張 靜

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司國際公司，陜西 西安 710065）

1 工程概述

南歐江六級水電站復(fù)合土工膜面板堆石壩，壩高88 m、壩頂長度362 m、頂寬10 m。壩體總填筑量為193 萬m3，其中軟巖填筑方量為157 萬m3，占比高達(dá)81%，為國際第一（目前國內(nèi)外面板堆石壩軟巖填筑比例最高為73.4%，填筑母巖強(qiáng)度均高于南歐江六級電站板巖料）。大壩上游采用意大利Carpi 公司的防滲體系設(shè)計，采用裸露的復(fù)合土工材料（PVC，聚氯乙烯）安裝方案，復(fù)合土工布錨固帶錨固于擠壓邊墻，復(fù)合土工膜材料采用SIBELON 專利產(chǎn)品和施工技術(shù)，該材料由聚氯乙烯材質(zhì)復(fù)合土工膜焊接于無紡反濾土工布上組合而成。

大壩墊層料上游采用擠壓式混凝土邊墻技術(shù)，邊墻外側(cè)坡比1∶1.6，大壩填料主要分區(qū)：排水體料3D，主堆石料3B1、3B2，次堆石料3C，過渡料3A，墊層料2A，特殊墊層料2B，復(fù)合土工膜防滲體系，上游覆蓋粘土1A，蓋重1B，下游干砌石P 組成，其標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1。

圖1 大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 Carpi 公司擠壓邊墻性能分析

2.1 Carpi 公司擠壓邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

國內(nèi)水電行業(yè)混凝土面板堆石壩中擠壓邊墻為成熟的上游固坡技術(shù)，并被普遍推廣，我國已有90 多座面板堆石壩所采用[1]。本工程中的擠壓邊墻混凝土作為Carpi 公司防滲體系復(fù)合土工膜施工的基礎(chǔ)面，不僅是墊層料上游固坡技術(shù)，而且發(fā)揮著防滲體系復(fù)合土工膜自身重量的承載體作用，是支撐穩(wěn)固土工膜的基礎(chǔ)，Carpi 公司認(rèn)為擠壓邊墻為復(fù)合土工膜面板堆石壩的重要結(jié)構(gòu)形體，同時混凝土能夠自由排水，不會對土工膜內(nèi)側(cè)產(chǎn)生揚壓力，進(jìn)而有助于防滲系統(tǒng)更好地發(fā)揮功效，并延長其使用壽命[2]。

本工程中擠壓邊墻設(shè)計結(jié)構(gòu)形式與國內(nèi)擠壓邊墻有差異，擠壓邊墻底部為三角楔形體（寬30 cm，深10 cm，見圖2），與下層形成相互咬扣結(jié)構(gòu)，從而使擠壓邊墻形成復(fù)合土工膜的基礎(chǔ)錨固整體，防止由于大壩蓄水后變形使得局部擠壓邊墻突出而破壞土工膜，同時避免層間摩擦力不夠?qū)е峦凉つふw脫落[3]。

結(jié)構(gòu)形式對比見圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)形式對比圖

2.2 Carpi 公司擠壓邊墻混凝土性能指標(biāo)

Carpi 公司要求擠壓邊墻為多孔性混凝土，其排水能力與砂率有關(guān)，基本上含少量砂，為提高和易性，需要確定出滿足滲透指標(biāo)要求最小的砂率，與國內(nèi)行業(yè)擠壓邊墻混凝土性能指標(biāo)對比見表1。

表1 Carpi 公司與國內(nèi)行業(yè)擠壓邊墻混凝土性能指標(biāo)對比表

3 擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

基于以上Carpi 公司設(shè)計理念，本工程擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計不同于鋼筋混凝土面板堆石壩中的擠壓邊墻混凝土。滲透系數(shù)與抗壓強(qiáng)度為矛盾共同體，使得兩者達(dá)到統(tǒng)一是本次配合比設(shè)計的關(guān)鍵。在既要滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，控制孔隙率來保證滲透系數(shù)滿足設(shè)計要求，如何找到兩者的結(jié)合點，成為本次混凝土配合比設(shè)計難題。

以《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻混凝土試驗規(guī)程》（DL/T 5422-2009）[4]以及《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5297-2013）為參考，做了大量嘗試性工作，經(jīng)過認(rèn)真思考和討論確定出設(shè)計思路：首先以滲透系數(shù)為基準(zhǔn)，確定出最優(yōu)砂率（＜5 mm 含量）滿足滲透系數(shù)要求，然后確定滿足設(shè)計強(qiáng)度的膠材用量及水灰比，再經(jīng)過不斷的調(diào)整砂率、膠材用量、粗骨料粒徑，直至達(dá)到設(shè)計雙重指標(biāo)要求。

3.2 試驗過程對比驗證

依據(jù)《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻混凝土試驗規(guī)程》（DL/T 5422-2009）規(guī)范要求，水泥為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料為0～5 mm 水洗人工砂，石粉含量控制在6%～18%，粗骨料5 mm～20 mm 碎石、5 mm～10 mm 碎石,含泥量控制＜7%，液態(tài)速凝劑摻量0～4%。對采用5 mm～10 mm 碎石及速凝劑摻量方面做了大膽的嘗試。

參照規(guī)范（DL/T 5422-2009）擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計要求基礎(chǔ)上進(jìn)行5 個量級砂率試驗組合分別為：15%、20%、25%、30%、35%；4 個水灰比試驗組合分別為：0.30、0.36、0.40、0.45；考慮到速凝劑不同摻量對混凝土強(qiáng)度增長的影響，試驗組合分別：0%、2%、4%。

考慮擠壓機(jī)對混凝土配合比較敏感，較干的混凝土擠壓摩擦力大，行進(jìn)速度慢，能獲得較為密實的實體結(jié)構(gòu)，相反較濕的混凝土擠壓行進(jìn)速度快，因此擠壓混凝土配合比按一級配干硬性混凝土設(shè)計，設(shè)計容重為2100 kg/m3，試驗數(shù)據(jù)對比分析見表2、表3。

表2 試驗組合及數(shù)據(jù)對比分析表

通過以上試驗組合分析得出：

①當(dāng)砂率為25%，接近臨界值，如果繼續(xù)增加砂率，滲透系數(shù)將不能滿足＞5×10-3要求。

②水灰比確定為0.40±0.02，單方混凝土用水量控制(120±5)kg，混凝土強(qiáng)度滿足8 MPa～10 MPa 要求。

③速凝劑摻量為2%時較為合理，繼續(xù)增大速凝劑摻量，混凝土強(qiáng)度有降低的趨勢。

④改用5 mm～10 mm 小米石，使得成型試塊及抗壓強(qiáng)度塊體差異性減小，內(nèi)部顆粒分散均勻且顆粒之間填充致密，有利于提高混凝土密度和強(qiáng)度。

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)找出擠壓邊墻混凝土最佳配合比，推薦現(xiàn)場施工基準(zhǔn)配合比為水膠比0.4、沙率25%、速凝劑摻量2%；單位材料用量：水120 kg/m3、水泥300 kg/m3、砂420 kg/m3、小石1260 kg/m3、KD-5 速凝劑6 kg/m3、容量2100 kg/m3。

4 擠壓邊墻成型驗證試驗

根據(jù)室內(nèi)試驗確定出擠壓邊墻混凝土推薦施工配合比表4 中的單方混凝土用量，拌合站采用電子稱量機(jī)械拌合，拌合物采用6 m3混凝土罐車運輸至施工作業(yè)面，現(xiàn)場成型擠壓邊墻。對成型后的實體進(jìn)行檢測和取樣復(fù)測，試驗復(fù)測成果見表3。

表3 擠壓邊墻成型試驗復(fù)測成果表

表3 數(shù)據(jù)顯示：成型后的擠壓邊墻現(xiàn)場實測密度與室內(nèi)配合比基本一致，偏差控制在設(shè)計值(2100±50)kg/m3；現(xiàn)場取樣成型抗壓強(qiáng)度及滲透試件，28d 齡期抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)均滿足設(shè)計要求。通過現(xiàn)場成型試驗驗證，檢測成果與室內(nèi)推薦配合比試驗數(shù)據(jù)基本一致，成型擠壓邊墻實體混凝土無倒塌，滿足施工及Carpi 公司設(shè)計要求。

從混凝土本身采用的技術(shù)和常規(guī)的技術(shù)比較，本工程擠壓邊墻混凝土施工特點是三角楔形體的施工，其余相同[5]。目前已施工完成，完成后擠壓邊墻成型尺寸、實體質(zhì)量狀況可控，運行期擠壓邊墻各項指標(biāo)正常。依據(jù)《混凝土面板堆石壩擠壓邊墻混凝土試驗規(guī)程》（DL/T 5422-2009）規(guī)范要求，試驗檢測成果見表4。

表4 擠壓邊墻混凝土試驗成果表

5 結(jié)論

意大利Carpi 公司在擠壓邊墻設(shè)計理念區(qū)別傳統(tǒng)混凝土面板堆石壩中的擠壓邊墻，是具有較高的抗壓強(qiáng)度，并且能夠自由排水功能，以消除對土工膜內(nèi)側(cè)產(chǎn)生揚壓力的綜合承重載體，在復(fù)合土工膜面板堆石壩安全運行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。擠壓邊墻混凝土配合比設(shè)計及優(yōu)化將是施工成型過程的重要依據(jù)，嚴(yán)格施工工藝和加強(qiáng)過程質(zhì)量控制將是達(dá)到意大利Carpi公司擠壓邊墻設(shè)計理念的保障。