塑性混凝土配合比試驗研究及應用

塑性混凝土配合比試驗研究及應用作者:程瑤，張美霞單位:國地質大學土木工程系[2006-7-7]

關鍵字:塑性混凝土-防滲墻-配合比摘要:塑性混凝土作為一種新型的防滲墻墻體材料，在長江堤防防滲墻工程中得到了普遍的應用。為滿足工程要求的強度、彈性模量、滲透系數(shù)等指標，對塑性混凝土進行了配合比試驗，選出了符合工程要求的施工配合比。檢測結果表明長江堤防防滲工程中塑性混凝土的各項指標均滿足設計要求。塑性混凝土具有初始彈性模量低，極限變形大，滲透系數(shù)低的特點，能適應較大的變形，有利于改善防滲墻體的應力狀態(tài)。1工程地質條件

武漢長江干堤加固工程攔江堤防滲墻起止樁號為8+300～10+500，全長2.2km。堤身填筑土一般為歷年分期填筑，就近取土加高培厚而成，主要為粉質粘土、砂壤土、壤土，部分堤段含有粉細砂、中細砂、碎石片、植物根莖等。填筑時壓實程度不均勻，防滲性能差，極大地威脅著大堤的安全，必須采取防滲加固措施[1]。該段防滲加固的主體工程為塑性混凝土防滲墻。

2塑性混凝土的特點

塑性混凝土是一種水泥用量很少并加入了膨潤土(有時摻加粘土、粉煤灰)的混凝土，其水泥膠結物的粘結力低，從而使其強度大大降低，塑性變大。塑性混凝土防滲墻具有彈性模量低、極限應變大的優(yōu)良特性，大大提高了防滲墻的安全性[2]。塑性混凝土的優(yōu)良l生能主要取決于它的以下特性：

(1)塑性混凝土具有極低的變形模量，而且可以人為控制其配合比，使其變形模量在較大范圍內(nèi)變化。

(2)塑性混凝土具有與土層形態(tài)非常相似的應力應變曲線，可以人為地選擇與周圍土層應力應變曲線相吻合的塑性混凝土配合比。

(3)塑性混凝土的極限應變值比普通混凝土大得多，普通混凝土的受壓極限應變值為e=0.08%～0.3%，而塑性混凝土在無側限條件下的極限應變超過1%，比普通混凝土大幾倍甚至幾十倍。

(4)在三向受力條件下塑性混凝土的強度有很大的提高，而且?guī)缀跖c圍壓呈直線增大。這就意味著隨著圍壓的增加，塑性混凝土的強度增加了，防滲墻的安全度得以提高。

3塑性混凝土的技術指標

抗壓強度R28=2MPa；初始切線模量E0=300～600MPa(最大允許值E0=1000MPa)；滲透系數(shù)K<1×10-7cm／s；澆筑時混凝土坍落度要求在18～24cm

4施工配合比試驗研究

4．1主要原材料

(1)水泥：水泥為湖北黃岡水泥總廠生產(chǎn)的425號普通硅酸鹽水泥，其主要力學指標符合GB171999標準。

(2)膨潤土：試驗使用湖南澧縣湘北膨潤土廠生產(chǎn)的膨潤土。主要物理力學性能見表1。

(3)骨料：細骨料為湖北浠水縣河砂，為Ⅱ區(qū)中砂。粗骨料為湖北浠水縣碎石。骨料物理性能及篩分結果見表2、表3。

(4)外加劑：試驗所用外加劑為吉林開山屯生產(chǎn)的木鈣。

4．2試驗配合比及結果

試驗主要依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》進行[3]。混凝土采用機械拌和，人工捶搗成型，靜置48h后拆模，并移至標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至試驗齡期，進行混凝土試驗，試驗配合比見表4，新拌及硬化混凝土性能見表5。

由以上結果可看出：在其它條件相同時，隨水泥用量增加，塑性混凝土的強度增大，彈性模量提高。塑性混凝土的這種性質，對于提高墻體強度，改善墻體應力和工作特性是十分有利的。同時，塑性混凝土具有較低的滲透系數(shù)，其值一般在10-7cm／s，能滿足各種規(guī)模防滲墻的要求。

4．3確定最優(yōu)的施工配合比

塑性混凝土的配制強度應根據(jù)混凝土的設計強度、強度保證率及離差系數(shù)等指標，依據(jù)SDJ207—82《水工混凝土施工規(guī)范》中的有關規(guī)定確定[4]?！端姽こ袒炷练罎B墻施工技術規(guī)范》中指出：一般認為泥漿下澆注的混凝土強度只有陸上澆注混凝土強度的70%左右。綜合考慮以往塑性混凝土的使用情況，塑性混凝土的配制強度可由式(1)計算得

式中：R配為塑性混凝土的配制強度(MPa)；R28為塑性混凝土的設計強度(MPa)；t為混凝土強度保證率為95%時的概率度。取t=1.645；Cvo為混凝土抗壓強度離差系數(shù)。

本次設計中，R28=2MPa，Cvo=0.15，代人式(1)計算得R配=3.2MPa。因此，試驗確定的最優(yōu)施工配合比編號為WH02。

5應用情況分析

通過現(xiàn)場施工取樣，進行了塑性混凝土坍落度、凝結時間、滲透系數(shù)、抗壓強度、彈性模量等指標的試驗。

5．1坍落度、擴散度

經(jīng)現(xiàn)場量測，塑性混凝土坍落度一般在18～20cm之間，擴散度一般在38～40cm之間，全部滿足設計要求。

5．2凝結時間

本次檢測試樣分別來自4—1—43，4—2～26，4—3—37Z個單元，其初凝時間分別為7.45，6.00，6.30h，終凝時間分別為≤22h，≤21h，≤21h，均符合設計要求。

5．3滲透系數(shù)

檢測試樣分別來自4—2—2，4—2—12，4—1—31三個單元，其滲透系數(shù)分別為1．96×10-7，2.01×10-7，2.01×10-7cm

5．4抗壓強度

塑性混凝土抗壓強度測定結果見表6。

5．5彈性模量

檢測試樣分別來自4—2—26，4—2—12，4—1—31三個單元，其彈性模量分別為347，534，376MPa，均滿足設計要求。

綜上所述，塑性混凝土應用于長江干堤防滲加固工程后，各項指標均達到設計要求。實踐證明，塑性混凝土是一種理想的防滲材料，宜作為江堤加固工程及其它水利水電工程中的防滲墻墻體材料。

6結語

(1)長江干堤堤身填料主要為粉質粘土、砂壤土、壤土，土料質量較差，這就要求防滲體具有較強的適應變形能力。塑性混凝土的主要特點是彈性模量低，極限變形大，能適應較大的變形，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。

注：12組試樣全部滿足要求(R28=2MPa)

(2)塑性混凝土具有很低的滲透系數(shù)，其值一般在101cm／s以下，能滿足各種規(guī)模防滲墻的要求。

(3)塑性混凝土在長江干堤防滲加固工程中的成功應用表明，塑性混凝土是一種較好的防滲材料，可在水利水電工程中推廣。

參考文獻：

[1]馬建華．適用于長江中下游干流堤防堤基垂直防滲的新技術[J]．水利水電技術，2001，32(3)：58—60．

[2]叢藹森．地下連續(xù)墻的設計施工與應用[M]．北京：中國水利水電出版社，2001．

[3]SD105-82，水工混凝土試驗規(guī)程[S]．

[4]SDJ207-82，水工混凝土施工規(guī)范[S]．塑性混凝土在二期圍堰中的應用

史德亮

陳如華

劉思君摘

要三峽工程二期圍堰防滲墻采用塑性混凝土作為防滲材料。工程實踐表明，從施工配合比設計到防滲墻施工實施嚴格控制，塑性混凝土達到了預期效果。

關鍵詞塑性混凝土防滲墻施工配合比1

前言三峽工程二期上下游橫向土石圍堰主要由風化砂，石碴混合料，塊石料，過渡料等開采棄料組成，上下游圍堰高度分別為82.5m和65.5m，填筑總方量589.6萬m2，堰體填料80％為水下拋填施工，堰體有2～16m的淤砂層，施工難度在國內(nèi)外已建水電工程中實屬罕見。針對二期圍堰施工及運行特點，圍堰堰體中部及基礎部位設置塑性混凝土垂直防滲心墻。塑性混凝土是最近十余年發(fā)展起來的一種新型防滲材料，其主要優(yōu)勢在于適應變形能力強，可就地取材，克服了常規(guī)(剛性)混凝土的許多缺陷，在國內(nèi)水電工程中不乏成功應用的實例。由于各地原材料性質差異和工程技術要求有別，塑性混凝土的施工工藝也不盡相同。本文著重介紹以三峽工地開采的花崗巖天然骨料和風化砂為基本原材料組成的塑性混凝土的基本特征，以及在三峽工程二期圍堰中的應用實況。2

二期圍堰防滲墻結構及應用實況2.1防滲墻結構三峽工程二期圍堰堰體及基礎防滲墻由混凝土防滲心墻上接土工合成材料、下接帳幕灌漿組成復合心墻結構。其中，上游圍堰深槽段為雙排塑性混凝土防滲墻加隔墻方案，防滲墻中心距離6.0m、墻厚1.0m；下游圍堰為低單墻結構，墻厚1.0m，深槽段墻厚為1.1m。2.2塑性混凝土與普通混凝土的區(qū)別工程實踐中發(fā)現(xiàn)普通混凝土防滲墻存在不少缺陷：

(1)彈性模量高(10000MPa)，允許變形小，應力集中于墻體，易產(chǎn)生裂縫；

(2)墻體與周圍土體沉陷差別大，與基礎部位相連接困難；

(3)原材料耗費大，工程造價高；

(4)圍堰施工程序復雜，特別是在拆除階段需采用爆破技術，對主體建筑有影響；

相比而言，塑性混凝土足以彌補上述缺陷，具有“高強低彈”的特點，防滲效果好。2.3塑性混凝土技術指標鑒于二期圍堰墻體最大高度74m，為保證強度和變形要求，設計提出防滲墻墻體材料性能指標必須滿足：

(1)抗壓強度戶＝4.0～5.0MPa(墻高度＞30m時，R28以5.0MPa控制)；

(2)抗折強度T28＞1.5MPa；

(3)初始切線模量E0＝500～700MPa(大值允許E0＝l500MPa)；

(4)滲透系數(shù)K20＜l×10-7cm/s；

(5)允許滲透比降J>80;

(6)澆筑時材料塌落度要求：初始20～24cm，1.5h后＞15cm3

原材料基本性質塑性混凝土按原材料性質具體分為風化砂骨料塑性混凝土(簡稱柔性材料)和天然骨料塑性混凝土(簡稱塑性混凝土)。其不同之處在于柔性材料中不含天然中、小石，僅用天然風化砂作骨料，并省去了粉煤灰組份。

大體而言，塑性混凝土主要原材料組份如下：

水泥：為葛洲壩荊門水泥廠生產(chǎn)425#礦渣硅酸鹽水泥(礦渣摻量45％)，品種滿足國標GB20089規(guī)范要求；

粉煤灰：符合部頒級灰標準；

膨潤土：湖南澧縣地質福利材料廠生產(chǎn)的二級膨潤土；

河沙：河砂細度模數(shù)F.M＝2.4～2.8，配合比按規(guī)定進行調整；

風化砂：p5含量一般控制在16％～22％，最大允許35％。含泥量3％～10％；

小石：為5～20mm天然骨料，含泥量＜0.4％；

外加劑：木鈣和引氣劑DH9，配制成水溶液使用；

水：符合拌制混凝土要求。4

施工配合比研究4.1施工配臺比設計材料的整體性能取決于原材料之間的相關關系，設計施工配合比則是根據(jù)要求，探尋其最佳組合比例。

研究表明，塑性混凝土施工配合比的主要影響因素有以下幾點：

①砂率可明顯降低塑性混凝土的初始切線模量，降低模強比，增加極限應變量。

②膨潤土摻量減少，初始切線模量和模強比均有明顯增加，而極限應變量則隨膨潤土摻量減少而減少。

③塑性混凝土的變形性能隨水泥中礦渣摻量的增加而有較大的改善。防滲墻塑性混凝土施工基本配合比見表1，適用于墻高超過40m的圍堰深槽段防滲墻。防滲墻柔性材料施工基本配合比見表2，適用于墻高低于40m的漫灘段圍堰防滲墻。表l

塑性混凝土防滲墻施工基本配合比表kg/m3材料水泥粉煤灰膨潤土砂5～20mm

小石MgDH9水摻量180801001341720.90.027282表2

柔性材料防滲墻施工基本配合比表

摻量/m3材料水泥

kg膨潤土

kg風

化

砂木鈣

/0.1％水

kg含泥量

％P5

％摻量

ka摻量2607062213705370注：木鈣為水泥用量的0.5％。4.2生產(chǎn)性試驗二期圍堰防滲墻施工質量受風化砂P5含量、骨料性狀及河砂細度模數(shù)影響較大。考慮到不同料場風化砂級配有差別，針對原材料檢測成果，實際施工配合比對表1、表2作適當調整，隨之在上游圍堰右岸接頭和下游圍堰右岸接頭段進行了生產(chǎn)性試驗施工，并通過數(shù)學模型計算對塑性混凝土防滲墻應力與強度參數(shù)予以復核，經(jīng)過綜合比較分析后正式應用于圍堰工程澆筑施工。

5

墻體澆筑質量監(jiān)控與檢測

為了保證二期圍堰防滲心墻塑性混凝土的質量，施工質量控制至關重要。監(jiān)理和檢測單位在施工過程中層層把關，從原材料檢測入手乃至塑性混凝土澆筑機口、以及防滲心墻鉆孔取樣，實施全過程跟蹤監(jiān)測。

5.1原材料檢測原材料主要包括水泥、膨潤土和骨料。(1)水泥性能指標：所用荊門425#礦渣水泥。因出廠批次不同，強度標號有一定差別。共檢測44組，R28＝47.4～51.8MPa，出廠水泥標號波動較大，提出控制水泥標號R28＝46～48MPa方可使用。

(2)膨潤土性能指標：進行礦化檢測和理化檢測多組。主要礦物組成為：蒙脫石80.4％、石英15.4％、方解石4.2％。主要化學成份：Si02＝58.4％，AL2O3＝17.22％，F(xiàn)e2O3＝7.13％，GaO＝1.86％，MgO＝1.15％。主要理化指標為：塑性指數(shù)38～61，小于0.005mm粒徑含量為28％～57％。檢測結果表明，礦化數(shù)據(jù)尚好，理化指標波動大，在施工配合比中考慮調整。

(3)骨料：施工過程中，抽查骨料性能指標。主要是跟蹤監(jiān)督檢查風化砂卑值、含泥量、河砂的細度模數(shù)，并據(jù)此調整施工配合比。細骨料在前期為天然砂，由于細度模數(shù)偏小，摻入較粗的黃砂以改善級配和細度模數(shù)。后經(jīng)試驗論證，天然河砂改用古樹嶺人工砂石料系統(tǒng)沖洗下來的棄料。風化砂檢測125組，平均含砂量9％，P5平均值20.3％，29組細度模數(shù)檢測值變化為1.97～3.7。

5.2機口取樣檢測拌和物機口取樣，除施工單位自檢，監(jiān)理單位也進行了抽查。二期圍堰上游墻共取樣997組，檢測結果總體情況見表3。表3期圍堰防塑性混凝土機口取樣實驗總體成果表檢測項目組數(shù)設計指標實

測

值合格數(shù)合格率最大值最小值平均值抗壓強度/MPa483R28≥4～595.195.1946095.2抗折強度/MPa391T28＞1.53.931.272.0838799.0初始切線模量/MPa107Eq=500～700

(最大值＜150079992.5滲透系數(shù)/cm.s-116K20＜10-71.3×10-78.8×10-88.8×10-816100滲透比降16J＞80試驗未破而告終161005.3檢查孔芯樣檢測防滲墻布置墻體檢查孔12個，鉆孔取芯檢測129組，檢測結果見表4：表4

圍堰防滲墻鉆孔芯樣質量檢測結果(凝期50—250天)檢測項目抗壓強度R

/MPa抗折強度T

/MPa初始切線模量EO

/MPa抽樣數(shù)量921225最大值132.652328最小值4.51.68509平均值72.31400合格數(shù)8612合格率93.5100綜上所述，防滲墻施工從原材料、現(xiàn)場槽口取樣，鉆孔芯樣試驗和注水檢查結果看，各項施工質量指標均滿足設計要求。6

二期圍堰防滲墻運行效果1998年主汛期正值施工高潮，長江遭遇洪峰，三峽壩區(qū)連續(xù)8次流量大于50000m3/s的洪峰，且兩次超過61000m3/s。圍堰上游水位達7

結語(1)三峽工程二期圍堰是二期工程的安全屏障，防滲墻的質量則是關鍵環(huán)節(jié)。建成伊始，歷經(jīng)1998年汛期8次洪峰的考驗。各項檢測結果表明，防滲墻從施工配合比設計到澆筑施工，質量得到有效控制，實現(xiàn)了預期目標。

(2)塑性混凝土作為一種新型材料與傳統(tǒng)的剛性混凝土相比，適應變形大，就地取材，施工便利，具有不可比擬的優(yōu)點。但在材料耐久性，均勻性等方面尚缺乏長期的監(jiān)測資料，宜深入研究，便于推廣應用。[作者簡介]史德亮

長江科學院三峽前方工作部副主任工程師

陳如華

長江科學院前方工作部工程師

劉思君

長江科學院前方工作部高級工程師

宜昌市三峽壩區(qū)443133

(編輯：胡少華)網(wǎng)頁制作：CWSnet岳城水庫大副壩防滲墻塑性混凝土配比研究（李順行宋雙蕾）時間：2001年8月1日

08:36來源：《海河水利》2001-3放大縮小打印

1概述在我國混凝土的研究中，塑性混凝土作為一個新興的防滲墻體材料還是一個新課題。塑性混凝土具有彈性模量低、極限應變大、能適應較大變形、有利于改善防滲墻體的應力狀態(tài)等優(yōu)點，同時還具有一定的抗壓強度，防滲性能好，節(jié)約水泥，造價低廉，施工方便等優(yōu)點，是一種很好的防滲墻體材料。因此很好地對塑性混凝土性能和配比進行研究是很有意義的。2塑性混凝土技術要求岳城水庫除險加固工程大副壩防滲墻的墻體材料采用塑性混凝土，設計單位對塑性混凝土提出了如下技術要求：①墻體混凝土抗壓強度＞５．５ＭＰａ，抗拉強度≥０．７ＭＰａ；彈性模量１０００ＭＰａ≤ｅ≤１５００ＭＰａ（三軸試驗，σ３＝０）；②滲透系數(shù)ｋ＜１×１０－８ｃｍ／ｓ；③抗剪強度φ＞３０°，ｃ＞０．９ＭＰａ；④單位體積混凝土水泥用量不少于１８０ｋｇ／ｍ３。為了保證塑性混凝土的施工質量，設計要求塑性混凝土的強度保證率應達到９０％。3原材料性能指標1水泥：水泥選用邯鄲水泥廠生產(chǎn)的太行牌普通硅酸鹽５２５＃水泥，其物理性能見表１，化學成份見表２。從表中可以看出，其物理性能和化學成份均滿足國家標準ＧＢ１７５－９２的技術要求，并且有較多的富余強度。（2）砂石骨料：粗骨料選用邯鄲岳城大禹石料場的人工碎石，細骨料選用邢臺馮村天然河砂。（3）膨潤土：膨潤土產(chǎn)地山東濰坊，淡黃色粉末，主要成分ＳｉＯ２占５８．７％，Ａｌ２Ｏ３占１５．８％Ｆｅ２Ｏ３占７％等，細度模數(shù)為６．３％，密度為２．５１ｇ／ｍｌ。（4）粘土：粘土選用岳城第三紀粘土，密度為２．６３ｇ／ｍｌ，顆粒組成大于０．５～０．０５ｍｍ的占１６．４％，０．０５～０．００５ｍｍ的占３４．３％小于０．００５ｍｍ的占４４．７％。（5）外加劑：外加劑選用北京輸苑技術開發(fā)公司的ＳＦ泵送劑。ＳＦ泵送劑為灰色粉末，可干摻，減水率２０％。從材料的物理性能指標可以看出：粘土中小于０．００５ｍｍ的粘粒含量高達４４．７％，是優(yōu)質粘土；砂子的細度模數(shù)為２．７，是優(yōu)良的中粗砂，這對提高混凝土的內(nèi)在質量起到了重要作用。4配比的調整塑性混凝土配比試驗結果見表３和表４。施工工地試驗室對該配比進行了試拌，結果為：２８ｄ抗壓強度７．１ＭＰａ，抗拉強度０．９５ＭＰａ，彈性模量１１８９ＭＰａ，坍落度２０ｃｍ，擴散度３４ｃｍ。雖然該配比滿足設計要求，但擴散度偏低，混凝土流動性不好。本工程塑性混凝土采用３根導管同時澆筑法，導管間距為３．３ｍ，較低的擴散度容易使?jié)仓^程中混凝土面上升不均勻，可能發(fā)生混凝土上升時泥漿被卷到混凝土中而影響混凝土澆筑質量。因此在原基礎上對配比進行了調整。將原配比中用水量分別增加１０、７、５ｋｇ／ｍ３，在保持水膠比不變的情況下調整水泥、粘土和膨潤土的用量，ＳＦ含量仍按膠凝物質１％的比例加入，用水量增加７ｋｇ／ｍ３。從現(xiàn)場拌制情況來看，用水量增加７ｋｇ／ｍ３的和易性、坍落度、擴散度最為理想，按該組配比進行了混凝土物理性能檢測，其各項指標均符合設計要求。這樣該配比就成為岳城水庫大副壩塑性混凝土防滲墻施工執(zhí)行配比。在生產(chǎn)過程中粘土是以泥漿的形式加入拌合機的，泥漿比重根據(jù)配比中的用水量和粘土摻量計算為１．１３２ｇ／ｍｌ。本工程使用的溜槽的坡度為１∶３，調整后的混凝土在溜槽內(nèi)基本能自流。岳城水庫大副壩防滲墻井澆筑１２５個槽孔，澆筑塑性混凝土３３８８０ｍ３。凝土的取樣成果見表５。從表中可以看出，塑性混凝土的各項物理力學指標分散性非常小，抗壓強度離差系數(shù)Ｃｖ值為０．０７３，強度保證率９９．９％，其他各項指標合格率均為１００％。配比合理再加上有效的生產(chǎn)控制是取得如此好成果的主要原因。5塑性混凝土耐久性分析塑性混凝土的耐久性分析方法國內(nèi)學者尚有不同的認識。一般認為塑性混凝土防漏墻的耐久性主要體現(xiàn)在墻體材料的抗溶蝕性能上，它與水質、水力坡降及墻體材料的物質組成、透水性等因素有關。其定量分析的方法是通過測試混凝土中所含ＣａＯ溶出的速度和比率評價其耐久性，并據(jù)以估算能夠正常使用的年限。一般以混凝土中ＣａＯ溶出量達到２５％～３０％所需的時間（Ｔ）作為正常使用年限。永久工程一般要求Ｔ≥１５０年。塑性混凝土防滲墻的安全運行壽命以水泥中ＣａＯ總量的２５％被溶出的時間為限?？砂次覈鴮W者舒士懋的公式估算：式中，Ｔ為安全使用年限（ａ）；Ｖ為防滲墻單位受水面積對應的墻體體積（ｍ３）；ａ為水泥中ＣａＯ總含量的百分率；ｃ為單位體積墻體混凝土中的水泥用量（ｋｇ／ｍ３）；Ｑ為單位面積防滲墻１年內(nèi)的滲漏量（ｍ３／ｍ２·ａ）；Ｍ為防滲墻滲漏水中的ＣａＯ濃度（ｋｇ／ｍ３），塑性混凝土一般為０．０５～０．１ｋｇ／ｍ３；Ｍ０為地下環(huán)境水中ＣａＯ濃度（ｋｇ／ｍ３）。從式中可以看出，塑性混凝土防滲墻的安全使用年限與水泥含量ｃ成正比，與滲透系數(shù)成反比。岳城水庫大副壩防滲墻的安全使用年限估算不小于２００年?？傊苄曰炷练罎B墻較剛性混凝土在力學特性上具有顯著優(yōu)點。因其彈性模量低，極限應變大，使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下，墻內(nèi)應力和應變都很低，可提高墻體的安全性和耐久性而且施工方便，節(jié)約水泥，降低工程成本，具有廣闊的發(fā)展前景。作者單位：河北省水利工程局第一工程處岳城水庫除險加固工程塑性混凝土防滲墻試驗研究時間:2005-03-1600:00:00

來源:水利工程網(wǎng)

作者:郭秀蘭馬文英一、前言岳城水利樞紐工程位于漳河干流，包括主壩、大副壩和3個小副壩。大副壩位于主壩溢洪道左側，最初為均質土壩，后為提高防洪標準而改建，上游面增建粘土斜墻，下游面增建砂礫料壓坡，最大壩高增至32.5米。壩基主要是第三紀中細沙，滲透性小，故未做防水帷幕，只是在壩下游做一砂礫褥墊及縱向排水暗溝。但在樞紐運行中，大副壩排水管出現(xiàn)涌沙，壩坡也出現(xiàn)塌坑。經(jīng)灌沙處理，塌坑現(xiàn)象得到有效控制；將檢查井用反濾料封堵并于下游公路增開一排水溝后，涌沙現(xiàn)象有所減輕。為徹底消除隱患，保證大壩的安全運行，經(jīng)有關部門批準在上游壩坡增設一道塑性混凝土防滲墻，截斷壩基第三紀砂層。二、材料組成2.1水泥：邯鄲水泥廠生產(chǎn)的太行山普通硅酸鹽525#R水泥，其物理性能、化學成份見表1、表2。由表1、表2可知，的物理性能和化學成份均滿足國家標準GB175－92的技術要求。六、結論塑性混凝土是在普通混凝土中加入粘土、膨潤土等摻合材料，大幅度降低水泥摻量而形成的一種新型塑性防滲墻體材料。塑性混凝土防滲墻因其彈性模量低，極限應變大，使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下，墻內(nèi)應力和應變都很低，可提高墻體的安全性和耐久性，而且施工方便，節(jié)約水泥，降低工程成本。較剛性混凝土在力學特性上具有顯著優(yōu)點，因此具有廣闊的發(fā)展前景。參考文獻[1]林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測手冊[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1994.12[2]唐益群，葉為民.土木工程測試技術手冊[M].上海：同濟大學出版社，1999.05[3](SD105—82)，水工混凝土試驗規(guī)程[S][4](GB/T50123—1999)，土工試驗方法標準[S][5]紀午生等.常用建筑材料試驗手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.02[6]岳城水庫大副壩防滲墻塑性混凝土配合比試驗報告[資料].天津：水利部天津水利水電勘測設計研究院科研所塑性混凝土防滲墻施工及質量控制劉偉才，曾述銀(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都610072)摘要：根據(jù)已建工程的施工經(jīng)驗，結合漫水灣塑性混凝土防滲墻的特點，介紹了塑性混凝土配合比的確定和對施工質量的控制。通過超聲波檢測表明，墻體整體均勻，致密性較好。

關鍵詞：塑性砼；防滲墻；配合比；施工質量；控制1概述

1.1漫水灣工程簡介

漫水灣閘壩工程是國家重點工程大橋水庫灌區(qū)的組成部分，是大橋水庫二級控制性配水樞紐的首部。壩址位于四川涼山州冕寧縣漫水灣鎮(zhèn)安寧河中游上段。漫水灣閘壩壩高24m，壩軸線長279m，從左至右依次由土工膜心墻砂礫石副壩、左總干渠進水閘、兩孔底孔沖砂閘、三孔表孔泄洪閘、右干渠進水閘及右岸混凝土重力壩構成?；A采用懸掛式塑性混凝土防滲墻和單排孔帷幕灌漿進行基礎防滲，防滲墻最大深度41m，平均深度35m。防滲墻坐落在更新統(tǒng)桐子林組砂卵石堆積層上，局部穿過厚度較大的中細砂層。

1.2塑性混凝土簡介

國外從20世紀60年代末開始采用塑性混凝土防滲墻，而我國是在80年代后期才首次應用成功的。這種材料的特點是抗壓強度不高，一般可控制在R28＝0.5～2MPa，彈性模量較低，一般可控制在E28＝100～500MPa，滲透系數(shù)K＝1×10-6～1×10-7cm/s。

塑性混凝土與我國早期防滲墻采用的黏土混凝土有本質的區(qū)別。黏土混凝土僅是在配合比中加入了少量的黏土，水泥用量并未大幅度降低，摻加黏土的目的僅為了改善混凝土的和易性和便于鉆鑿接頭孔，并無降低彈性模量的目的。在對墻體內(nèi)力分析研究中發(fā)現(xiàn)，當墻體材料的彈性模量降低到1000MPa以下時，已經(jīng)和周圍介質（地基土）的彈性模量接近，此時墻體適應變形能力大為提高，墻體的內(nèi)力大為降低，特別是在一般情況下墻內(nèi)不產(chǎn)生拉應力，因而也不必擔心墻體因拉應力太大而開裂破壞。因此，它特別適用于地震較頻繁的地區(qū)和周圍介質（地基土）為砂石的地基。塑性混凝土防滲墻具有在低強度和低彈性模量下適應地基應力變化的特點，確保墻體不被外力破壞，而不需提高混凝土的等級或增加鋼筋籠，故能大大節(jié)省工程投資。

我國在1990年首次將塑性混凝土防滲墻應用于水口水電站上、下游圍堰防滲墻。以后采用塑性混凝土防滲墻的水利水電工程有：冊田水庫壩體防滲墻，十三陵抽水蓄能電站下圍堰防滲墻，小浪底工程上游圍堰防滲墻，宜昌民強水庫壩體防滲墻，三峽主圍堰防滲墻，漫水灣閘壩及土工膜心墻副壩防滲墻（7500m2）。2塑性混凝土配合比的確定

塑性混凝土的配合比與常規(guī)混凝土的配合比間存在較大差異。常規(guī)混凝土具有成熟的經(jīng)驗配合比，而塑性混凝土的發(fā)展史短，缺乏經(jīng)驗配合比，已建工程中塑性混凝土的防滲墻的配合比存在較大差異。塑性混凝土防滲墻工程混凝土配合比及物理力學性能見表1［1、2］。

塑性混凝土在配合比方面的特點是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，此外還需摻加部分黏土或（和）膨潤土（塑性指標較高），對其它材料用量的要求與一般混凝土基本相同。有關試驗表明［3］，只摻加膨潤土的塑性混凝土（A種）、只摻加黏土的混凝土（B種）和同時摻加膨潤土和黏土的塑性混凝土（C種）的三種混凝土具有不同的R～E相關關系（如圖1所示）。

圖1表明，當R相同時，A種混凝土的E值最小，C種混凝土的E值次之，B種混凝土的E值最大。要配制出具有較低彈性模量和較高強度的塑性混凝土應采用A種混凝土較好。雖然塑性混凝土的E、R存在以上關系，但影響塑性混凝土防滲墻彈性模量的因素較多，如黏土和膨潤土的黏粒含量和塑性指標、水泥的標號和品種、骨料的粒徑和硬度（各種試驗表明，骨料粒徑大的塑性混凝土所能承受的強度和變形能力比骨料粒徑小的塑性混凝土要小得多，即在塑性混凝土中宜選擇一級配的粗骨料）、外加劑的型號和摻量等。這就決定了塑性混凝土配合比設計的難度和復雜性，需要花費更多的時間和人力物力。同時，基礎防滲墻工程往往從工程一開始就組織施工（基礎工程施工是關鍵工序），因此為確保工程的正常順利開展，設計單位應事先根據(jù)當?shù)氐纳笆橇虾退嗥贩N進行塑性混凝土的室內(nèi)配合比試驗，確定塑性混凝土防滲墻的配合比。塑性混凝土防滲墻還有其它指標，如滲透系數(shù)或抗?jié)B標號、坍落度、擴散度等，在工程施工中，承包商應根據(jù)設計提供的配合比和技術要求進行現(xiàn)場混凝土配合比的復核試驗，以確定塑性混凝土施工配合比和最佳施工參數(shù)。3施工質量控制

在施工上，塑性混凝土防滲墻的質量控制與普通混凝土和高強度混凝土基本相同，但應針對塑性混凝土防滲墻墻體自身的特點，采取一些專門控制措施。防滲墻工程是重要的隱蔽工程，尤其是塑性混凝土防滲墻的強度和彈性模量等力學指標一般不宜通過打孔取芯檢測，為確保施工質量，需要進行嚴謹?shù)氖┕ず陀行У馁|量監(jiān)控。

3.1膨潤土的摻加方式

在漫水灣閘壩工程中，膨潤土的摻入方式先后采用了兩種方式：(1)先將水泥、膨潤土和砂石骨料混合干拌，然后加水進行攪拌；(2)將膨潤土加入專用水池中，進行充分攪拌并配制成一定濃度，然后加入砂石骨料和水泥進行拌合。施工過程中，在第一種的方式下，膨潤土經(jīng)常形成粒徑10～30mm的團塊，不能形成泥漿，從而降低了膨潤土在塑性混凝土中的作用，最終主要導致塑性混凝土彈性模量和強度增大。在第二種的方式下，膨潤土不出現(xiàn)結塊現(xiàn)象，分散很均勻，不僅保證了塑性混凝土的拌合質量與試驗結果一致，還增大了坍落度。因此，建議在塑性混凝土拌合過程中，膨潤土采用濕摻法。

3.2準備階段的質量控制

施工準備是為施工階段提供有效的、正常施工的物質條件和技術保障，作為質量控制人員的監(jiān)理工程師應加強這方面的控制，嚴格控制并落實承包商的施工設備、材料和技術力量。在施工準備階段，除應做普通混凝土防滲墻的準備工作外，承包商應重點為施工作好以下方面的工作，而監(jiān)理工程師也應對此進行重點控制：

（1）根據(jù)施工現(xiàn)場的條件和塑性混凝土防滲墻的技術要求，周密、詳細地做好施工組織設計的編制和審查工作（與一般混凝土防滲墻相比，塑性混凝土防滲墻更應重視現(xiàn)場混凝土的配合比試驗，黏土或/和/膨潤土的摻和方法等內(nèi)容）。

（2）投入塑性混凝土防滲墻混凝土澆筑的施工設備是否能滿足工程實際需要，尤其是塑性混凝土拌合系統(tǒng)中膨潤土摻加設備（黏土和/或膨潤土制成泥漿或漿液摻加效果較好，建議采用濕加設備）和混凝土運輸設備。混凝土運輸設備應與運輸距離相一致，出機口至澆筑現(xiàn)場的運輸時間不能過長，因為混凝土在運輸過程中坍落度、擴散度損失較大。

（3）按施工順序、造孔方法和施工組織確定的槽孔劃分原則合理地進行槽孔劃分。

（4）根據(jù)設計提供的配合比和技術要求進行現(xiàn)場混凝土配合比的復核試驗和材料的檢測試驗，塑性混凝土必須檢測黏土/和膨潤土的黏土含量與塑性指標，并滿足設計及配合比要求。

（5）選擇防滲墻中心線上具有典型代表的部位進行生產(chǎn)性試驗，以確定造孔、固壁泥漿、墻體澆筑等的施工工藝和參數(shù)。

3.3施工階段的質量控制

在施工準備充分的條件下，承包商就可以進行防滲墻施工。施工過程中，承包商應嚴格按監(jiān)理工程師批準的施工組織設計進行施工，監(jiān)理工程師應派出經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場監(jiān)理人員進行現(xiàn)場監(jiān)理，并按重要隱蔽工程的要求實行旁站監(jiān)理。作為塑性混凝土防滲墻，不僅具有普通混凝土防滲墻的一般施工要求，還應嚴格按