混凝土面板堆石坝挤压式边墙试验研究.pdf
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1、第 3 2卷第 1 1 期 2 0 1 0年 1 1月 人民黄河 YELL 0W RI VER Vo 1 3 2 No 1 1 No v , 2 01 0 【 水利水 电工 程 】 混凝土面板堆石坝挤压式边墙试验研究 郭林涛, 张龙 , 赵海潮 ( 西北农林科技大 学 水利 与建筑工程学院 , 陕西 杨 陵 7 1 2 1 0 0 ) 摘要: 为了分析混凝土面板挤压式边墙的物理力学性能, 结合黄河公伯峡 、 积石峡水电站挤压墙施工质量检测, 通过配 合比验证试验和现场检测结果, 指 出: 当挤压墙混凝土湿密度在 2 1 52 2 0 g c m 范围内, 即干密度为 2 o 42 0 9 g
2、c m。 、弹性模量在 4 0 0 06 0 0 0 MP a时 , 能够满足施 工要 求和坝体 渗透要 求。 关键词:面板堆石坝;挤压式边墙;渗透试验;密度试验;强度试验 中图分类号 :T V 6 4 1 4 文献标识码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 0 1 1 0 5 8 挤压式边墙是混凝土面板堆石坝施工 中的一项 新技术 , 在 黄河公伯峡、 积石峡水电站等多个面板堆石坝工程施工中得到 成功应用 。鉴于国 内 目前 尚无 关于挤 压墙 质量控 制和 试验 的 标准 , 笔者根据公 伯峡 、 积石峡 水 电站
3、 挤压墙 施 工和质量控 制 经验 , 探讨 了挤压 墙物理 力学性 能及 质量控制措施和指标。 1 挤压墙施工技术 挤压墙施工就是采用水泥 、 骨料 以及 速凝剂配制 的混凝土 代替部分垫层料, 在坝的 卜 游平面用挤压设备进行挤压成型, 其优点 : 对堆石坝的上游坡面有限制作用, 省去按层料超 填部分, 节省超填削坡所需的人力、 物力; 以垂直挤压代替坡 面碾压 , 保证大坝填筑质量和施工安全 ; 可以抵抗水流对垫 层 区的冲刷 , 有利 于汛 期 及多 雨季 节混 凝 土面板 堆石 坝 的施 工 , 保证安全度汛; 坝体浸水试验过程中能够有效保护坝体, 试验结束后能顺利排出坝体垫层料中的
4、多余水分, 不使坝体遭 到破 坏。 ( 1 ) 挤压设备 。一方面将搅拌仓的混凝土拌和料通过搅龙 输送到成型腔; 另一方面产生高频振动, 使成型腔内混凝土拌 和料在搅 龙挤压力 和振 动器 激振 力的作 用下 , 将 混凝土挤压密 实。要求混凝土各部位密度基本一致, 表面平整, 不产生裂缝 以及 内部孔洞现象 。 ( 2 ) 施工技术。在边 墙施 工l j i , 根据边墙挤压机的宽度 , 在 其内侧固定一根平行于坝轴线的细钢丝, 用以控制挤压机的行 进方向, 使成型的挤压墙平直、 位置准确。挤压机安装就位时 应保证其行走的直线方 向正确 , 利用水准 仪对挤I f q L 进行 机身 调节,
5、 使机身处于水平状态, 并使外墙板与已成型边墙上游坡 面重合。及时进行高度校核, 保证边墙高度一致 施工时, 由 专人控制挤压机的行走方向, 挤压机水平行走控制精度为 2 0 m m, 速度控制在 4 0 m h左右 , 边行走边加速凝剂。边墙挤压 成型后 , 对出现的缺陷( 如每层边墙的接坡 问出现明 的 台阶 、 边墙垮塌 、 平 整度超标 、 位置及外形尺寸误差过 大 、 成 型混 凝土 缺陷等 ) 应立 即进行 人工修补处理 。 - 1 3 0 ( 3 ) 挤压墙f 昆 凝 土配合 比。配合 比既要 达到设计 要求 , 满 足工作性, 又要考虑其经济性。 挤压墙主要控制指标有密度 、
6、抗压强度、 弹性模量和渗透 系数。 2 配合比设计与试验 2 1 配合比设计原则 采用低弹性模量、 干硬性或半于硬性 、 方便施工的低强度 混凝土, 其渗透系数大于垫层料渗透系数。例如黄河公伯峡水 电站、 积石峡水电站挤压墙混凝土设计强度等级均不大于 C 5 。 挤压墙混凝土宜采用 3 2 5级复合硅酸盐水泥, 细骨料采 用中砂 , 粗骨料最大粒径 为 2 0 m m, 骨料 为饱 和面干状 态, 速凝 剂含量为4 。根据经验, 初步确定砂率为 4 0 5 0 , 水灰 比为 1 1 01 3 0 , 维勃稠度为 53 0 s , 用水量为 ( 1 1 01 0 ) k g m 。 挤压墙混凝
7、土强度范围为 25 MP a , 渗透系数略大于 避层料的渗透系数, 根据碾压试验资料, 垫层料的渗透系数为 11 0 。 c m s 左右 , 因此挤压墙渗透系数控制在 1 1 0 1 1 0 c ms 。 2 2 配合 比试 验 黄河积石峡水电站根据工程所在地 区的砂石 骨料 状况 , 进 行了配合比试验和验证工作。 骨料采用积石峡水 电站甘 河滩 人工破 碎料 和天然骨料 的 混合料 , 细骨料细度模数为 2 7 6 , 饱和面干表观密度为 2 7 4 0 k g 1 1 1 , 饱和面干吸水率为 1 5 , 石粉含量为 9 8 ; 粗骨料饱 和面千表观密度为2 8 3 0 k s m
8、, 饱和面干吸水率为 0 8 , 针 片状含量为3 5 , 压碎指标为 3 6 。 收稿 日期 : 2 0 1 o 一0 4 - 2 6 作者简介: 郭林涛( 1 9 5 5 一) , 男, 陕西武功人, 高级工程师, 主要从事水利工程 现 场试验研 究工作 : 通讯作者: 张龙( 1 9 5 3 一) , 男, 河北曲阳人, 主要从事水利工程现场试验研 究 工作 E - ma i l : z h a n g lo n ) 9 9 2 6 1 6 3 c o m 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 1期 3 2 5级 复合硅酸盐水 泥 2 8 d抗 压强度 为 3 8 7 MP a , 抗
9、折 强度为 6 5 MP a , 密度为 3 1 0 0 k g m 。 速凝剂 采用 高效 液态速凝 剂 , 通 过试 验 , 2 8 d抗 压强度 比 为 8 9 2 , 初凝 时问为 1 4 5 S , 终凝时间为 5 2 2 s 。 考虑挤压墙的工作性 , 用不同砂率的混凝土进行配合比试 验。根据选定 的水胶 比进 行 试拌 , 直 到混 凝 土和 易性 较 好 为 止。试拌时先将 水 泥 、 砂 、 子 于拌均 匀 , 然 后逐 渐 加入 拌 和 水 , 使流动度达到要求, 记录实际用水量( 包括砂、 石表面含水 率 ) , 并按此用水量一次加水进行校核试验 , 试拌 后确定满足 和
10、 易性要求 的最小用水 量对应 的砂率 , 并 根据设 备挤 压效果 , 最 终确定砂率为 4 5 、 水 灰比为 1 2 0 2 3 配合比验证 在确定砂率为4 5 、 水用量为 1 0 5 k g m 、 水灰 比为 1 2 0 的前提下, 对配合比进行验证试验分析, 验证工作根据混凝土 施工规范 和混凝土试验 规程 I 4 进行 , 试 验结 果如下。 ( 1 ) 渗透试验验证。按照不同的湿密 度进行成 型 , 养护 2 8 d后进行试验 , 水温为 l 8 q C, 试验结果见表 1 。 表 1 湿密度与渗透系数的关 系 通过渗透 试验 , 得到试验 湿密度与渗透 系数 的关系 : k
11、 , n = 1 2 8 0 6 1 0 X p- 6 ( 1 ) 当渗透系数 k 2 0 =l 1 0 c r n s 时, 湿密度P= 2 1 l g c m ; 当渗透系数 k 2 0 :1 X 1 0一 c n Cs 时, 湿密度 P= 2 1 8 g c m 。 ( 2 ) 弹性模量试验验 证。按照不 同的湿 密度进 行成 型 , 养 护 2 8 d后进行试 验 , 结果见 图 1 。 幽 蜒 蛆 * 瓤 密 度 【 g c n l ) 图 1 湿密度与弹性模量关 系曲线 由图 l可见, 当湿密度为 2 1 52 2 5 g c m 时 , 弹性模 量 在48 G P a范围内。采用
12、直径为 1 5 0 m m、 高为 3 0 0 m m的圆 柱体试模, 当湿密度小于2 1 5 g c m 时, 成型效果较差, 不能进 行正常试验 。 ( 3 ) 抗压强度试验验证 按照不同的湿密度进行成型, 养 护 2 8 d后进 行试 验 , 结果见 图 2 由图 2可见 , 当湿密度 为 2 1 5 2 2 5 g c m 时 , 抗压 强度 为 2 1 0 2 3 1 MP a , 且抗压强度 曲线变化 比较平坦 。 ( 4 ) 压实度计算。用压实度指标来确定挤压设备的功能, 通过击实试验 , 确定最大湿密度为 2 5 1 g e m 。水泥加水 后, 产生水化反应, 形成新的化合物
13、, 挤压墙混凝土在施工期间 和 2 8 d龄期的含水率风水泥水化反应而变化。通过不同时段 水泥水化反应后 的含水率试验 , 并 以2 8 d龄期水泥的水化反应 消耗水量来推算施工期间的挤压墙含水率。加水后、 终凝后水 泥水化反应消耗的水量分别 为 1 5 、 7 5 , 1 、 7、 1 4 、 2 8 d龄期 水泥水 化 反 应 消耗 的 水 量 分 别 为 9 4 、 1 8 3 、 2 1 8 、 2 2 4 。 妊 c 湿密度 ( g。c m。) 图2湿密度与抗压强度关系曲线 根据配合比的材料用量以及骨料的吸水率 , 含水率可按下 式计算: = 糕: 0 0 予 丽 可 _ ( 2)
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