哈 達(dá),李 成

(中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線(xiàn)有限公司 天津分公司,天津 300000)

1 概 述

水利工程中,防洪護(hù)坡是重要的工程項(xiàng)目。近年來(lái),水利防洪護(hù)坡工程應(yīng)用涉及到的有生態(tài)護(hù)坡、混凝土結(jié)構(gòu)體護(hù)坡等結(jié)構(gòu)。目前,許多學(xué)者針對(duì)水利防洪護(hù)坡技術(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究。韋參[1]針對(duì)水利防洪工程中生態(tài)護(hù)坡建設(shè)進(jìn)行了探討。范軸[2]研究了可拆卸裝配式防浪墻的研發(fā)與應(yīng)用。劉穎嘉[3]針對(duì)現(xiàn)澆水運(yùn)工程素混凝土防浪墻裂縫防治,進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用措施的研究。

在上述研究成果基礎(chǔ)上,本文結(jié)合防洪護(hù)坡結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出新型裝配式防浪墻,并對(duì)混凝土相關(guān)配合比進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果可為水利防洪護(hù)坡工程應(yīng)用選型以及水利防洪護(hù)坡用混凝土的配制提供參考。

2 水利防洪護(hù)坡防浪墻技術(shù)

2.1 新型裝配式防浪墻

水利防洪護(hù)坡技術(shù)中,防浪墻技術(shù)逐漸得到應(yīng)用。防浪墻是為防止波浪翻越壩頂而在壩頂擋水前沿設(shè)置的墻體,多應(yīng)用于水庫(kù)、河道、堤壩,能夠起到防浪、防洪、阻水的作用。防浪墻構(gòu)成材料以鋼筋混凝土為主料,用特種模板澆筑而成。目前應(yīng)用的防浪墻多數(shù)為現(xiàn)澆式樣的防浪墻,在應(yīng)用中存在材料浪費(fèi)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、質(zhì)量保證率低等缺陷。本文針對(duì)現(xiàn)澆式防浪墻存在的缺陷,提出新型裝配式防浪墻技術(shù),見(jiàn)圖1。

圖1 新型裝配式防浪墻技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知,新型裝配式防浪墻技術(shù)結(jié)構(gòu)主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由底部鋼管柱、基礎(chǔ)平臺(tái)、防浪墻主體、后澆蓋以及部分連接(拼接)構(gòu)件組成。防浪墻呈斜坡形式,能夠有效抵擋水流沖刷,阻止浪體沖入路面。整體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式,結(jié)構(gòu)體硬化后,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制拼裝使用,連接方式簡(jiǎn)單、易于拼接,施工效率高。

2.2 防浪墻用混凝土的配制

根據(jù)裝配式防浪墻結(jié)構(gòu),對(duì)混凝土進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)裝配式防浪墻應(yīng)用的特殊環(huán)境存在常年浸水、氯離子侵蝕等不利影響,需要考慮混凝土具備較強(qiáng)的抗凍性、抗?jié)B性、抗氯離子侵蝕性能。本文防浪墻應(yīng)用混凝土的抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C40,試驗(yàn)依據(jù)《水工混凝土》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB/T 11011-2022)、《土木工程材料》等參考文獻(xiàn),通過(guò)計(jì)算、優(yōu)化,得出C40普通混凝土配合比,見(jiàn)表1。

表1 C40混凝土計(jì)算配合比 /kg·m-3

表1中的C40混凝土配合比適應(yīng)于普通環(huán)境中,由于混凝土需滿(mǎn)足相關(guān)水利工程復(fù)雜工況的應(yīng)用要求,而普通混凝土無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用要求,需要在普通混凝土基礎(chǔ)上進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)化研究。

2.3 混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)

相關(guān)研究表明,常用的礦物摻合料礦渣微粉(礦粉)、硅灰摻加到混凝土中,能夠提高混凝土的耐久性。針對(duì)混凝土在防浪墻中的應(yīng)用,本文通過(guò)摻加礦渣微粉、硅灰,研究對(duì)混凝土抗凍性以及抗氯離子滲透性能的影響。試驗(yàn)按照質(zhì)量比礦渣微粉:硅灰=1:1進(jìn)行試驗(yàn)研究,以礦渣微粉與硅灰的混合物礦物摻合料取代粉煤灰,對(duì)應(yīng)的1m3混凝土原材料中的摻量分別為0、20、40、60、80kg。試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化試驗(yàn)配合比 /kg·m-3

在表2配合比基礎(chǔ)上,對(duì)混凝土抗凍性能的影響進(jìn)行研究?？箖鲂阅芤曰炷临|(zhì)量損失率與相對(duì)動(dòng)彈性模量作為試驗(yàn)指標(biāo),以?xún)鋈谘h(huán)50次作為一個(gè)試驗(yàn)周期,凍融循環(huán)次數(shù)分別為0、50、100、150、200次。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知,凍融循環(huán)50次時(shí),混凝土質(zhì)量損失率呈逐漸增大趨勢(shì),混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量先增大后減小;凍融循環(huán)100次時(shí),混凝土質(zhì)量損失率先減小后增大,混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量先增大后減小;凍融循環(huán)150次時(shí),混凝土質(zhì)量損失率逐漸減小,混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量先增大后減小;凍融循環(huán)200次時(shí),混凝土質(zhì)量損失率逐漸減小,混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量逐漸增大。

礦渣微粉、硅灰摻加到混凝土中,在凍融循環(huán)150、200次時(shí),對(duì)混凝土抗凍性能的影響更大;兩種材料摻加會(huì)明顯降低質(zhì)量損失率,提高相對(duì)動(dòng)彈性模量。分析礦渣微粉、硅灰摻加到混凝土中對(duì)抗凍性能的有利影響原因可能是:礦渣微粉微集料填充效應(yīng)會(huì)減少孔隙、提高密實(shí)度,進(jìn)而提高混凝土的抗凍性[4];硅灰中有效成分SiO2與混凝土中水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng),生成致密凝膠體,促進(jìn)水泥與骨料結(jié)合,提高兩者黏結(jié)力[5]。以上研究表明,兩種礦物摻合料礦渣微粉、硅灰對(duì)混凝土抗凍性能有明顯影響,適量摻量有利于提高混凝土抗凍性能,確定摻量范圍為40～80kg/m3。

對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響進(jìn)行研究,抗氯離子滲透性能以混凝土電通量與氯離子遷移系數(shù)作為試驗(yàn)指標(biāo)。試驗(yàn)配合比同表2;抗氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖3(a)可知,隨著礦渣微粉、硅灰摻量增加,混凝土電通量先減小后增大再減小,摻量為80kg/m3時(shí),達(dá)到最低值1 720C。由圖3(b)可知,隨著礦渣微粉、硅灰摻量增加,混凝土氯離子遷移系數(shù)先減小后增大,摻量為60kg/m3時(shí),達(dá)到最低值20×10-2m2·s。

上述試驗(yàn)表明,礦渣微粉、硅灰對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能有影響。分析其原因可能是:礦渣微粉具有高活性、高細(xì)度特性,摻加后一方面能夠填充混凝土孔隙,另一方面能夠激發(fā)水泥活性,使水泥水化更加充分[6];硅灰摻加到混凝土的偏堿性環(huán)境中,活性成分SiO2與水化產(chǎn)物Ca(OH)2形成高堿性水化硅酸鈣膠體,水化產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)孔隙率降低,使得密實(shí)度提高,在宏觀(guān)上表現(xiàn)出混凝土的抗氯離子滲透性能提高[7]。通過(guò)分析確定,礦渣微粉、硅灰的最佳摻量為60kg/m3。

2.4 防浪墻混凝土的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)防浪墻技術(shù)及防浪墻混凝土進(jìn)行系統(tǒng)研究,得出C40混凝土的最佳配合比,見(jiàn)表3;性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4;防浪墻在某大型水庫(kù)土質(zhì)壩體的應(yīng)用見(jiàn)圖4。

表3 防浪墻用C40混凝土的最佳配合比 /kg·m-3

表4 混凝土性能測(cè)試

圖4 防浪墻應(yīng)用圖示

裝配式防浪墻技術(shù)應(yīng)用于土壩體,結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,裝配式施工方式符合目前建筑工程的應(yīng)用要求,具有較高的應(yīng)用質(zhì)量。上述研究及對(duì)比結(jié)果表明,裝配式防浪墻技術(shù)具備施工速度快、施工質(zhì)量易保證等優(yōu)勢(shì),在水利防洪護(hù)坡應(yīng)用中體現(xiàn)出通用性強(qiáng)、混凝土質(zhì)量保證率高,值得推廣應(yīng)用。

3 結(jié) 論

本文對(duì)水利防洪護(hù)坡防浪墻技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究,并結(jié)合混凝土的應(yīng)用情況,對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。結(jié)論如下:

1)新型裝配式防浪墻技術(shù),結(jié)構(gòu)主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由底部鋼管柱、基礎(chǔ)平臺(tái)、防浪墻主體、后澆蓋以及部分連接(拼接)構(gòu)件組成。防浪墻呈斜坡形式,能夠有效抵擋水流沖刷,阻止浪體沖入路面。整體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式,結(jié)構(gòu)體硬化后,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制拼裝使用,連接方式簡(jiǎn)單、易于拼接,施工效率高。

2)礦渣微粉、硅灰的摻入有利于提高混凝土抗凍性能,明顯降低質(zhì)量損失率,提高相對(duì)動(dòng)彈性模量,降低混凝土抗氯離子滲透性能。礦渣微粉、硅灰最佳摻為60kg/m3。

3)裝配式防浪墻技術(shù)可在水庫(kù)土壩體中應(yīng)用,其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,具有較高的應(yīng)用前景。