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混凝土防渗墙在南陵县西七圩水库除险加固工程中的应用
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内容提示：南陵县西七圩水库除险加固工程根据工程水文地质和坝体条件,采用低弹模混凝土防渗墙。依据设计技术指标通过配合比试验确定粘土、粉煤灰的参入量,使其满足弹性模量在3000～4000MPa,且渗透系数小于1.0×10-7cm/s的技术要求,经过现场原型取样达到预期设计要求。
南陵县西七圩水库位于南陵县峨岭漳河一级支流河上,距南陵县中心12km,控制径流面积16.2km2,总库容225万m3,为小(一)型水库。西七圩水库是一座以城市防洪为主,兼有灌溉等功能的小型水利枢纽。（参考《建筑中文网》）
西七圩水库拦河坝为均质土坝,建于20世纪60年代,最大坝高18.68m,坝顶高程20.18m,坝顶宽4.0m,上游坡比1:3.0,下游坡比1:2.5;坝基为冲积层,坝肩基岩为全强风化,透水性大,坝基、坝肩的防渗处理措施不力,形成渗漏带。坝体渗漏系数偏大,未设排水沟,下游坝坡湿润区达2000m2,坝脚渗漏量12L/S。左坝肩坡面沼泽化,渗水量8L/S。坝基出逸比降大于允许比降,存在渗透变形隐患。大坝碾压质量差,经复核,正常运用工况下游坝坡最小坑滑稳定安全系数为0.90,低于规范要求。坝址区地震基本烈度为Ⅶ度,安全鉴定确定该大坝为三类坝,必须进行除险加固。
根据以上安全问题,经多方案比较,大坝防渗加固采用防渗墙结合帷幕灌浆形式。防渗墙布置在坝顶轴线上游0.5m处,厚40cm,底部伸入强~弱风化层,以下采用帷幕灌浆,帷幕灌浆底界为q≤10LU线以下5m,帷幕灌浆与防渗墙搭接1.5m。防渗墙最大深度为14m。经渗透稳定及坝体稳定分析当防渗透系数k≤1.0×10-7cm/s,允许渗透坡降J>60时,只需要完善下游排水体,即可保证渗流及坝体稳定,大坝除险加固的造价最低。因此,如何做好防渗处理成为西七圩水库除险加固工程成败的关建。
一、防渗墙用料配比
混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝坝体连续造孔槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑混凝土而建成的地下连续墙,是保证地基稳定和大坝安全的工程措施。由于防渗墙具要施工简便、速度快,防渗效果好等优点,已成为水利水电工程覆盖层防渗处理的常选方案。
防渗墙混凝土根据组成材料的不同可分为普通混凝土、粘土混凝土、粉煤灰混凝土及塑性混凝土。普通混凝土是指抗压强度在7.5MPa以上,胶凝材料除水泥外不掺加其它混合材料的高流动性泥浆下浇筑的混凝土;粘土混凝土是指粘土的掺加率一般为水泥和粘土总量的12%~20%的混凝土,粘土混凝土的28d抗压强度一般低于10MPa,其28d抗压强度为10MPa的粘土混凝土的弹性模量为11000~14000MPa,比相同标号的普通混凝土的弹性模量约低32%~38%,其抗渗性能比不掺粘土者差;粉煤灰混凝土是在普通混凝土中掺入粉煤灰以替代部分水泥及砂,且掺入粉煤灰的重量大于水泥重量10%以上的混凝土,掺加粉煤灰的混凝土早期强度较低,后期强度增长较好,特别是粉煤灰质量越好,后期强度增长越高,粉煤灰对混凝土弹性模量的影响较小,掺入粉煤灰有利于提高混凝土的抗渗性能。
1、粘土~粉煤灰混凝土配比设计技术指标为:
抗压强度:R28=4.0MPa,p=8%;
相对渗透系数:K28≤1.0×10-6cm/s.
静力受压弹性模量:E28≤4000MPa.
坍落度:18~22cm,扩散度34~40cm.
初凝时间≥6h,终凝时间≤24h.
2、原材料情况
(1)防渗墙为C15混凝土墙体,其物理力学指标要求如下(保证率95%)
①抗压强度R28≥5MPa.
(2)混凝土施工物理特性指标如下:
①混凝土入槽坍落度18~22cm;2)扩散度34~40cm;3)坍落度保持15cm以上的时间应不小于1h;
②初凝时间不小于6h;5)终凝时间不大于24h;6)砼密度不小于2.1t/m3;③胶凝材料用量不小于350kg/m3;
④水胶比小于0.65.
(3)采用的混凝土配合比、原材料选用及其配制方法和拌制工艺流程,经现场施工试验验证。
①水泥:普通硅酸盐水泥强度等级32.5级;
②骨料:最大粒径不大于40mm,石子含泥量小于1%,砂含泥量小于3%,细度模数2.4~3.0;应满足水利水电工程天然建筑材料勘察规程的要求。
③水:从库中抽取;
④施工过程要根据骨料含泥量和细度模数调整水泥用量。
(4)配合比设计
据式Rg=1.25Rd/(1-tCv);w/c=1/〔(Rm/Arc)+B〕及其抗渗性能,得其水灰比应为0.55~0.65范围,选择三种水灰比(0.55、0.60、0.65)和三种砂率(41%、42%、43%)分别计算其理论配合比。确定配合比试验方案。考虑到防渗墙混凝土性能的主要影响因素是水灰比、掺土率及掺灰率,故对这三个因素各安排三个水平,进行正交试验,拟定初步配合比。
试拌调整后的混凝土配合比。按理论计算配合比和上述试验方案进行混凝土试拌工作,在维持水胶比、掺土率及掺灰率不变的情况下,对砂率和外加剂掺量进行适当调整,以便拌制的混凝土满足和易性和含气量的要求。
二、粘土~粉煤灰混凝土防渗墙效果评价
⑴机口取样成果。经西七圩水库大坝防渗墙全部20组机口取样试验件统计,28d平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下:R28=4.1MPa,E28=3414.9MPa,K28=2.25×10-8cm/s,均满足设计要求,取得了良好的防渗效果,并有效地降低了弹性模量。
⑵现场检测成果。经60d现场开挖取样检测,共取样5组,其60d平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下:R60=5.35MPa,E60=3850.7MPa,K60=2.01×10-8cm/s,均满足设计要求,防渗效果良好,并有效地降低了弹性模量。表明西七圩水库大坝防渗墙混凝土配合比(HJG2),粘土掺入率为35%,粉煤灰掺入率为25%,有效地结合了粘土混凝土低弹模,粉煤灰混凝土良好抗渗性的优点,是一次较好且成功的工程应用。
三、结 语
(1)为提高混凝土防渗墙的安全性,一要适当降低混凝土的弹性模量,二要适当提高混凝土的强度,即降低弹性模量和抗压强度的比值。但在满足混凝土模强比的前提下,应尽量提高混凝土的强度,以满足耐久性的要求。
(2)本工程混凝土防渗墙的弹性模量要求≤4000MPa,相对应的抗压强度为4.0MPa。通过混凝土配合比试验,达到或优于上述要求。
(3)塑性混凝土防渗墙指弹性模量在1000MPa以下的墙体,本工程混凝土防渗墙的弹性模量大于1000MPa,介于塑性和刚性之间,为低弹模混凝土防渗墙。低弹模混凝土防渗墙不仅具有适应土坝变形的能力,还具有较高的强度、抗渗能力,同时还具有较强的抗溶蚀性和耐久性,具有较好的应用前景。 来源: 《建筑中文网》.
西七圩水库拦河坝为均质土坝,建于20世纪60年代,最大坝高18.68m,坝顶高程20.18m,坝顶宽4.0m,上游坡比1:3.0,下游坡比1:2.5;坝基为冲积层,坝肩基岩为全强风化,透水性大,坝基、坝肩的防渗处理措施不力,形成渗漏带。坝体渗漏系数偏大,未设排水沟,下游坝坡湿润区达2000m2,坝脚渗漏量12L/S。左坝肩坡面沼泽化,渗水量8L/S。坝基出逸比降大于允许比降,存在渗透变形隐患。大坝碾压质量差,经复核,正常运用工况下游坝坡最小坑滑稳定安全系数为0.90,低于规范要求。坝址区地震基本烈度为Ⅶ度,安全鉴定确定该大坝为三类坝,必须进行除险加固。
根据以上安全问题,经多方案比较,大坝防渗加固采用防渗墙结合帷幕灌浆形式。防渗墙布置在坝顶轴线上游0.5m处,厚40cm,底部伸入强~弱风化层,以下采用帷幕灌浆,帷幕灌浆底界为q≤10LU线以下5m,帷幕灌浆与防渗墙搭接1.5m。防渗墙最大深度为14m。经渗透稳定及坝体稳定分析当防渗透系数k≤1.0×10-7cm/s,允许渗透坡降J>60时,只需要完善下游排水体,即可保证渗流及坝体稳定,大坝除险加固的造价最低。因此,如何做好防渗处理成为西七圩水库除险加固工程成败的关建。
一、防渗墙用料配比
混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝坝体连续造孔槽,以泥浆固壁,在泥浆下浇筑混凝土而建成的地下连续墙,是保证地基稳定和大坝安全的工程措施。由于防渗墙具要施工简便、速度快,防渗效果好等优点,已成为水利水电工程覆盖层防渗处理的常选方案。
防渗墙混凝土根据组成材料的不同可分为普通混凝土、粘土混凝土、粉煤灰混凝土及塑性混凝土。普通混凝土是指抗压强度在7.5MPa以上,胶凝材料除水泥外不掺加其它混合材料的高流动性泥浆下浇筑的混凝土;粘土混凝土是指粘土的掺加率一般为水泥和粘土总量的12%~20%的混凝土,粘土混凝土的28d抗压强度一般低于10MPa,其28d抗压强度为10MPa的粘土混凝土的弹性模量为11000~14000MPa,比相同标号的普通混凝土的弹性模量约低32%~38%,其抗渗性能比不掺粘土者差;粉煤灰混凝土是在普通混凝土中掺入粉煤灰以替代部分水泥及砂,且掺入粉煤灰的重量大于水泥重量10%以上的混凝土,掺加粉煤灰的混凝土早期强度较低,后期强度增长较好,特别是粉煤灰质量越好,后期强度增长越高,粉煤灰对混凝土弹性模量的影响较小,掺入粉煤灰有利于提高混凝土的抗渗性能。
1、粘土~粉煤灰混凝土配比设计技术指标为:
抗压强度:R28=4.0MPa,p=8%;
相对渗透系数:K28≤1.0×10-6cm/s.
静力受压弹性模量:E28≤4000MPa.
坍落度:18~22cm,扩散度34~40cm.
初凝时间≥6h,终凝时间≤24h.
2、原材料情况
(1)防渗墙为C15混凝土墙体,其物理力学指标要求如下(保证率95%)
①抗压强度R28≥5MPa.
(2)混凝土施工物理特性指标如下:
①混凝土入槽坍落度18~22cm;2)扩散度34~40cm;3)坍落度保持15cm以上的时间应不小于1h;
②初凝时间不小于6h;5)终凝时间不大于24h;6)砼密度不小于2.1t/m3;③胶凝材料用量不小于350kg/m3;
④水胶比小于0.65.
(3)采用的混凝土配合比、原材料选用及其配制方法和拌制工艺流程,经现场施工试验验证。
①水泥:普通硅酸盐水泥强度等级32.5级;
②骨料:最大粒径不大于40mm,石子含泥量小于1%,砂含泥量小于3%,细度模数2.4~3.0;应满足水利水电工程天然建筑材料勘察规程的要求。
③水:从库中抽取;
④施工过程要根据骨料含泥量和细度模数调整水泥用量。
(4)配合比设计
据式Rg=1.25Rd/(1-tCv);w/c=1/〔(Rm/Arc)+B〕及其抗渗性能,得其水灰比应为0.55~0.65范围,选择三种水灰比(0.55、0.60、0.65)和三种砂率(41%、42%、43%)分别计算其理论配合比。确定配合比试验方案。考虑到防渗墙混凝土性能的主要影响因素是水灰比、掺土率及掺灰率,故对这三个因素各安排三个水平,进行正交试验,拟定初步配合比。
试拌调整后的混凝土配合比。按理论计算配合比和上述试验方案进行混凝土试拌工作,在维持水胶比、掺土率及掺灰率不变的情况下,对砂率和外加剂掺量进行适当调整,以便拌制的混凝土满足和易性和含气量的要求。
二、粘土~粉煤灰混凝土防渗墙效果评价
⑴机口取样成果。经西七圩水库大坝防渗墙全部20组机口取样试验件统计,28d平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下:R28=4.1MPa,E28=3414.9MPa,K28=2.25×10-8cm/s,均满足设计要求,取得了良好的防渗效果,并有效地降低了弹性模量。
⑵现场检测成果。经60d现场开挖取样检测,共取样5组,其60d平均抗压强度、平均弹性模量及相对渗透系数如下:R60=5.35MPa,E60=3850.7MPa,K60=2.01×10-8cm/s,均满足设计要求,防渗效果良好,并有效地降低了弹性模量。表明西七圩水库大坝防渗墙混凝土配合比(HJG2),粘土掺入率为35%,粉煤灰掺入率为25%,有效地结合了粘土混凝土低弹模,粉煤灰混凝土良好抗渗性的优点,是一次较好且成功的工程应用。
三、结 语
(1)为提高混凝土防渗墙的安全性,一要适当降低混凝土的弹性模量,二要适当提高混凝土的强度,即降低弹性模量和抗压强度的比值。但在满足混凝土模强比的前提下,应尽量提高混凝土的强度,以满足耐久性的要求。
(2)本工程混凝土防渗墙的弹性模量要求≤4000MPa,相对应的抗压强度为4.0MPa。通过混凝土配合比试验,达到或优于上述要求。
(3)塑性混凝土防渗墙指弹性模量在1000MPa以下的墙体,本工程混凝土防渗墙的弹性模量大于1000MPa,介于塑性和刚性之间,为低弹模混凝土防渗墙。低弹模混凝土防渗墙不仅具有适应土坝变形的能力,还具有较高的强度、抗渗能力,同时还具有较强的抗溶蚀性和耐久性,具有较好的应用前景。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14420.htm
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