèi)外類似的深墻較少,希望在將來深混凝土防滲墻的施工中進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究,以找到混凝土在泥漿下澆筑與地面澆筑之間的強(qiáng)度關(guān)系。

[1]高宗璞,等.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京:中國電力出版社,2000.

[2]國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》[S].北京:中國電力出版社,2002.

[3]國家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5199-2004《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》[S].北京:中國電力出版社,2005.

[4]李金玉,曹建國.水工混凝土耐久性的應(yīng)用和研究[M].北京:中國電力出版社,2004.

[5]姚汝方.防滲墻低彈?；炷猎囼?yàn)研究[D].楊陵:西北農(nóng)林科技大學(xué),2006.