郭士紅，常倩倩，魏瑩瑩

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

談設(shè)計指標對混凝土防滲墻性能的影響

郭士紅，常倩倩，魏瑩瑩

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

本文根據(jù)平原水庫塑性混凝土防滲墻的特性，論述了塑性混凝土防滲墻三大設(shè)計指標：彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度的變化趨勢，并提出了該三大指標的控制目標、方法和具體控制范圍，明確了塑性混凝土防滲墻應(yīng)重點是控制墻體的滲透系數(shù)。

平原水庫；塑性混凝土防滲墻；設(shè)計指標

近年來，塑性混凝土防滲墻發(fā)展較快，但至今沒有塑性混凝土防滲墻的設(shè)計規(guī)范，相關(guān)設(shè)計規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL-274-2001）和《南水北調(diào)工程平原水庫技術(shù)規(guī)程》（NSBD-2009）中有一些相關(guān)條文，不系統(tǒng)、不具體，概念性的提法多，沒有具體指導、規(guī)范工程設(shè)計指標和塑性混凝土配比試驗。本文具體提出了平原水庫塑性混凝土防滲墻的設(shè)計彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度合理取值范圍和方法，供平原水庫塑性混凝土防滲墻設(shè)計參考。

1 塑性混凝土防滲墻主要設(shè)計指標

塑性混凝土彈性模量（E）、滲透系數(shù)(K)、抗壓強度（R）是塑性混凝土防滲墻的主要設(shè)計指標。由于塑性混凝土的塑性變形特征，三大指標間不存在單一的相關(guān)關(guān)系，他們之間相互影響，關(guān)系十分復雜。在已有的塑性混凝土防滲墻設(shè)計中，選用的指標差別也很大。

1.1 E～K～R的變化特點

表1中列出了國內(nèi)一些塑性防滲墻的主要設(shè)計指標，圖1為E～K～R散布圖。從圖中看出，彈性模量，滲透系數(shù)和抗壓強度的分布比較散亂。①彈性模量從200～1500MPa，最大的為大站水庫3300MPa；抗壓強度從1.2～7.4MPa，最大的為岳城水庫7.43MPa；滲透系數(shù)從2×10-8～8×10-7cm/s。②不同塑性混凝土材料E～R不盡相同。

圖1 E～K～R散布圖

1.2 塑性混凝土材料對三大指標影響的規(guī)律

從表1中看出，材料品質(zhì)，材料組成，配比，砂率，以及周邊介質(zhì)對三大指標都有較大影響。

1）水泥強度高，水泥摻量大，塑性混凝土強度和滲透系數(shù)能滿足設(shè)計要求，但彈性模量會超出設(shè)計控制目標。

2）增加黏土、膨潤土和粉煤灰摻量，塑性混凝土抗壓強度和彈性模量隨之降低，防滲墻穩(wěn)定性降低，影響防滲墻性能。

塑性混凝土材料的選取對三大指標影響十分復雜，增加了塑性混凝土配比試驗的難度。

2 防滲墻三大設(shè)計指標的合理控制

2.1 塑性混凝土防滲墻特征

平原水庫塑性混凝土防滲墻具有以下特點：①防滲安全要求條件高。平原水庫建設(shè)的設(shè)計趨勢是加大壩高，減少水庫占地，但抬高水位加大了防滲墻的荷載，既保證防滲墻安全，又要保證低彈模和小滲透系數(shù)，必須有科學的塑性混凝土配比設(shè)計。②防滲墻應(yīng)力相對較低。平原水庫的圍壩，作用于防滲墻上的荷載不大，塑性防滲墻的壓應(yīng)力不超過2MPa，一般不產(chǎn)生拉力。如東湖水庫，圍壩最大壩高13.7m，最大壓應(yīng)力為1.18MPa；雙王城水庫圍壩最大壩高12.5m，最大壓應(yīng)力1.43MPa。

表1 已建塑性混凝土防滲墻塑性混凝土主要設(shè)計指標

2.2 塑性混凝土三大指標控制原則

1）滲透系數(shù)控制。壩基不產(chǎn)生滲透變形，壩后覆蓋層岀逸坡降J小于允許坡降［J］；壩后不產(chǎn)生沼澤化，地下水位無明顯抬高，截滲層滲漏量減少90%以上，或滲漏量減至1.0m3/d·m。

2）彈性模量控制。應(yīng)力應(yīng)變曲線與土質(zhì)一致，適應(yīng)莫爾～庫倫破壞理論。

3）抗壓強度控制。塑性混凝土強度控制應(yīng)滿足兩個條件：①塑性混凝土設(shè)計抗壓強度不小于塑性混凝土防滲墻的最大壓應(yīng)力。②在土石壩應(yīng)力—位移分析中，采用剪應(yīng)力動用水平≤1控制。

2.3 塑性混凝土防滲墻三大指標合理控制范圍

目前平原水庫塑性混凝土防滲墻三大指標的適宜控制范圍。

滲透系數(shù)K：（0.8≤K＜5.0）×10-7cm/s；

彈性模量E：200≤E＜1500MPa；

抗壓強度R：1.5≤R＜5.0MPa。

算例：（1）雙王城水庫滲流計算，K=0.8×10-7cm/s和K=5.0×10-7cm/s；計算成果見表2。

表2 雙王城水庫滲流計算成果

（2）雙王城水庫圍壩應(yīng)力～應(yīng)變計算，E=200MPa和E=1500MPa；計算成果見表3。

表3 雙王城水庫圍壩應(yīng)力計算成果

3 結(jié)語

塑性混凝土的彈性模量、滲透系數(shù)和抗壓強度三大指標之間關(guān)系復雜，存在一定的變化趨勢，變化范圍大，調(diào)節(jié)范圍也大。

平原水庫塑性混凝土防滲墻，滲透系數(shù)是三大設(shè)計指標的控制重點。對設(shè)計滲透系數(shù)的控制目標是：壩基不產(chǎn)生滲透變形，截斷的透水地層的滲流量減少90%以上；對設(shè)計變形模量的控制，保證防滲墻為塑性變形材料；對設(shè)計抗壓強度控制，使墻體最大應(yīng)力不大于按莫爾—庫侖理論計算的抗壓強度（安全系數(shù)采用碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范中相應(yīng)的穩(wěn)定計算安全系數(shù)）。

（責任編輯遲明春）

TU755.8

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1009-6159（2017）-01-0005-02

2016-06-05

郭士紅（1979—），女，工程師