塑性混凝土在二期圍堰中的應(yīng)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(shí)踐表明，從施工配合比設(shè)計(jì)到防滲墻施工實(shí)施嚴(yán)格控制，塑性混凝土達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)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(fēng)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(shí)屬罕見。

針對二期圍堰施工及運(yùn)行特點(diǎn)，圍堰堰體中部及基礎(chǔ)部位設(shè)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(yīng)變形能力強(qiáng)，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(yīng)用的實(shí)例。由于各地原材料性質(zhì)差異和工程技術(shù)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(fēng)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(yīng)用實(shí)況。

2、二期圍堰防滲墻結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)況

2.1防滲墻結(jié)構(gòu)

三峽工程二期圍堰堰體及基礎(chǔ)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(fù)合心墻結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(shí)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(yīng)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(chǔ)部位相連接困難；

(3)原材料耗費(fèi)大，工程造價(jià)高；

(4)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)，對主體建筑有影響；

相比而言，塑性混凝土足以彌補(bǔ)上述缺陷，具有“高強(qiáng)低彈”的特點(diǎn)，防滲效果好。

2.3塑性混凝土技術(shù)指標(biāo)

鑒于二期圍堰墻體最大高度74m，為保證強(qiáng)度和變形要求，設(shè)計(jì)提出防滲墻墻體材料性能指標(biāo)必須滿足：

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

(2)抗折強(qiáng)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(shí)材料塌落度要求：初始20～24cm，1.5h后＞15cm；

(7)凝結(jié)時(shí)間：初始＞6.0h，終凝＜24.0h。

3、原材料基本性質(zhì)

塑性混凝土按原材料性質(zhì)具體分為風(fēng)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(fēng)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(biāo)GB20089規(guī)范要求；

粉煤灰：符合部頒 級灰標(biāo)準(zhǔn)；

膨潤土：湖南澧縣地質(zhì)福利材料廠生產(chǎn)的二級膨潤土；

河沙：河砂細(xì)度模數(shù)F.M＝2.4～2.8，配合比按規(guī)定進(jìn)行調(diào)整；

風(fēng)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(shè)計(jì)

材料的整體性能取決于原材料之間的相關(guān)關(guān)系，設(shè)計(jì)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(diǎn)：

①砂率可明顯降低塑性混凝土的初始切線模量，降低模強(qiáng)比，增加極限應(yīng)變量。

②膨潤土摻量減少，初始切線模量和模強(qiáng)比均有明顯增加，而極限應(yīng)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。

4.2生產(chǎn)性試驗(yàn)

二期圍堰防滲墻施工質(zhì)量受風(fēng)化砂P₅含量、骨料性狀及河砂細(xì)度模數(shù)影響較大?？紤]到不同料場風(fēng)化砂級配有差別，針對原材料檢測成果，實(shí)際施工配合比對表1、表2作適當(dāng)調(diào)整，隨之在上游圍堰右岸接頭和下游圍堰右岸接頭段進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)施工，并通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算對塑性混凝土防滲墻應(yīng)力與強(qiáng)度參數(shù)予以復(fù)核，經(jīng)過綜合比較分析后正式應(yīng)用于圍堰工程澆筑施工。

5、墻體澆筑質(zhì)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(zhì)量，施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。監(jiān)理和檢測單位在施工過程中層層把關(guān)，從原材料檢測入手乃至塑性混凝土澆筑機(jī)口、以及防滲心墻鉆孔取樣，實(shí)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(biāo)：所用荊門425#礦渣水泥。因出廠批次不同，強(qiáng)度標(biāo)號有一定差別。共檢測44組，R₂₈＝47.4～51.8MPa，出廠水泥標(biāo)號波動(dòng)較大，提出控制水泥標(biāo)號R₂₈＝46～48MPa方可使用。

(2)膨潤土性能指標(biāo)：進(jìn)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(xué)成份：Si02＝58.4％，AL₂O₃＝17.22％， F_e2O3＝7.13％，GaO＝1.86％，MgO＝1.15％。主要理化指標(biāo)為：塑性指數(shù)38～61，小于0.005mm粒徑含量為28％～57％。檢測結(jié)果表明，礦化數(shù)據(jù)尚好，理化指標(biāo)波動(dòng)大，在施工配合比中考慮調(diào)整。

(3)骨料：施工過程中，抽查骨料性能指標(biāo)。主要是跟蹤監(jiān)督檢查風(fēng)化砂 卑值、含泥量、河砂的細(xì)度模數(shù)，并據(jù)此調(diào)整施工配合比。細(xì)骨料在前期為天然砂，由于細(xì)度模數(shù)偏小，摻入較粗的黃砂以改善級配和細(xì)度模數(shù)。后經(jīng)試驗(yàn)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(fēng)化砂檢測125組，平均含砂量9％，P₅平均值20.3％，29組細(xì)度模數(shù)檢測值變化為1.97～3.7。

5.2機(jī)口取樣檢測

拌和物機(jī)口取樣，除施工單位自檢，監(jiān)理單位也進(jìn)行了抽查。二期圍堰上游墻共取樣997組，檢測結(jié)果總體情況見表3。

5.3檢查孔芯樣檢測

防滲墻布置墻體檢查孔12個(gè)，鉆孔取芯檢測129組，檢測結(jié)果見表4：

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(yàn)和注水檢查結(jié)果看，各項(xiàng)施工質(zhì)量指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

6、二期圍堰防滲墻運(yùn)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(dá)78m，持續(xù)時(shí)間達(dá)36天。根據(jù)施工進(jìn)度安排，二期上游圍堰第一道墻竣工后，第二道墻在子堰保護(hù)下開槽施工，且基坑實(shí)施限制性抽水，圍堰第一道防滲墻下游形成大范圍“臨空面”，各種不利因素組合，使得墻體向下游變形較大。根據(jù)堰體測斜管監(jiān)控資料，圍堰深槽段墻體最大變形量達(dá)570mm。防滲墻雖然變形大，但無異常情況，墻體應(yīng)力水平小于1.0，變形性態(tài)仍在設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行范圍。汛后基坑抽水，除基巖局部裂隙少量滲漏點(diǎn)滲水量在201/s以內(nèi)，尚無其它明顯滲漏現(xiàn)象，防滲墻屬于正常運(yùn)行狀態(tài)。

7、結(jié)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(zhì)量則是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建成伊始，歷經(jīng)1998年汛期8次洪峰的考驗(yàn)。各項(xiàng)檢測結(jié)果表明，防滲墻從施工配合比設(shè)計(jì)到澆筑施工，質(zhì)量得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

(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(yīng)變形大，就地取材，施工便利，具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。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(yīng)用。