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1、二期围堰防渗墙体材料研究与应用晏新春 阮守照摘要三峡二期围堰防渗墙体采用了柔性材料和塑性混凝土，其施工配合比经过了试验研究、试验设计和应用复核阶段，最后投入实际使用，建成投运以来，经受到1998年8次洪峰的考验，堰体运行正常，说明防渗墙结构采用塑性混凝土和柔性材料防渗墙形式是科学的，墙体材料技术设计是安全合理的。关键词防渗墙 塑性混凝土 柔性材料 配合比三峡二期上、下游横向深水土石围堰，是三峡工程最重要的临时建筑物之一，其轴线总长2515.44m，最大堰高近90m，设计水位蓄洪量20亿m3。围堰防渗结构采用混凝土防渗墙上接土工合成材料、下接帐幕灌浆的复合防渗心墙形式，其中上游围堰河床较深的地段
2、采用两道混凝土防渗墙，墙厚1.0m，最大墙高73.13m(第一道墙)和73.35m(第二道墙)，其它地段采用单混凝土防渗墙，墙厚为0.8m和1.0m。根据结构计算，柔性材料混凝土的技术指标为：抗压强度R2845MPa，抗折强度1.5MPa，初始切线模量Ei1000MPa，渗透系数Kl10-7cm/s，渗透比降J80。二期围堰实际完成塑(柔)性混凝土防渗墙共计8.51万m2，其中上游围堰防渗墙4.22万m2，下游围堰防渗墙4.29万m2。此外，墙下帐幕灌浆1.26万m，上接土工合成材料5.86万m2，以及高压喷射灌浆0.246万m2。三峡二期围堰防渗墙按原材料的性质具体分为风化砂骨料和天然骨料混
3、凝土即柔性材料和塑性混凝土，其施工配合比经过了试验研究、试验设计和应用复核三个阶段。1试验研究阶段从1994年4月开始，三峡总公司技委会先后委托中国人民解放军54776部队，中国水利水电科学研究院，和以长江科学院为牵头单位的专题研究小组(成员单位有葛洲坝集团公司试验中心、清华大学水电系、中国水利水电基础工程局科研所)，开展三峡二期围堰柔性材料混凝土配方的试验研究。历时二年多，于1996年6月研究成果通过专家审定，并达到设计要求。以上试验单位推荐混凝土配合比如表1所列。表1三峡二期土石围堰混凝土防渗墙推荐配合比一览表研究单位配方编号每m3材料用量/kg外加剂/%（按水泥用量加入）备注水泥膨润土粘
4、土风化砂卵石水粉煤灰联合研究组TKF2280/1201250/368/木钙 0.8联合研究组B2320040/850750260/引气剂 0.05FDN 0.5联合研究组C3024040/1155295294/RDF 0.015参考配方FH402 0.7中国水利水电科学研究员B1420045/760113820045减水剂 NB1.7单轴应力状态复合剂 FPS8.7525号普硅水泥中国水利水电科学研究员C1722650/957958195/减水剂 NB1.5单轴应力状态复合剂 FPS7.3525号普硅水泥中国水利水电科学研究员B1118050/760114020060减水剂 NB1.9单轴应力
5、状态复合剂 FPS9.7525号普硅水泥中国水利水电科学研究员C1220060/92492420080减水剂 NB2.6三轴应力状态复合剂 FPS10.2425号矿渣水泥中国人民解放军54776部队S118040/6961040260/木钙32试验设计阶段为稳妥起见，业主和设计单位针对三峡工地原材料实际情况和施工条件，以及二期围堰单项技术设计指标的要求，于1996年7月，在二期围堰右岸柔性防渗墙试验段对推荐配方TKF2和B23的两个配合比为基准，进一步优化设计配比，并于1996年9月完成合同要求的全部内容。2.1 施工配合比设计技术指标要求(1)墙高40m的深槽部位，采用塑性混凝土。原材料为：
6、水泥、河砂、小石、膨润土、粉煤灰、水及外加剂；(2)墙高40m的部位，采用风化砂柔性材料。原材料为：水泥、风化砂、膨润土、水及外加剂；(3)通过生产性施工试验优选施工配合比。参数要求为：坍落度2024cm.1.5h坍落度大于15Cm;初凝时间大于10h，终凝时间小于24h。28天龄期的主要指标：单轴抗压强度45MPa，抗折强度1.5MP;初始切线模星为500700MPa(暂定)；渗透系数10-7cm/s，破坏比降80；2.2施工配合比所用原材料及测试方法(1)原材料变更情况将原推荐配合比掺用的粘土换成膨润土；拌和工艺由掺粘土泥浆改为干掺膨润土粉；外加剂改为掺木钙减水剂和DH9引气剂复合；塑性混
7、凝土中掺了粉煤灰。(2)原材料水泥 选用荆门425#矿渣水泥，矿渣掺量20，各项技术指标按GB134492执行。膨润土 选用湖南澧县福利地质材料厂生产的膨润上。品质达到级膨润土标准，满足设计要求。粉煤灰 采用汉川电厂粉煤灰，品质达到级灰要求。天然骨料 采用三峡右岸高家溪料场的卵石与河砂。卵石最大粒径为20mm，级配。风化砂 风化砂是一种级配不很稳定的天然级配骨料。其级配的评价指标为含泥量P5含量。三峡风化砂的含量和P5值变化范围较宽，其中含泥量一般在310之间。P5值在555之间。所以，施工配合比应适应风化砂天然级配的变化。根据三峡一期围堰防渗墙施工现场检测结果的平均水平确定试验用风化砂的级配
8、，采用四个水平的含泥量和四个水平的P5含量的风化砂。外加剂 试验和施工使用的外加剂为木质素磺酸钙减水剂(简称木钙)，生产厂家为吉林开山屯化工厂；引气剂采用河北石家庄水利厅工程局生产的DH9。拌和水 试验和施工用水均为三峡坝区生活用水，其水质类型为HcO3Ca2十型水，pH8.08.3，满足规范要求。(3)试验方法塑性混凝土及柔性材料的性能指标包括力学性能、抗渗性能和施工性能。由于塑性混凝土和柔性材料均非常规材料，无针对性的试验规程可循。究其特性。略偏于土的性状，为此在试验方法上遵循土工试验规程HDl2886、水工混凝土试验规程SD105-82中的有关规定以及1996午2月在清华大学召开的技术讨
9、论会上商定的方法进行，见表2。表2塑性混凝土、柔性材料主要参数和试验方法一览表性能与指标技术参数试件尺寸/mm测试仪器和方法力学性能无侧限强度抗压强度150150150压力机、单轴压缩（R28=45MPa）抗折强度4040160抗折试验机（T281.5MPa）变形初始切线摸量150300压力机，应变控制式加荷速率为0.2mm/min（Ei=500750MPa）有侧限不同围压下，破坏强150300高压三轴压力机、围压0,0.1,0.4,0.7MPa,加荷速度0.02mm/min度、轴向变形和体变抗渗渗透系数（K110-7cm/s）160120塑性混凝土渗透仪性能破坏比降（J（80）工作度流动性坍
10、落度（2024cm）100200h300同混凝土拌和物坍落度试验方法（SD10582）（1.5h时，15cm）扩散度（3540cm）凝结处凝时间（6h）6575h300水泥初凝时间检验方法（规程SD10582）时间终凝时间（24h）2.3室内施工配合比设计(1)风化砂柔性材料施工配合比 根据专题研究风化砂柔性材料配合比图谱的指导，确定了两种基准配合比： 在上述基准配合比中，风化砂含泥量6，相应的P5值为22。为了施工计量的方便，对配合比进行了调整，作为推荐的施工配合比，见表3。水泥用量膨润土 风化砂第一种260kg/m3 70kg/m3 1350kg/m3第二种280kg/m3 80kg/m3
11、 1300kg/m3表3 风化砂柔性材料配合比kg/m3 水泥膨润土风化砂木钙（%）水2607013705370表4 塑性混凝土推荐配方 kg/m3水水泥粉煤灰膨润土砂卵石MG/%DH/10-42821808010013417210250.75(2)塑性混凝土施工配合比 本次设计试验着重研究了砂率、膨润土掺量及水泥中矿渣掺量对塑性混凝土变形性能的影响。其推荐施工配合比见表4。3 应用复核阶段 设计部门于1996年10月下达设计通知，确认技推荐的风化砂柔性材料和塑性混凝土的施工配合比进行生产性试验，设计浇筑槽孔60个，其中有54个槽孔是用风化砂柔性材料浇筑。其余6个槽孔用塑性混凝土浇筑。 二期围
12、堰右岸上下游接头段防渗墙现场生产性浇筑试验从1996年10月开始至1997年4月结束。按照合同要求，在施工过程中进行了槽口取样、测试，并同期送样至清华大学进行参数复核和应力应变计算。3.1风化砂柔性材料施工配合比的参数复核(1)风化砂柔性材料参数复核从表5看出。槽口取样初始切线模量比试验合同的要求(暂定500750MPa)略高；其中有一组的强度比合同要求略低。表5 风化砂柔性材料参数复核结果试件编号单轴抗压强度初始切线摸量摸强比渗透系数渗透破坏比降J备注R28/MPaEi/MPaEi/R28/cms-174.487711726.310-6300右上试验段83.659562622.610-630
13、0右下试验段(2)三轴试验及计算结果 三轴剪切试验分别采用围压0.1、0.4和0.7MPa进行固结排水试验。根据三轴试验结果及相应参数的整理，将邓肯一张非线性弹性 E一，EB模型参数值汇总于表6。表6 风化砂柔性材料邓肯一张E-，E模型参数试件编号参 数 值C/MPaKnRfGDFKbm71.216527.87176280.02480.7620.3611.20.11186740.331有限元应力计算结果见表7表7 风化砂柔性材料单墙剖面主应力及应力水平分布MPa单元形心高程/m防渗墙体上游面单元中部单元下游面单元13应力水平S13应力水平S13应力水平S710.91-0.070.252.040.250.400.950.040.22672.050.4
