二期围堰防渗墙材料检测和施工质量控制.docx
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二期围堰防渗墙材料检测和施工质量控制
二期围堰防渗墙材料检测和施工质量控制
李青云 孙厚才 李思慎 朱冠美
摘 要 三峡工程二期防渗墙材料采用了长江科学院研制的“高强度、低模量”的柔性材料和塑性混凝土。
为确保施工质量,科研人员配合施工单位进行现场施工质量的控制,全方位跟踪施工。
除严格检测原材料、及时调整施工配合比外,还研究提出了防渗墙施工质量控制标准和早期评价施工质量的办法。
在施工中采用这些办法后,达到及时反馈施工质量的目的,保证了二期围堰防渗墙施工的顺利进行。
墙体材料的抽槽检验和钻孔测试结果表明防渗墙的施工质量好,为二期围堰的高质量安全运行提供了可靠的保证。
关键词柔性材料塑性混凝土施工配合比质量控制
1 前言
三峡水利枢纽工程是具有防洪、发电、航运等综合效益的跨世纪的宏伟工程,工程之浩大和艰巨是史无前例的。
围堰工程尤其是二期深水围堰防渗墙工程是兴建三峡工程的关键性重大技术问题之一。
针对二期围堰防渗墙的设计指标要求,长江科学院对防渗墙材料进行了系统的配合比优选研究,除塑性混凝土外,还研究成功采用三峡风化砂、当地粘土或膨润土和适量的水泥及少量外加剂与水拌和而成的新型柔性材料作为防渗墙材料。
其各项指标满足二期围堰防渗墙的设计指标,为工程所采用。
受二期围堰防渗墙施工单位的委托,长江科学院在防渗墙施工中,全方位跟踪施工过程,除随原材料的变动调整墙体料的施工配合比外,还对墙体材料进行了抽样检测,同时与施工质量的控制。
针对现场施工质量的控制,提出一套早期判断施工质量的办法,包括施工配合比现场验证以及墙体料强度的早期预报。
这些办法用于施工,确保了防渗墙的施工质量,获得良好的效果。
本文重点介绍了二期围堰防渗墙施工质量控制情况和检测结果。
2 原材料检测和施工配合比调整
三峡二期围堰防渗墙材料采用长江科学院研制的柔性材料和塑性混凝土。
柔性材料和塑性混凝土的原材料主要有泥、风化砂、天然砂、小石、弃渣石粉、膨润土、粉煤灰、木钙和DH9。
设计要求二期围堰防渗墙施工用原材料必须在墙体材配置前分批进行性能检测,并明确了各原材料检测指标的控制范围。
根据原材料检测指标的变动,还对柔性材料和塑性凝土的施工配合比做相应的调整。
确保施工配合比的各项指标满足要求。
墙体原材料的检测情况分述如下:
2.1水泥检测
二期围堰防渗墙施工用水泥是葛洲坝水泥厂生产的矿渣425#水泥。
施工过程中,共检测水泥44组,其中预进占检测14组,漫滩段和深槽段检测30组。
检测结果表明,不同出厂批次的水泥标号有较大的波动(介于425#~525#)。
例如,进占段防渗墙使用的水泥的标号(28天强度检测的平均值为51.8MPa)明显高于漫滩段和深槽段防渗墙的水泥标号(8天强度检测的平均值为47.1MPa)。
针对水泥标号的波动,根据柔性材料室内试验结果提出两种基本配合比现场调整:
表1 水泥标号不同时柔性材料配合比kg/m3
水泥
膨润土
风化砂
木钙
水
备注
260
70
1370
1.3~1.4
370
水泥标号>50MPa时使用
265
65
1370
1.3~1.4
370
水泥标号<50MPa时使用
塑性混凝土只在深槽段使用,为保证高强度集中施工的进度,提出采用“二期围堰防渗墙专用水泥”的要求,专用水泥28天的检测强度必须控制在46MPa~48MPa之间。
2.2膨润土检测
二期围堰施工采用湖南澧县生产的二级膨润土。
根据SDS01~79《土工试验规程》对施工期间所采购的膨润土进行了检测,其质量满足有关规范要求。
2.3风化砂检测
风化砂是柔性材料的骨料,检测指标有含水量、P5(>5mm部分的百分含量)和含泥量(<0.1mm部分的百分含量)三项指标。
考虑到不同料场风化砂级配的差别,设计提出风化砂检测指标的范围为:
含泥量不大于0%,P5不得大于16%。
施工期间共检测右岸风化砂25组,左岸风化砂100组。
测结果表明,右岸风化砂含泥量最大值为12.3%、最小值为7.0%、平均值为9.03%、标准偏差为1.59、合格率为72%。
P5最大值为34%、最小值为14.6%,平均值为20.3%、标准偏差为3.87、合格率为88%。
以上结果说明,右岸风化砂含泥量普遍偏高,值普遍偏低。
左岸风化砂含泥量最大值为11.9%、最小值为4.5%、平均值为7.5%、标准偏差为1.35、合格率为99%。
P5最大值为43%、最小值为14.6%、平均值为25.1%、标准偏差为5.56、合格率为87%。
此结果说明,左岸风化砂含泥量基本上满足设计要求,P5值部分偏高。
由于风化砂的含泥量、P5波动较大,所以根据室内研究结果和浇筑经验,在施工过程中,对施工配合比进行了表2所示的调整,以确保柔性材料的指标满足设计要求。
表2 柔性材料施工配合比调整表kg/m3
风化砂含泥量/%
水泥
风化砂
膨润土
水
木钙
5
260
1295
70
375
1.3~1.5
6
260
1300
65
375
1.3~1.5
7
265
1305
60
380
1.3~1.5
8
265
1310
55
385
1.3~1.5
9
270
1315
50
385
1.3~1.5
10
270
1320
45
385
1.3~1.5
2.4天然砂和古树岭弃渣检测
天然砂和古树岭弃渣是塑性混凝土的骨料,其检测指标为细度模数,共检测29组。
检测结果表明,古树岭弃渣的细度模数稳定在2.90~3.09之间;天然河砂细度模数变化较大,变化范围l.95~3.70,主要分布在2.1~2.8之间。
针对天然河砂细度模数的变动,施工配合比做了相应的调整(表3)
2.5木钙检测
施工用木钙是吉林石砚造纸化工厂生产的国标二级木质磺酸钙,检测指标均达国家二级标准。
3 防渗墙施工质量控制
现行质量控制标准是以柔性材料和塑性混凝土浇筑后的28天龄期强度、模量来评价施工质量的。
这种质量控制标准对于浇筑过程中发生的质量事故无法得到及时调整,不利于施工质量的控制。
因此,在跟踪施工过程中,长江科学院的科研人员除严格检测原材料外,还研究提出了早期现场判断柔性材料和塑性混凝土施工质量试验方法。
这些判别施工质量的办法包括柔性材料施工配合比现场快速验证,柔性材料和塑性混凝土抗压强度的早期预报等。
3.1柔性材料施工配合比的现场验证
主要目的是研究一种简便而快速测试方法。
可根据拌和样测定出柔性材料的原材料和实际下料数量,以验证是否满足施工配合比的要求。
在施工现场配制不同配合比的柔性材料试样,分析拌和物的含水量、容重、木钙含量、吸浆量和骨料等指标与施工配合比的关系,在此基础上提出现场快速测定柔性材料拌和物中原材料实际含量方法。
根据拌和楼的拌和样,可在半小时内测定出柔性材料的风化砂、水泥、膨润土和水等原材料的实际下料数量。
在施工单位的积极配合下,现场采用该办法及时纠正了几起下料误差,避免了不合格的拌和料浇入槽孔,确保了施工质量,得到施工单位的好评。
3.2墙体材料强度的早期预报
主要目的是根据成型样的早期强度(如2~4天等)预测其28天强度,以便发现防渗墙质量问题后能及时妥善处理。
主要途径是通过大量对比试验,建立柔性材料和塑性混凝土早期(2天、3天、4天)力学指标与28天龄期指标的关系预测模型。
从槽口样的早期强度即可判断其28天龄期强度是否满足要求,进而达到控制施工质量的目的。
以下是柔性材料和塑性混凝土早期强度和28天龄期强度的关系(见表4)。
表4 柔性材料、塑性混凝土早期强度28天龄期强度的关系
配 比
单轴抗压强度/MPa
编 号
2d
3d
4d
7d
14d
28d
柔—1
0.70
1.10
1.22
1.88
3.20
5.40
柔—2
0.50
0.92
1.09
1.77
2.94
4.70
柔—3
0.41
0.56
0.64
1.03
1.58
3.26
柔—4
0.37
0.43
0.58
0.75
1.60
3.00
柔—5
0.83
1.11
2.28
3.73
5.12
柔—6
0.36
0.40
0.60
1.20
1.60
3.45
柔—7
0.57
1.16
1.47
1.85
5.15
柔—8
0.54
0.62
0.80
1.30
2.04
4.00
柔—9
0.56
1.16
1.50
2.94
4.80
6.14
柔—10
1.09
1.55
1.70
2.27
5.82
塑—1
0.28
0.40
0.51
1.07
4.46
塑—2
0.30
0.51
0.66
1.36
4.52
塑—3
0.35
0.52
0.67
1.45
4.58
塑—4
0.37
0.55
0.68
1.45
5.26
塑—5
0.40
0.60
0.71
1.46
5.27
表3 塑性混凝土施工配台比调整表kg/m3
F.M
砂率/%
水
水泥
粉煤灰
膨润土
砂
碎石
木钙
DH9
2.8
95
280
190
80
100
1339
72
1.11
0.0296
2.7
94
282
193
80
100
1317
86
1.12
O.0298
2.6
93
284
196
80
100
1296
100
1.13
0.0301
2.5
92
286
199
80
100
1275
113
1.14
0.0303
2.4
91
288
202
80
100
1254
126
1.15
0.0306
2.3
90
290
205
80
100
1233
140
1.16
0.0308
2.2
89
292
208
80
100
1217
153
1.17
0.0310
2.1
88
294
210
80
100
1200
166
1.18
1.0312
4 施工检测结果
4.1槽口取样检测结果
二期上游围堰防渗墙施工自1997年6月第一个槽孔开浇至1998年8月5日最后一个槽孔浇完历时14个月。
共浇筑柔性材料185个槽孔,塑性混凝土58个槽孔。
完成钻孔进尺48259.1m,浇筑方量59652.86m3。
柔性材料和塑性混凝土共检测抗压强度483组、抗折强度391组、初始切线模量107组、抗渗试验16组。
根据检测结果的统计,上游围堰防渗墙施工检测抗压强度合格率为95.2%,标准偏差0.85,离散系数0.164。
抗折强度合格率为99%,标准偏差0.32,离散系数0.153。
共检测柔性材料初始切线模量58组,最大值1233MPa,最小值600MPa,平均值911.7MPa。
其中,初始切线模量小于1000MPa所占比例为73%,1000MPa~l233MPa所占比例为27%,塑性混凝土共检测初始切线量49组,最大值为1586MPa,最小值为815MPa,平均值为1173MPa,其中初始模量小于000MPa占22.4%,1000MPa~1500MPa之间占69.4%,大于1500MPa占8.2%。
应当说明的是,施工后期设计对深槽段部分槽子L塑性混凝土的抗压指标有较大的提高,例如要求SX8、SXl4槽抗压强度大于8.0MPa,相应的初始切线模量放宽至1500MPa;对部分槽子L柔性材料的抗压强度提高为5MPa,相应初始切线模量放宽至1200MPa。
考虑到这些因素,初始切线模量的合格率在90%以上。
4.2防涝墙检查孔检测结果
为检查水下墙体材料各项指标的实际情况,以及将水下的实际情况与槽口检测结果比较,设计要求防渗墙施工完成后,对墙体材料钻孔芯样进行有关指标的测试。
按照设计要求,柔性材料共打8个检查孔,塑性混凝土共打4个孔。
钻孔芯为柱状,一般情况下,芯样直径1300mm。
检查孔芯样的抗压强度、抗折强度、初始切线模量和渗透系数试件的尺寸目前尚无统一的规定。
在试件的加工过程中采用了如下的原则,即抗压强度柱状样高度与其直径一致,初始切线模量试样的高度为直径的二倍。
抗折强度试件的标准尺寸40mm×40mm×160mm。
渗透试件直径130mm,高度为50mm~70mm之间。
测试方法与墙体材料配合比试验中采用的方法一致。
检测结果表明,柔性材料8个检查孔的66组抗压强度合格率为93.9%,12组抗折强度的合格率为100%,12组初始切线模量中小于1000MPa的占25%,1000MPa~1500MPa之间的占75%。
塑性混凝土4个检查孔共检测抗压强度26组,合格率为92.3%;13组初始切线模量最大值2328MPa,最小值509MPa,其中1000MPa以下占15.4%,1000MPa~1500MPa之间的占38.5%,1500MPa以上的占46.1%。
5 基坑抽水效果
二期围堰防渗墙封闭后恰逢1998年特大洪水,经受了变形的考验并安全度汛;基坑抽水完成后,渗漏量仅601/s,远低于设计值,这说明防渗墙是成功的。
(1)在二期围堰防渗墙施工中,科研和施工承包单位密切合作是三峡工程科研与施工密切结合的一种成功尝试。
在跟踪施工过程中,科研人员能根据施工现场的实际情况调整材料的配合比,使墙体材料的研究成果具有实用性。
与此同时施工单位对墙体材料的组成原理和施工工艺也有了进一步的认识,为提高施工质量莫定了基础。
(2)根据施工用原材料的检测指标的变动,对墙体材料(柔性材料和塑性混凝土)的施工配合比进行了及时调整,以使施工配合比的各项指标满足三峡工程二期围堰单项设计指标的要求;
(3)研究提出了墙体材料施工质量早期判别方法,用于施工取得良好效果;
(4)槽口取样和防渗墙钻孔芯样的检测结果表明,墙体材料各项指标满足设计要求。
[作者简介]
李青云 长江委长江科学院高级工程师
孙厚才 长江委长江科学院工程师
李思慎 长江委长江科学院教授级高级工程师
朱冠美 长江委长江科学院高级工程师
武汉市430010
(编辑:
胡少华)
网页制作:
CWSnet
塑性混凝土在二期围堰中的应用
史德亮 陈如华 刘思君
摘 要三峡工程二期围堰防渗墙采用塑性混凝土作为防渗材料。
工程实践表明,从施工配合比设计到防渗墙施工实施严格控制,塑性混凝土达到了预期效果。
关键词塑性混凝土防渗墙施工配合比
1 前言
三峡工程二期上下游横向土石围堰主要由风化砂,石碴混合料,块石料,过渡料等开采弃料组成,上下游围堰高度分别为82.5m和65.5m,填筑总方量589.6万m2,堰体填料80%为水下抛填施工,堰体有2~16m的淤砂层,施工难度在国内外已建水电工程中实属罕见。
针对二期围堰施工及运行特点,围堰堰体中部及基础部位设置塑性混凝土垂直防渗心墙。
塑性混凝土是最近十余年发展起来的一种新型防渗材料,其主要优势在于适应变形能力强,可就地取材,克服了常规(刚性)混凝土的许多缺陷,在国内水电工程中不乏成功应用的实例。
由于各地原材料性质差异和工程技术要求有别,塑性混凝土的施工工艺也不尽相同。
本文着重介绍以三峡工地开采的花岗岩天然骨料和风化砂为基本原材料组成的塑性混凝土的基本特征,以及在三峡工程二期围堰中的应用实况。
2 二期围堰防渗墙结构及应用实况
2.1防渗墙结构
三峡工程二期围堰堰体及基础防渗墙由混凝土防渗心墙上接土工合成材料、下接帐幕灌浆组成复合心墙结构。
其中,上游围堰深槽段为双排塑性混凝土防渗墙加隔墙方案,防渗墙中心距离6.0m、墙厚1.0m;下游围堰为低单墙结构,墙厚1.0m,深槽段墙厚为1.1m。
2.2塑性混凝土与普通混凝土的区别
工程实践中发现普通混凝土防渗墙存在不少缺陷:
(1)弹性模量高(10000MPa),允许变形小,应力集中于墙体,易产生裂缝;
(2)墙体与周围土体沉陷差别大,与基础部位相连接困难;
(3)原材料耗费大,工程造价高;
(4)围堰施工程序复杂,特别是在拆除阶段需采用爆破技术,对主体建筑有影响;
相比而言,塑性混凝土足以弥补上述缺陷,具有“高强低弹”的特点,防渗效果好。
2.3塑性混凝土技术指标
鉴于二期围堰墙体最大高度74m,为保证强度和变形要求,设计提出防渗墙墙体材料性能指标必须满足:
(1)抗压强度户=4.0~5.0MPa(墙高度>30m时,R28以5.0MPa控制);
(2)抗折强度T28>1.5MPa;
(3)初始切线模量E0=500~700MPa(大值允许E0=l500MPa);
(4)渗透系数K20<l×10-7cm/s;
(5)允许渗透比降J>80;
(6)浇筑时材料塌落度要求:
初始20~24cm,1.5h后>15cm;
(7)凝结时间:
初始>6.0h,终凝<24.0h。
3 原材料基本性质
塑性混凝土按原材料性质具体分为风化砂骨料塑性混凝土(简称柔性材料)和天然骨料塑性混凝土(简称塑性混凝土)。
其不同之处在于柔性材料中不含天然中、小石,仅用天然风化砂作骨料,并省去了粉煤灰组份。
大体而言,塑性混凝土主要原材料组份如下:
水泥:
为葛洲坝荆门水泥厂生产425#矿渣硅酸盐水泥(矿渣掺量45%),品种满足国标GB20089规范要求;
粉煤灰:
符合部颁级灰标准;
膨润土:
湖南澧县地质福利材料厂生产的二级膨润土;
河沙:
河砂细度模数F.M=2.4~2.8,配合比按规定进行调整;
风化砂:
p5含量一般控制在16%~22%,最大允许35%。
含泥量3%~10%;
小石:
为5~20mm天然骨料,含泥量<0.4%;
外加剂:
木钙和引气剂DH9,配制成水溶液使用;
水:
符合拌制混凝土要求。
4 施工配合比研究
4.1施工配台比设计
材料的整体性能取决于原材料之间的相关关系,设计施工配合比则是根据要求,探寻其最佳组合比例。
研究表明,塑性混凝土施工配合比的主要影响因素有以下几点:
①砂率可明显降低塑性混凝土的初始切线模量,降低模强比,增加极限应变量。
②膨润土掺量减少,初始切线模量和模强比均有明显增加,而极限应变量则随膨润土掺量减少而减少。
③塑性混凝土的变形性能随水泥中矿渣掺量的增加而有较大的改善。
防渗墙塑性混凝土施工基本配合比见表1,适用于墙高超过40m的围堰深槽段防渗墙。
防渗墙柔性材料施工基本配合比见表2,适用于墙高低于40m的漫滩段围堰防渗墙。
表l 塑性混凝土防渗墙施工基本配合比表kg/m3
材料
水泥
粉煤灰
膨润土
砂
5~20mm
小石
Mg
DH9
水
掺量
180
80
100
1341
72
0.9
0.027
282
表2 柔性材料防渗墙施工基本配合比表 掺量/m3
材料
水泥
kg
膨润土
kg
风 化 砂
木钙
/0.1%
水
kg
含泥量
%
P5
%
掺量
ka
掺量
260
70
6
22
1370
5
370
注:
木钙为水泥用量的0.5%。
4.2生产性试验
二期围堰防渗墙施工质量受风化砂P5含量、骨料性状及河砂细度模数影响较大。
考虑到不同料场风化砂级配有差别,针对原材料检测成果,实际施工配合比对表1、表2作适当调整,随之在上游围堰右岸接头和下游围堰右岸接头段进行了生产性试验施工,并通过数学模型计算对塑性混凝土防渗墙应力与强度参数予以复核,经过综合比较分析后正式应用于围堰工程浇筑施工。
5 墙体浇筑质量监控与检测
为了保证二期围堰防渗心墙塑性混凝土的质量,施工质量控制至关重要。
监理和检测单位在施工过程中层层把关,从原材料检测入手乃至塑性混凝土浇筑机口、以及防渗心墙钻孔取样,实施全过程跟踪监测。
5.1原材料检测
原材料主要包括水泥、膨润土和骨料。
(1)水泥性能指标:
所用荆门425#矿渣水泥。
因出厂批次不同,强度标号有一定差别。
共检测44组,R28=47.4~51.8MPa,出厂水泥标号波动较大,提出控制水泥标号R28=46~48MPa方可使用。
(2)膨润土性能指标:
进行矿化检测和理化检测多组。
主要矿物组成为:
蒙脱石80.4%、石英15.4%、方解石4.2%。
主要化学成份:
Si02=58.4%,AL2O3=17.22%,Fe2O3=7.13%,GaO=1.86%,MgO=1.15%。
主要理化指标为:
塑性指数38~61,小于0.005mm粒径含量为28%~57%。
检测结果表明,矿化数据尚好,理化指标波动大,在施工配合比中考虑调整。
(3)骨料:
施工过程中,抽查骨料性能指标。
主要是跟踪监督检查风化砂卑值、含泥量、河砂的细度模数,并据此调整施工配合比。
细骨料在前期为天然砂,由于细度模数偏小,掺入较粗的黄砂以改善级配和细度模数。
后经试验论证,天然河砂改用古树岭人工砂石料系统冲洗下来的弃料。
风化砂检测125组,平均含砂量9%,P5平均值20.3%,29组细度模数检测值变化为1.97~3.7。
5.2机口取样检测
拌和物机口取样,除施工单位自检,监理单位也进行了抽查。
二期围堰上游墙共取样997组,检测结果总体情况见表3。
表3期围堰防塑性混凝土机口取样实验总体成果表
检测项目
组数
设计指标
实 测 值
合格数
合格率
最大值
最小值
平均值
抗压强度/MPa
483
R28≥4~5
9
5.19
5.19
460
95.2
抗折强度/MPa
391
T28>1.5
3.93
1.27
2.08
387
99.0
初始切线模量/MPa
107
Eq=500~700
(最大值<1500)
1568
600
1032.7
99
92.5
渗透系数/cm.s-1
16
K20<10-7
1.3×10-7
8.8×10-8
8.8×10-8
16
100
渗透比降
16
J>80
试验未破而告终
16
100
5.3检查孔芯样检测
防渗墙布置墙体检查孔12个,钻孔取芯检测129组,检测结果见表4:
表4 围堰防渗墙钻孔芯样质量检测结果(凝期50—250天)
检测项目
抗压强度R
/MPa
抗折强度T
/MPa
初始切线模量EO
/MPa
抽样数量
92
12
25
最大值
13
2.65
2328
最小值
4.5
1.68
509
平均值
7
2.3
1400
合格数
86
12
合格率
93.5
100
综上所述,防渗墙施工从原材料、现场槽口取样,钻孔芯样试验和注水检查结果看,各项施工质量指标均满足设计要求。
6 二期围堰防渗墙运行效果
1998年主汛期正值施工高潮,
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- 关 键 词:
- 围堰 防渗墙 材料 检测 施工 质量 控制