趙金柱，徐 爽，葛 贏

(1.黑龍江省水利第一工程處，黑龍江富裕161200;2.黑龍江省北方水利水電工程監(jiān)理有限公司，哈爾濱150080;3.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

汪清水庫位于倭肯河一級(jí)支流挖金別河(又稱汪清河)中游，七臺(tái)河市北約18 km處，集水面積為185 km2，占流域總面積的65%。為已建水庫，原壩長(zhǎng)630 m，壩頂寬5 m，壩頂高程約190.4 m。原設(shè)計(jì)正常蓄水位187.54 m，相應(yīng)庫容921萬m2，設(shè)計(jì)洪水位188.33 m，校核洪水位189.02 m，相應(yīng)庫容1 142萬m3，設(shè)計(jì)滿足下游333.3 hm2水田灌溉的用水。2009年11月13日汪清水庫消險(xiǎn)增容擴(kuò)建工程正式開工，主要建設(shè)項(xiàng)目包括土壩、新建溢洪道、新建輸水涵管、壩下交通橋及公路等土建、金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備、大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)等，其中中國水利水電基礎(chǔ)工程局承擔(dān)了土壩塑性混凝土截滲墻的工程施工。

2 塑性混凝土特點(diǎn)

工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)普通混凝土防滲墻存在不少缺陷:彈性模量高、允許變形小、應(yīng)力集中于墻體、易產(chǎn)生裂縫;墻體與周圍土體沉陷差別大，與基礎(chǔ)部位連接困難;原材料耗費(fèi)大，工程造價(jià)高;圍堰施工程序復(fù)雜，特別是在拆除階段需采用爆破技術(shù)，對(duì)主體建筑有不利影響。塑性混凝土是以膨潤(rùn)土、黏土等摻合材料取代普通混凝土中部分水泥而形成的低強(qiáng)度、低彈性模量的防滲墻材料，其主要優(yōu)勢(shì)不僅僅在于工程造價(jià)低，更在于塑性混凝土適應(yīng)變形能力強(qiáng)，防滲效果好，拌合物和易性較好，流動(dòng)性、黏聚性良好，不易離析，易于泵送且不需振搗，能有效協(xié)調(diào)墻體應(yīng)力狀態(tài)，并能顯著減小墻底與基巖等聯(lián)接處的應(yīng)力集中或拉應(yīng)力，克服了常規(guī)(剛性)混凝土的許多缺陷，因此在國內(nèi)水電工程中(包括三峽樞紐大壩工程)多次成功運(yùn)用，取得了良好的效果。本文結(jié)合黑龍江省七臺(tái)河市汪清水庫消險(xiǎn)增容工程，對(duì)塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 塑性混凝土配合比的設(shè)計(jì)特性

塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土不同。普通混凝土設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基于逐級(jí)填充原理，塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)原則則是尋找各種材料組分最經(jīng)濟(jì)的組合，使塑性混凝土的各種性能滿足設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，配合比參數(shù)可控制在以下范圍內(nèi):

1)塑性混凝土配合比由于摻入吸水率高的膨潤(rùn)土或黏土、砂率高等原因，用水量較大，一般高達(dá)250～330 kg/m3，而普通混凝土只有160～180 kg/m3。

2)塑性混凝土砂率很大，一般都在60% ～95%，而塑性混凝土的砂率可達(dá)100% ，配合比設(shè)計(jì)可考慮不再摻用石子。

3)塑性混凝土水膠比較大，一般在0.7～1.3，而普通混凝土水灰比一般在0.4～0.7。

3.2 汪清水庫塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.2.1 原材料

①水泥:牡丹江牌P·O42.5水泥;②細(xì)集料:七臺(tái)河河砂，細(xì)度模數(shù)3.30;③粗集料:七臺(tái)河5～16 mm連續(xù)粒級(jí)碎石;④摻合料:膨潤(rùn)土;⑤外加劑:木鈣減水劑。

3.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

①抗壓強(qiáng)度 3.5～5.0 MPa;②滲透系數(shù) K≤5×10－7cm/s;抗?jié)B允許比降J＞60 MPa/m;③靜力抗壓彈性模量(簡(jiǎn)稱靜彈模)500～1 000 MPa;④坍落度 18～22 cm，擴(kuò)散度34～40 cm。

3.2.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)工程要求，通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行了多組配合比對(duì)比試驗(yàn)，具體配合比見表1。

表1 塑性混凝土配合比一覽表

在混凝土配合設(shè)計(jì)中，膨潤(rùn)土的摻量是塑性混凝土配合比的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。這是由于膨潤(rùn)土吸水率高，分散性差，對(duì)塑性混凝土的流動(dòng)度影響很大，在保證塑性混凝土流動(dòng)度和擴(kuò)散度的前提下，隨著膨潤(rùn)土的增加，塑性混凝土需水量增加，從而導(dǎo)致塑性混凝土水膠比增大，強(qiáng)度降低，因此，膨潤(rùn)土摻量不宜過高;而由于塑性混凝土要求低靜彈性模量，膨潤(rùn)土摻量越少，靜彈性模量越高，不能滿足形變要求，因此，膨潤(rùn)土摻量也不宜過低。

塑性混凝土的水膠比一般在0.7～1.3，與普通混凝土相似，水膠比越大，靜彈性模量越低，強(qiáng)度越低;同時(shí)基于塑性混凝土的強(qiáng)度要求，膠凝材料中的水泥用量不宜過高也不宜過低。從表1我們可以看到，配合比方案3由于膨潤(rùn)土用量達(dá)到140 kg/m3，水泥用量為165 kg/m3，因此其7 d和28 d強(qiáng)度較低，不滿足本工程的強(qiáng)度要求。比較配合比方案1和配合比方案2，我們發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整水泥與膨潤(rùn)土的用量，盡管配合比方案2的水膠比略大，但其強(qiáng)度依然高于配合比方案3，因此，塑性混凝土的強(qiáng)度與水膠比之間的規(guī)律與普通混凝土不盡相同。

試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在配制塑性混凝土?xí)r，木質(zhì)素磺酸鈣宜采用較大的摻量，一般為0.4%，從而使混凝土的強(qiáng)度、流動(dòng)度和擴(kuò)展度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過以上試驗(yàn)，選定表2的配合比作為汪清水庫土壩塑性混凝土截滲墻工程塑性混凝土配合比。

表2 塑性混凝土配合比一覽表

4 塑性混凝土數(shù)據(jù)分析

4.1 塑性混凝土滲透系數(shù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

塑性混凝土6組滲透系數(shù)散點(diǎn)圖見圖1。

圖1 6組滲透系數(shù)散點(diǎn)圖

4.2 塑性混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)值統(tǒng)計(jì)

20組塑性混凝土抗壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:抗壓強(qiáng)度最大值為4.4，最小值為3.1，平均數(shù)值3.6，方差值為0.37。

4.3 塑性混凝土彈性模量數(shù)值統(tǒng)計(jì)

12組塑性混凝土彈性模量數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:最大值為920 MPa，最小值為650 MPa，平均值為818 MPa，方差值為88.92。

通過分析6組抗?jié)B試件數(shù)據(jù)和20組抗壓試件及12組彈性模量試件數(shù)據(jù)，可以看到:試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布比較均勻，塑性混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為3.6 MPa，滲透系數(shù)平均值為2.64 ×10－8cm/s，彈性模量平局值為818 MPa，與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基本一致，完全滿足工程設(shè)計(jì)要求，配合比設(shè)計(jì)合理。

5 結(jié)語

塑性混凝土作為一種新型材料，具有適應(yīng)變形能力大，便于就地取材，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因此可作為堤身防滲體的首選材料。它有利于改善防滲墻體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，大大提高了防滲墻的安全性，且節(jié)省了水泥，明顯降低了工程造價(jià)。同時(shí)，塑性混凝土具有很低的滲透系數(shù)，能滿足各種規(guī)模防滲墻的要求。但塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)有其特殊性，它直接關(guān)系到大壩和堤防工程的安全。因此在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的水泥，選擇適當(dāng)?shù)乃z比和膨潤(rùn)土摻量，盡量避免摻入黏土，并通過大量細(xì)致的試驗(yàn)使設(shè)計(jì)的塑性混凝土同時(shí)滿足強(qiáng)度、彈性模量以及抗?jié)B能力等各項(xiàng)要求。