混凝土土壩管理論文

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***水庫位浙江省******苕溪支流南溪上，始建于1958年，是治理太湖流域水患的大型骨干水利工程之一。水庫匯流面積258平方公里，總庫容1.15億立方米，大壩為粘土心墻砂殼壩，是一座以防洪為主，結合灌溉、發電、供水、養殖等綜合利用的大（二）型水庫。由于歷史客觀原因和工程運行時間的推移，在2001年水利廳組織的大壩安全鑒定中，***水庫被列為三類壩需進行除險加固。***水庫大壩為粘土心墻土壩，其除險加固設計采用混凝土防滲墻作為大壩新的防滲體以提高土壩體的抗滲性，設計要求混凝土防滲墻的抗壓強度等級為C8，彈性模量≤14000Mpa，滲透等級W4，坍落度為8~11cm。

一、原材料試驗

試驗所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復合硅酸鹽水泥，摻合料采用膨潤土，細骨料為天然河砂或石屑，粗骨料為一級配石灰巖碎石，各種材料的物理性能試驗成果分述如下。

1．1水泥

試驗所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復合硅酸鹽水泥，其物理力學性能試驗成果。

1．2細骨料

試驗所用細骨料為天然河砂或石屑，各項物理性能指標試驗成果見表2，表3。

表2砂料試驗成果

名稱

細度模數

含泥量

（％）

飽和面干表觀密度（kg/cm3）

飽和面干吸水率

（％）

砂

3.0

1.1

2520

2.5

表3石屑試驗成果

名稱

細度模數

含泥量

（％）

飽和面干表觀密度（kg/cm3）

飽和面干吸水率

（％）

石屑

3.3

1.2

2620

1.6

細骨料試驗成果表明，天然砂的細度模數為3.0、石屑的細度模數為3.3，屬于粗砂，含泥量滿足水工混凝土拌和用砂有關規范要求。

1．3粗骨料

試驗所用粗骨料為石灰巖碎石，石料級配為一級配，Dmax＝20mm，各項物理性能指標試驗成果見表4

表4粗骨料試驗成果

名稱

飽和面干吸水率

（％）

飽和面干表觀密度（kg/cm3）

含泥量

（％）

針片狀含量

（％）

碎石

1.6

2580

0.3

1.3

粗骨料試驗成果表明，本粗骨料含泥量等各指標均滿足水工混凝土拌和用粗骨料要求。

1．4膨潤土

試驗所用膨潤土為鈉基膨潤土，其細度為11.2%（按水泥細度試驗方法）。

1．5外加劑

試驗用外加劑為浙江五龍化工股份有限公司生產的ZWL-B-2型引氣緩凝泵送劑。

二、低彈混凝土基本參數的確定

根據本工程防滲墻的施工特點（采用人工開挖壩體，倒掛井護壁，人工振搗），因此工作面較小，施工難大較大，要求防滲墻混凝土拌和物應具有良好的和易性、粘聚性及一定的流動性，而做為防滲墻應具有彈性模量低、變形性能好的特點，能有效適應土壩壩體的變形。但由于現場施工進度要求試驗室在一個月多的時間內，提供合宜的施工配合比。而本工程防滲墻混凝土的設計要求混凝土強度等級為C8、壩落度為9~11cm、彈性模量≤14000MPa，抗滲等級W4，根據資料分析國內同類型防滲墻混凝土設計彈性模量為≤15000Mpa，而施工實測彈性模量均在14000Mpa以上，因此本工程的設計要求是比較高的。在這么短的時間內，決定采用非常規的試驗安排，根據有關經驗，對不同水膠比、水泥用量、膨潤土摻量、細骨料種類、含砂率等因素經優化直接進行一輪試驗，能過試驗成果分析，選定合宜的施工配合比，故確定以下參數。

2．1水膠比

水膠比是決定混凝土強度、抗滲性及耐久性等指標的重要參數，對于本工程防滲墻的混凝土應具有彈性模量低，較高的抗滲性能，并應具有C8的強度。根據實際細骨料采用天然砂時水膠比為0.68、0.70、0.72、0.74、0.75，細骨料采用石屑時水膠比為0.70、0.72、0.74、0.76等各種水膠比進行混凝土的抗壓強度、滲透系數、及彈性模量等指標的試驗。

2．2膨潤土是以蒙脫石為主要成份的含水硅酸類，屬無機非金屬礦物，其顆粒一般較細，摻入混凝土中有利降低混凝土的彈性模量，但由于本工程要求防滲墻混凝土的強度較高，但細骨料細度模數又較大，故細骨料用砂時膨潤土選擇20%、25%、30%的摻量，細骨料用石屑時選擇25%、30%、35%的摻量進行各項性能試驗。

2．3砂率

砂率的變動將混凝土拌和物的流動性產生很大的影響，并對混凝土的彈性模量產生較大的影響，應選用較大的砂率，但由于工程工期緊，故混凝土中細骨料采用天然砂時選擇50%的砂率，混凝土中細骨料采用石屑時選擇60%的砂率進行不同水膠比和不同膨潤土摻量的各項性能試驗。

2．4用水量的確定

混凝土單位用水量的多少是控制混凝土拌和物流動度大小的主要因素，因此確定單位用水量應以混凝土拌和物達到能滿足施工要求的流動度為依據。根據本工程設計要求壩落度應控制在9~11cm之間，并結合外加劑的減水性能確定混凝土細骨料采用天然砂時用水量為260~270kg/cm3之間，混凝土細骨料采用石屑時用水量為260~275kg/cm3之間。

2．5外加劑的摻量

外加劑的摻量根據外加劑生產企業提供的摻量為膠凝材料用量的0.25%。

三、試驗方案及成果分析

3．1根據上述確定的參數，按不同水膠比、膨潤土摻量與相同砂率的不同配合比進行混凝土的各項性能指標的試驗。試驗嚴格按有關規程進行。

注：編號S的是指細骨料用天然砂，編號G的是指細骨料用石屑。

3．2成果分析

1、水膠比是影響混凝土強度的主要因素，隨著水膠比的增大混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、滲透等級均隨著下降，這符合混凝土和水膠比的一般規律。

2、膨潤土摻量是影響混凝土強度的次要因素，隨著膨潤土摻量的增加混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、滲透等級均隨著下降。

3、在一定范圍內，砂率對混凝土的力學性能影響較小。

4、膨潤土摻量相同，水膠比每縮小0.03，混凝土的抗壓強度約增加14.3%，抗拉強度約增加24.2%，彈性模量約增加9.9%。

5、膨潤土摻量相同，混凝土抗壓強度相同的情況下，細骨料使用石屑與使用砂比較，抗拉強度約增加18.5%，彈性模量約增加8.4%。

6．抗滲等級基本可滿足防滲墻的設計要求。

綜上所述，水膠比和膨潤土摻量是影響混凝土強度和彈性模量的最主要因至素，強度增加，彈性模量也增加，但強度的增加對設計要求的彈性模量是不利的，所以在達到設計混凝土強度等級的條件（盡量降低）混凝土的彈性模量。通過以上試驗只要選擇適當的水膠比和膨潤土摻量是可以配制出滿足設計要求的混凝土。

四、工程應用結果

根據室內試驗的情況，確定細骨料采用天然砂，選用編號S2的配合比作為現場用施工配合比。并在本工程防滲墻應用中取得了較好的效果。現場澆筑情況表明，選定的配合比和易性好，易于澆筑，適應施工要求。并經現場取樣試驗，28d抗壓強度最大值為11.3Mpa、最小值為8.1Mpa，平均抗壓強度為9.6Mpa；彈性模量最大值為13426Mpa、最小值為10770Mpa，平均彈量模量為12020Mpa；抗滲等級≥W4，上述各項指標均符合設計要求。

五、結論

隨著時間的推移，國內五、六十建造的土壩都相繼進入除險加固期，而其中對土壩壩體作一新的混凝土防滲體是有效的防止壩體的滲漏的方法，但同時對防滲墻采用的混凝土提出了較高的要求，其混凝土應具有適應土壩壩體變形，又能防止水流滲漏的能力，因此要求配制的混凝土應具有低彈性模量、高抗滲的性能，而且應具有相對低彈混凝土較高的強度。

在設計配合比時在滿足和易性的要求下，盡量采用大砂率，對降低混凝土的彈性模量有幫助。并在設計時可以摻入引氣型減水劑，以達到降低水膠比提高混凝土的抗滲能力。

膨潤土是一種無機非金屬礦物，顆粒一般較細，摻入混凝土中能有效地降低混凝土的彈性模量。

水膠比和膨潤土摻量是影響低彈高抗滲混凝土性能的主要因素，選擇適當的水膠比、膨潤土摻量可以配制滿足設計要求的混凝土。