冶勒水电站大坝基础防渗墙墙体材料研究

冶勒水电站大坝基础防渗墙墙体材料研究

第22卷第4期四　川　水　力　发　电Vol.22,No.42003年12月SichuanWaterPowerDec.,2003冶勒水电站大坝基础防渗墙墙体材料研究向永忠,　李　强,　李守建(中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司,湖北宜昌　443002)摘　要:针对国内水电工程中最深的防渗墙——冶勒水电站防渗墙的墙体材料进行了深入研究,通过混凝土配合比试验和槽孔试验,得出了具体数据,并对混凝土防渗墙试验检测成果进行了分析,最终根据防渗墙监测成果,调整了混凝土配合比,并对混凝土骨料的影响、混凝土的凝结时间以及混凝土的坍落度和扩散度均进行了详细研究,从而比选出了适合该工程防渗墙的墙体材料。关键词:冶勒水电站;基础;防渗墙;材料;研究中图分类号:TV543;TU5文献标识码:B文章编号:100122184(2003)04200092041　概　述号≥F50。D(桩号0+414～0+710)段防渗墙墙体材冶勒水电站大坝基础防渗墙轴线长710m,宽1料为C35,其指标为:28d龄期抗压强度等级≥15～1.2m,绝大部分深度大于70m,最深达84m,是MPa,弹模≤20000MPa;工程验收成墙指标为:其国内最深的一道防渗墙,在设计规模、深度、布置型式90d龄期抗压强度等级≥25MPa,弹模≤21000及施工难度上属国内首创、世界少有的工程。对于这MPa,抗渗等级≥W10,抗冻标号≥F50。种高坝深墙,经设计计算,防渗墙墙体材料宜采用强2　混凝土配合比试验度高(R≥40MPa)而柔性好(弹模M≤25000MPa)施工配合比室内试验按设计文件要求,防渗墙的的高强低弹新型混凝土材料。最后确定的防渗墙墙体混凝土设计龄期均为360d,因国内无现成的资料及相材料A、B、C段(桩号0+007～0+414)为C40高强应的推算关系查寻,从而增加了现场的质量控制和阶低弹特殊混凝土,施工过程成墙性能指标为:28d龄段评定的难度,现场实际操作非常困难,而工程急需使期抗压强度等级20MPa,弹模≤26000MPa;工程用,故根据早期的28d资料,由现场试验中心经过试验收成墙指标为:其90d龄期抗压强度等级≥30验,得到了28d强度指标,为防渗浇筑施工提供了临MPa,弹模≤28000MPa,抗渗等级≥W10,抗冻标时施工配合比,并进行了第一批槽孔的施工,见表1。表1　混凝土防渗墙使用或推荐配合比主要参数表配合比主要参数配合比编号混凝土强度等级WSFö(C+F)C+FCFWö(C+F)ökgö%ö%ökgökgökg1号C40(90d)0.3413241403882331552号C40(90d)0.3513241403772261513号C25(90d)0.3514541304142901244号C30(90d)0.301484030493345148　　根据第一批槽孔试验资料,混凝土机口偏低。综弹性模量也宜适当放宽。合上述因素,经过研究,设计方将混凝土防渗墙的设据此,设计方又提出28d中间控制指标:A、B、计要求做了第一次变更,设计龄期由原来的360dC段28d龄期抗压强度等级值≥20MPa,D段28d改为90d,设计方提出的技术指标均为混凝土防渗龄期抗压强度等级值≥15MPa和90d设计控制指墙的成墙指标,并明确提出了要考虑泥浆下浇筑混标:A、B、C段28d龄期抗压强度等级值≥30MPa,凝土对混凝土性能的影响。泥浆下浇筑混凝土对混D段28d龄期抗压强度等级值≥25MPa。凝土的强度和弹性模量的影响有多大,国内也没有3　检测成果分析较权威性的资料及结论。按《水利水电工程混凝土防通过对采用不同配合比进行施工的混凝土防渗渗墙施工技术规范》(SL174296)第5.2.2条文说明墙试验检测成果的统计,防渗墙混凝土机口取样及芯中“一般认为泥浆下浇筑混凝土的强度只有陆上浇样的物理力学性能见表2。分析防渗墙混凝土机口取筑混凝土强度的70%左右”进行考虑,很明显,考虑样及芯样主要性能试验成果,可以得到以下结论:泥浆下浇筑混凝土对混凝土的强度影响,室内配制(1)掺40%粉煤灰配制的混凝土,机口取样标混凝土强度较原设计的强度要大很多,而混凝土的准养护,其90d相对应于28d的强度增长系数为收稿日期:20032102151.358;而掺30%粉煤灰配制的混凝土,其90d相对9n表2　防渗墙混凝土机口取样及芯样主要性能检测成果统计表机口取样强度　öMPa芯样强度　öMPa弹性模量配合比编号抗渗标号抗冻标号nmaxmin平均nmaxmin平均öMPa28d323.518.721.0————————>W12>F50216001号90d128.328.328.3544.133.137.1>F5028d3242.921.626.11345.422.935.9>W122号90d1342.729.435.72856.530.846.7>W1228d441.137.038.8450.338.643.8249104号90d353.947.751.5361.154.357.728900　　注:113号配合比未在生产中应用;21表中n为每种混凝土配合比检测试件的数量。应于28d的强度增长系数为1.327。可以说明,所使土强度发展的规律看,在同水胶比和同胶凝材料用用的粉煤灰具有良好的活性。同时,从室内试验成果量情况下,机口取样标准养护条件和防渗墙混凝土可以看出,在相同的水胶比时,由于粉煤灰的颗粒效的长期强度应当趋于一致;应,同时加上DH9引气剂的减水作用,掺40%的粉(3)从表2中可以看出:芯样的抗压强度普遍高煤灰的混凝土比掺30%粉煤灰的混凝土用水量减于机口取样的抗压强度,这一现象与规范提出的“泥少约10kg;浆下浇筑混凝土强度只有陆地强度的70%左右”形(2)掺40%粉煤灰配制的混凝土,防渗墙芯样成反差。分析其原因可能有以下几点:①防渗墙浇筑90d相对于28d的强度增长系数为1.301;而掺过程中,上层泥浆和混凝土形成高压,成墙后的混凝30%粉煤灰配制的混凝土,防渗墙芯样90d相对于土可能比机口成型的混凝土还要密实;②在深厚覆28d的强度增长系数为1.318,明显地低于同统计盖层中,成墙后的混凝土处于温暖潮湿的环境,其养单元机口取样混凝土强度增长系数。说明防渗墙所护条件较室内养护条件好,有利于混凝土强度增长。处的工作环境更优于机口取样标准养护条件,更有这一点可以从左岸高程2568m平台防渗墙监测成利于粉煤灰活性的发挥,这就是防渗墙取芯样强度果中看出,见表3。从表3可以看出,防渗墙平台以高于机口取样强度的主要原因。但从掺粉煤灰混凝下10m混凝土保温条件较好,最高温度均在28℃表3　左岸高程2568m平台防渗墙监测成果表20℃以上持续仪器编号埋设高程　öm桩号最高温度ö℃最低温度ö℃平均温度ö℃备　注时间　ödN232527.530+156.7529.816.323.637N242558.700+156.7531.112.222.522S292516.000+156.7531.616.525.137S2102516.000+156.7529.016.323.730观测时段为S2112528.030+156.7528.316.422.8292001年12月S2122528.030+156.7528.016.522.83025日至2002年3月14日S2132548.140+156.7531.113.823.730S2142548.140+156.7526.614.121.829S2152559.460+156.7527.512.220.315S2162559.460+156.7528.712.521.315以上,20℃以上持续时间一般都在30d左右。行综合分析,2002年7月,现场试验中心经过试验4　施工配合比调整又推荐混凝土防渗墙的施工配合比见表4。通过室内试验成果和生产过程中的检测资料进(1)关于水胶比。从强度控制的角度出发,工程表4　防渗墙混凝土配合比表配合比主要参数设计强度等级配合比编号WSFö(C+F)C+FCFWö(C+F)ökgö%ö%ökgökgökgC25(90d)A0.351324240377226151C30(90d)B0.341464130429300129注:FDN21掺量为0.6%;A配合比DH9掺量为0.01%,B配合比DH9掺量为0.004%.验收成墙指标为C25、C30。按《水利水电工程混凝土筑混凝土强度的70%左右”进行考虑。机口混凝土防渗墙施工技术规范》(SL174296)第5.2.2条说明强度控制标准见表5。中“一般认为泥浆下浇筑混凝土的强度只有陆上浇　　从防渗墙混凝土机口取样及芯样的物理力学性10n表5　设计更改后混凝土机口控制强度表～40cm。而在配合比试验和浇筑时,混凝土坍落度强度等级28d控制强度öMPa90d控制强度öMPa在180～230mm之间,扩散度在290～600mm之C25(90d)24.641.1间,扩散度偏离设计要求较大,其原因有以下几点:C30(90d)32.949.3(1)材料的特性由于防渗墙采用高掺粉煤灰,又能统计成果看,芯样的强度均大于机口取样混凝土掺入高效减水剂和引气剂,提高了混凝土的流动性。强度。可以提出这样一个问题:认为泥浆下浇筑混凝当坍落度在18～22cm范围时,扩散度达33～60土的强度只有陆上浇筑混凝土强度的70%左右是cm。也就是说,由于材料的特性,在满足设计坍落度不是太偏于保守?或者混凝土室内试验的配制强度要求时,扩散度偏大;是不是偏高?但从遵守设计的原则来考虑,不宜改变(2)配合比设计中采用了较大的坍落度,按设计配合比设计的配制强度;要求的上限(20～22cm)确定用水量,因而使扩散度(2)关于砂率。作为高流态自密实混凝土配合相应变大;比,砂率的选择无疑是使混凝土拌和物具有较好的(3)考虑流动度的损失,在设计配合比时,采用和易性的保证。负离子型高效减水剂在混凝土中的了较大的坍落度和扩散度。目前采用的奈系减水剂应用,特别是在高流动性、自密实性的混凝土中的应坍落度损失较大,停放后混凝土易产生板结现象。为用,会带来诸如混凝土拌和物的离析、泌水等负面影确保混凝土入孔后有一定的流动性,满足施工需要,响,在施工过程中,可能会出现如堵管、拔管困难等应在配合比设计时对扩散度指标留有较大裕度。这现象。因此,在保证混凝土水胶比不变的条件下,应样,也导致扩散度变大。尽量选择较高的砂率,以保证混凝土拌和物的和易防渗墙混凝土扩散度的增加对混凝土性能的影性或施工的可操作性;响有以下几个方面:(3)关于粉煤灰的掺量。粉煤灰掺入混凝土中的(1)有利于防渗墙混凝土施工。作用有两个,一是作为混凝土的胶凝材料参与水泥如前所述,机口扩散度偏大的原因之一是为了的水化过程,形成混凝土的强度结构体系;二是由于确保满足或接近浇筑地点的扩散度要求。我们知道,粉煤灰的颗粒效应,可改善混凝土拌和物的和易性。一部分粉煤灰取代水泥,可以延缓胶凝材料的水化防渗墙混凝土是靠混凝土自重作用下自行流动扩散过程,对混凝土防渗墙的变形性能有一定程度的改而成墙的,因此,适当增加扩散度对提高成墙质量是善。从试验资料可以看出,掺40%粉煤灰的混凝土有利的。所以,我们认为,在保证混凝土粘聚性的前比掺30%粉煤灰的混凝土的弹性模量低。因此,在提下,增加机口扩散度无疑是有利于防渗墙的施工。混凝土配合比设计过程中,应尽量选择高粉煤灰掺现场施工表明,机口坍落度在18～22cm范围,扩散量。度在40～60cm范围,才能满足施工需要;粉煤灰掺量的高低,对混凝土早期强度有一定(2)机口混凝土扩散度的增加不会降低混凝土程度的影响,因此,对于高粉煤灰掺量的混凝土,为的最终性能。了保证早期强度,必须选择低水胶比。但对于高流动室内试验结果表明,机口混凝土扩散度达到50性混凝土与低水胶比设计,从施工工艺的角度出发,～60cm时,其混凝土各种性能(力学性能、耐久性、本身存在一定的矛盾。从目前的拌和楼水平看,认为变形性能)都能满足要求,见表6。不宜选择低水胶比的施工配合比,故对于C30(90当然,为了减少混凝土的离析,提高混凝土的粘d)混凝土配合比,选择30%粉煤灰掺量为宜;聚性,在满足流动度的前提下,尽量降低入孔时的坍(4)关于混凝土的弹性模量。防渗墙混凝土的弹落度和扩散度也是必要的。为了确定满足现场浇筑性模量设计要求对用常规材料配制的混凝土而言难需要的混凝土入孔坍落度和扩散度,对拌和楼机口以满足。高强和低弹本身是一对矛盾,只有采取特殊和防渗墙槽口坍落度和扩散度进行跟踪对比试验。的技术路线,才能解决这一对矛盾。根据目前所掌握从对比试验统计结果看,间隔时间在20min以内的资料,也只能采用掺用复合材料配制高强低弹的时,坍落度损失一般在10mm左右,平均损失9.3复合混凝土的技术路线。但在没有取得试验成果前,mm,扩散度损失一般在60mm以内,平均损失36防渗墙混凝土宜以强度为控制指标。mm;间隔时间超过20min后,坍落度损失一般在5　混凝土坍落度与扩散度20mm以上,平均损失23.6mm,扩散度损失一般设计要求的坍落度为18～22cm,扩散度为34在100mm以上,平均损失114mm。因此,为了满足11n表6　配合比试验及现场浇筑主要试验数据表粉煤灰28d90d机口坍落度机口扩散度厂家及WöC+F抗压抗渗抗冻抗压抗渗抗冻弹模öcmöcm掺量öMPaWFöMPaWFö104MPa0.5021.063.025.4≥12≥5034.9≥12≥502.36攀枝花0.4219.860.530.8≥12≥5040.2≥12≥502.51灰40%0.3420.460.532.1≥12≥5044.6≥12≥502.830.4022.048.531.5≥10ö42.1öö2.22攀枝花0.3522.550.033.4≥10ö44.0öö2.74灰30%0.3022.054.544.7≥10ö53.5öö2.9攀枝花0.3519.553.532.3öö42.7ööö灰40%攀枝花0.3021.045.037.4öö53.9ööö灰30%设计要求的扩散度340～430mm,拌和楼出机口混时间特别是初凝时间进行研究和测试,以确保混凝凝土扩散度一般要达到400～550mm。土的浇筑质量。对拌和楼的改造主要是扩大输送水6　混凝土凝结时间泥及粉煤灰通道的断面,增加输送通道和电子秤,这防渗墙混凝土的凝结时间也是一个很重要的指样做取得了很好的效果。同时,在冬、雨季对输送风、标。对防渗墙混凝土的凝结时间的研究,有利于控制水的管道要采用保温材料包裹,对整个拌和楼进行混凝土浇筑时间及浇筑上升速度,防止“断桩”事故封闭,并安装一台专用锅炉进行供暧,对骨料进行加的发生。由于冶勒地区气候条件恶劣,气温低,水泥热,将拌和用水加热至60℃(温度过高可能使拌和及粉煤灰易受潮结块,在向拌和楼输送过程中经常物出现假凝现象),从而保证混凝土熟料在出机口的堵塞输送管道,尤其是粉煤灰,其密度较小,自重较温度在8℃以上,在现场入槽口的温度不低于5℃。轻,进入拌和楼料仓非常困难,极易造成拌和出料暂在混凝土拌和物中掺入DNF21型缓凝减水剂,时性中断。特别是在冬天,气温常常低于-10℃,水可以有效延长混凝土的初凝时间,DNF21型缓凝减管、外加剂管、风管及气阀易被冻住,拌和楼经常中水剂掺量为0.6%(重量比)。通过对不同部位、不同断达40min,最长达2h,加上拌和楼离槽孔的距离标号、不同时间浇筑的混凝土的凝结时间的测试,绘为1.5～3km,需要通过罐运至现场,混凝土的温制成过程曲线并得出结论,混凝土的初凝时间一般度、坍落度、扩散度都有一些损失,所有这些因素都为8h45min至9h15min,终凝时间一般为12h给防渗墙混凝土浇筑带来相当大的困难。35min至12h55min。某组试件的凝结时间试验成为了解决这些问题,除了对拌和楼进行必要的果见表7。改造,采取保温、防潮措施外,还要对混凝土的凝结7　骨料的影响表7　混凝土凝结时间试验成果表左岸高程2602.6m平台之混凝土标号C90d30级配2使用部位Z214、15号槽试件编号5号试件试验日期2002210225时间时间间隔砂浆与试模总重测针面积测针贯入砂浆25mm贯入压力贯入阻力备　注öh∶minöminökgöcm2时磅秤示值ökgökgökg·cm-218∶5501711700成型23∶0024517117000∶0030517117.50.50.51∶1037517119222∶1043517124773∶104951713619194∶205651715942425∶04609170.564.547.5956∶06671170.596791587∶10735170.5116991987∶56781170.274.557.5287.5初凝9h试验结果终凝12h55min　　由于现场的天然骨料储量有限,根据混凝土试的调整。在砂石料生产时,掺入了部分人工破碎料,验规范,以人工骨料取代天然骨料可以进行配合比(下转第38页)12n稳压电路与可冲电叠层电池组成,为系统提供安全本仪器研制成功后,第一台样机在冶勒电站防可靠且不间断的电能,保证采集的可靠性及完整性。渗墙廊道中进行了试用,用于监测固结灌浆对廊道4.2　埋设结构原理混凝土结构变形监测。安装方式是垂直于侧壁安装。要实现对抬动量的精确监测,埋设方式至关重仪器灵敏地感受到结构在压力作用下的微小变化。要,既要考虑到完全避免施工干扰,又要方便安装和但现场缺少权威的对比数据而无法证明仪器的精拆卸。通过大量的调查和研究,最后设计出如下两种度。随后将该仪器送往中国测试科学院产品性能室安装方式:作标准条件的对比测试,得出3.2.2所述的性能指标。(1)正向埋入式安装结构。2003年4月,在冶勒坝区帷幕灌浆试验平台上抬动传感器采用的是高精度位移传感器,由一安装了一只抬动仪,并在相邻1m位置上安装了传根外管和一根内管组成,靠两根管子的相对位移得统方式的抬动监测设备(千分表)以作对比。观察到出地表抬动值。造孔及保护管安装完毕后,将金属垂的综合数据对比值见表1。体与传感器内管连接后直接下入孔内,金属垂体直表1　用传统与新型抬动监测仪观测对比值表接与隔板接触。外管与孔壁直接用水泥封死,地表抬时间抬动孔1抬动值抬动孔2抬动值2003年4月(传统)öLm(新型)öLm动时带动外管位移。而内管由于与一重物相连,利用重物重力,使内管不动(内外管之间滑动摩擦力很13日343514日05小,可以忽略)。这种安装方式可完全避免表面干扰,15日135145也可以重复利用,仪器取出时须用地质钻机小心的16日5650套出上部水泥体,操作技术要求高。但此种方式只能17日475518日7780垂直于地表安装。在设备密集、人工干扰大的工况下　　实践证明,该新型抬动监测仪可运用于帷幕灌比较适用;浆中对表面混凝土结构和基础的抬动监测,也可广(2)全向孔外固定安装。泛运用于水工隧洞中洞壁的变形监测,从而可以解孔外固定安装是将传感器固定在一个金属罩决用千分表测抬动的诸多弊端,值得推广应用。内,金属罩与地面通过螺钉与表面连成一体。但当表面有抬动时,金属罩随地面抬动并带动传感器外管作者简介:移动,内管是与固定管一起连入孔内深层固定,故内陈建春(19632),男,四川三台人,国电四川南桠河流域水电开发有限管不动。金属罩的作用除固定外还可防电磁干扰。这责任公司总工程师,高级工程师,工学硕士,从事水电工程建设技术与管理工作;种安装方式可在洞内洞外各个方向安装,并且安装段凌剑(19652),男,陕西礼泉人,国电四川南桠河流域开发有限责任方便,重复利用率高。但在干扰较大、场地水泥浆排公司总经理,高级工程师,从事水电工程建设管理工作;浆困难的工地不适用。付　彬(19752),男,四川资中人,成都西易自动化系统工程有限公司5　运　用董事长,助理工程师,从事计算机应用及自动化研究工作.(上接第12页)制中石和小石中的人工骨料掺入量在40%～50%,3同时对配合比进行了适当的调整,提高了2%的砂同时提高了2%的砂率,每m混凝土中增加了5kg率,增加了5kg的用水量,基本上解决了混凝土拌的用水量,才完全解决了混凝土浇筑时的堵管问题。和物的离析、泌水等问题,机口混凝土拌和物性能良作者简介:好。但在现场进行的3个槽孔的浇筑试验都出现了向永忠(19542),男,重庆潼南人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限严重的堵管事故,最终一个槽都没有浇筑成功,说明公司副总经理,四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部总经理,施工配合比与现有原材料的相容性存在一定的问教授级高工,从事水电工程施工技术与管理工作;题。李　强(19662),男,河南人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司通过对骨料的检测结果得知四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部副总经理,高级工程师,,砂中含人工砂约从事水电工程施工技术与管理工作;50%,小石中含人工石55%左右,中石中含人工石李守建(19642),男,湖南汉寿人,中国葛洲坝水利水电工程集团有限75%左右。另外,掺入人工破碎料后,20～30mm粒公司四川南桠河冶勒水电站葛洲坝项目部总工程师,高级工径骨料含量很低,出现间断级配现象。后来,通过控程师,从事水电工程施工技术与管理工作.38