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        談設計指標對混凝土防滲墻性能的影響

        2017-04-01 07:30:10郭士紅常倩倩魏瑩瑩
        山東水利 2017年1期
        關鍵詞:平原防滲墻滲透系數(shù)

        郭士紅,常倩倩,魏瑩瑩

        (山東省水利勘測設計院,山東 濟南 250014)

        談設計指標對混凝土防滲墻性能的影響

        郭士紅,常倩倩,魏瑩瑩

        (山東省水利勘測設計院,山東 濟南 250014)

        本文根據(jù)平原水庫塑性混凝土防滲墻的特性,論述了塑性混凝土防滲墻三大設計指標:彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度的變化趨勢,并提出了該三大指標的控制目標、方法和具體控制范圍,明確了塑性混凝土防滲墻應重點是控制墻體的滲透系數(shù)。

        平原水庫;塑性混凝土防滲墻;設計指標

        近年來,塑性混凝土防滲墻發(fā)展較快,但至今沒有塑性混凝土防滲墻的設計規(guī)范,相關設計規(guī)范《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL-274-2001)和《南水北調工程平原水庫技術規(guī)程》(NSBD-2009)中有一些相關條文,不系統(tǒng)、不具體,概念性的提法多,沒有具體指導、規(guī)范工程設計指標和塑性混凝土配比試驗。本文具體提出了平原水庫塑性混凝土防滲墻的設計彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度合理取值范圍和方法,供平原水庫塑性混凝土防滲墻設計參考。

        1 塑性混凝土防滲墻主要設計指標

        塑性混凝土彈性模量(E)、滲透系數(shù)(K)、抗壓強度(R)是塑性混凝土防滲墻的主要設計指標。由于塑性混凝土的塑性變形特征,三大指標間不存在單一的相關關系,他們之間相互影響,關系十分復雜。在已有的塑性混凝土防滲墻設計中,選用的指標差別也很大。

        1.1 E~K~R的變化特點

        表1中列出了國內一些塑性防滲墻的主要設計指標,圖1為E~K~R散布圖。從圖中看出,彈性模量,滲透系數(shù)和抗壓強度的分布比較散亂。①彈性模量從200~1500MPa,最大的為大站水庫3300MPa;抗壓強度從1.2~7.4MPa,最大的為岳城水庫7.43MPa;滲透系數(shù)從2×10-8~8×10-7cm/s。②不同塑性混凝土材料E~R不盡相同。

        圖1 E~K~R散布圖

        1.2 塑性混凝土材料對三大指標影響的規(guī)律

        從表1中看出,材料品質,材料組成,配比,砂率,以及周邊介質對三大指標都有較大影響。

        1)水泥強度高,水泥摻量大,塑性混凝土強度和滲透系數(shù)能滿足設計要求,但彈性模量會超出設計控制目標。

        2)增加黏土、膨潤土和粉煤灰摻量,塑性混凝土抗壓強度和彈性模量隨之降低,防滲墻穩(wěn)定性降低,影響防滲墻性能。

        塑性混凝土材料的選取對三大指標影響十分復雜,增加了塑性混凝土配比試驗的難度。

        2 防滲墻三大設計指標的合理控制

        2.1 塑性混凝土防滲墻特征

        平原水庫塑性混凝土防滲墻具有以下特點:①防滲安全要求條件高。平原水庫建設的設計趨勢是加大壩高,減少水庫占地,但抬高水位加大了防滲墻的荷載,既保證防滲墻安全,又要保證低彈模和小滲透系數(shù),必須有科學的塑性混凝土配比設計。②防滲墻應力相對較低。平原水庫的圍壩,作用于防滲墻上的荷載不大,塑性防滲墻的壓應力不超過2MPa,一般不產生拉力。如東湖水庫,圍壩最大壩高13.7m,最大壓應力為1.18MPa;雙王城水庫圍壩最大壩高12.5m,最大壓應力1.43MPa。

        表1 已建塑性混凝土防滲墻塑性混凝土主要設計指標

        2.2 塑性混凝土三大指標控制原則

        1)滲透系數(shù)控制。壩基不產生滲透變形,壩后覆蓋層岀逸坡降J小于允許坡降[J];壩后不產生沼澤化,地下水位無明顯抬高,截滲層滲漏量減少90%以上,或滲漏量減至1.0m3/d·m。

        2)彈性模量控制。應力應變曲線與土質一致,適應莫爾~庫倫破壞理論。

        3)抗壓強度控制。塑性混凝土強度控制應滿足兩個條件:①塑性混凝土設計抗壓強度不小于塑性混凝土防滲墻的最大壓應力。②在土石壩應力—位移分析中,采用剪應力動用水平≤1控制。

        2.3 塑性混凝土防滲墻三大指標合理控制范圍

        目前平原水庫塑性混凝土防滲墻三大指標的適宜控制范圍。

        滲透系數(shù)K:(0.8≤K<5.0)×10-7cm/s;

        彈性模量E:200≤E<1500MPa;

        抗壓強度R:1.5≤R<5.0MPa。

        算例:(1)雙王城水庫滲流計算,K=0.8×10-7cm/s和K=5.0×10-7cm/s;計算成果見表2。

        表2 雙王城水庫滲流計算成果

        (2)雙王城水庫圍壩應力~應變計算,E=200MPa和E=1500MPa;計算成果見表3。

        表3 雙王城水庫圍壩應力計算成果

        3 結語

        塑性混凝土的彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度三大指標之間關系復雜,存在一定的變化趨勢,變化范圍大,調節(jié)范圍也大。

        平原水庫塑性混凝土防滲墻,滲透系數(shù)是三大設計指標的控制重點。對設計滲透系數(shù)的控制目標是:壩基不產生滲透變形,截斷的透水地層的滲流量減少90%以上;對設計變形模量的控制,保證防滲墻為塑性變形材料;對設計抗壓強度控制,使墻體最大應力不大于按莫爾—庫侖理論計算的抗壓強度(安全系數(shù)采用碾壓式土石壩設計規(guī)范中相應的穩(wěn)定計算安全系數(shù))。

        (責任編輯遲明春)

        TU755.8

        B

        1009-6159(2017)-01-0005-02

        2016-06-05

        郭士紅(1979—),女,工程師

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