官地水电站大坝碾压混凝土层间抗剪强度的试验研究

詹 候 全， 王 红 霞， 李 光 伟， 杨 宏 伟

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

官地水电站大坝碾压混凝土层间抗剪强度的试验研究

詹 候 全， 王 红 霞， 李 光 伟， 杨 宏 伟

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

碾压混凝土抗剪参数的选取对碾压混凝土重力坝抗滑稳定计算起着关键作用。针对施工中可能遇到的主要工况和施工措施进行了试验研究。通过对碾压混凝土层内抗剪、层间初凝前不同时间直接铺筑、层间初凝到终凝间不同时间及不同铺浆方式、层间终凝后冷缝处理、降雨强度对抗剪断参数影响等工况进行试验取得的成果表明：采取合理的措施，碾压混凝土层内和层间的抗剪断参数可以满足工程要求。

官地水电站；碾压混凝土；抗剪强度；摩擦系数；粘聚力

1 概 述

碾压混凝土大坝采用大仓面薄层摊铺、分层碾压连续上升的施工方法，一般碾压层厚30 cm为一层，而大量的层面易产生隐形的层状结构。影响层面粘结强度的因素主要有：混凝土的粘聚性差，骨料包裹不好，容易分离；层面间隙暴露时间过长，层面已经初凝，进而影响层间的凝聚力；VC值过大，可碾性差，致使碾压后的层面液化泛浆差和施工工艺及质量控制不严等，这些因素都会导致层缝面成为薄弱环节。对于这些薄弱层面，如果处理不当，可能会成为大坝渗流集中通道和抗滑稳定的相对薄弱面[1]。对于高碾压混凝土坝而言，其层间的抗剪参数关系到大坝的抗滑稳定，是设计者和建设者最关心的参数。

官地水电站装机容量为2 400 MW，枢纽建筑物主要由左右岸挡水坝、中孔坝段和溢流坝段(碾压混凝土重力坝)、消力池、右岸引水系统及地下厂房发电系统组成。碾压混凝土坝坝高为168 m，大坝碾压混凝土约297万m3，其大坝抗剪强度特性是计算碾压混凝土重力坝抗滑稳定和确定大坝断面尺寸的一个非常重要参数。

结合官地水电站实际，采用当地玄武岩加工的人工骨料以及工程选定的PMH42.5水泥和Ⅱ级粉煤灰，开展了在不同施工工况和所采用的施工措施条件下大坝层间碾压混凝土抗剪强度的试验研究，从而确定了达到设计标准、经济合理的施工碾压参数和层间处理措施。

2 混凝土原材料的基本性能及配合比参数

2.1 混凝土原材料的基本性能

试验采用的胶凝材料为PMH42.5水泥和Ⅱ级粉煤灰，水泥和粉煤灰的基本性能分别见表1和表2。

表1 PMH42.5水泥基本性能表

表2 Ⅱ级粉煤灰基本性能表

试验采用当地竹子坝料场玄武岩加工的人工骨料，其中玄武岩粗骨料的表观密度为2.95 g/cm3，吸水率为0.7%～0.8%，压碎指标为4.3%；玄武岩人工砂的表观密度为3 g/cm3，吸水率为2.1%，细度模数为2.84，石粉含量为16.9%。

2.2 大坝碾压混凝土基本配合比及性能

试验所采用的大坝碾压混凝土配合比见表3，其中粗骨料的级配为：中石∶小石=50∶50，大石∶中石∶小石=35∶35∶30，碾压混凝土复掺一定量的缓凝高效减水剂和引气剂。大坝碾压混凝土的强度性能见表4。

表3 大坝碾压混凝土基本配合比表

表4 大坝碾压混凝土强度性能表

3 大坝碾压混凝土层间抗剪强度试验研究

为了核定坝体混凝土设计配合比的合理性，检测碾压混凝土层间抗剪切的性能，提供坝体抗剪稳定参数，我们开展了大坝碾压混凝土层间抗剪强度的试验研究。试验研究具体分为：直接铺筑时间、层间铺浆方式、层间缝处理方式以及降雨等级等因素对坝体层间碾压混凝土抗剪强度的影响。

碾压混凝土的拌合、成型、养护以及试验均按照“水工混凝土试验规程(SL352-2006)”[2]中的有关规定进行，其中抗剪强度试验均采用15 cm3标准立方体试件，对于有层面的碾压混凝土试件分两次振捣成型。

3.1 碾压混凝土坝体层内抗剪强度

碾压混凝土坝体层内抗剪强度试验结果见表5，试验结果表明：碾压混凝土坝体层内的摩擦系数介于1.14～1.23之间，粘聚力介于2.64～3.43 MPa之间。随着碾压混凝土抗压强度的提高，其粘聚力有所增加。

表5 碾压混凝土坝体层内抗剪强度试验结果表

3.2 碾压混凝土坝体层间抗剪强度

3.2.1 直接铺筑时间对层间抗剪强度的影响

选择8 h、10 h和12 h三种层面间隔时间,开展直接铺筑对碾压混凝土层间抗剪强度影响的试验，试验结果见表6。层面间隔时间对层间碾压混凝土摩擦系数以及粘聚力的影响见图1。由试验结果可知：碾压混凝土的层间摩擦系数和粘聚力均随层间间隔时间的延长而减小。

3.2.2 不同加浆方式对层间抗剪强度的影响

选择砂浆和水泥掺合料浆两种加浆方式，所开展的不同加浆方式对层间碾压混凝土抗剪强度影响的试验结果见表7。由试验结果可见：与层间铺筑砂浆相比，在相同条件下，层间铺筑水泥掺合料浆可以提高层间碾压混凝土的抗剪强度。

表6 直接铺筑时间对碾压混凝土层间抗剪强度影响试验结果表

(a)粘聚力 (b)摩擦系数图1 层间间隔时间对碾压混凝土层间抗剪参数影响图

强度等级工况相关关系摩擦系数f'粘聚力c'/MPaC9020W6F50三级配C9020W6F50二级配本体τ'=1.14σ+2.87,R2=0.9721.142.8718h胶材浆τ'=1.13σ+1.85,R2=0.9991.131.8518h砂浆τ'=1.19σ+1.52,R2=0.9911.191.52本体τ'=1.11σ+3.76,R2=0.9881.113.7620h胶材浆τ'=1.11σ+2.14,R2=0.9871.112.1420h砂浆τ'=1.09σ+2.05,R2=0.9971.092.05

3.2.3 层间缝处理方式对层间抗剪强度的影响

选择砂浆和水泥掺合料浆两种加浆方式，所开展的不同加浆方式处理层间缝对层间碾压混凝土抗剪强度影响的试验结果见表8。从试验结果可以看出：碾压混凝土形成冷缝后，既使铺砂浆或胶材浆垫层，其粘聚力较碾压混凝土层内粘聚力下降约47%。与铺筑砂浆处理方式相比，在相同条件下，铺筑水泥掺合料浆处理层间缝有利于提高层间碾压混凝土的抗剪强度。

3.2.4 降雨对层间抗剪强度的影响

由于官地水电站碾压混凝土大坝施工周期长达数年，施工过程中出现降雨是不可避免的自然条件。考虑到施工现场的气候条件，采用四种模拟降雨强度(1 mm/h、3 mm/h、5 mm/h和8 mm/h)进行降雨对碾压混凝土层间抗剪强度影响的试验结果见表9和图2。

从试验结果看，当降雨强度从1 mm/h增加到5 mm/h时，碾压混凝土层间的摩擦系数增大，而粘聚力减小。当降雨强度从5 mm/h增加到8 mm/h时，碾压混凝土层间的摩擦系数在减小，而粘聚力亦在减小。

4 结 语

表8 层间缝处理方式对碾压混凝土层间抗剪强度影响试验结果表

表9 降雨对碾压混凝土层间抗剪强度影响试验结果表

(a)粘聚力 (b)摩擦系数图2 降雨对碾压混凝土层间抗剪参数影响图

碾压混凝土的层间抗剪强度是坝工设计者十分关心的参数，特别是高碾压混凝土坝，其更显得重要。改善碾压混凝土施工层面结合质量，提高施工层面混凝土的抗剪强度是碾压混凝土层间结合质量研究的一个重要课题。

结合官地水电站实际，所开展的大坝碾压混凝土层间抗剪强度试验研究得出了以下几点结论：

(1)在初凝时间内连续铺筑的碾压混凝土层面抗剪强度逊于层内碾压混凝土的抗剪强度，随着间隔时间的延长，其抗剪强度有所降低。

(2)在终凝时间内采用铺浆方式处理的层间抗剪强度低于碾压混凝土层内抗剪强度，其中铺筑胶材浆的层间抗剪强度优于铺筑砂浆的层间抗剪强度。

(3)对于提高层间抗剪强度而言，采用铺筑胶材浆的方式处理层间缝优于采用砂浆处理层间缝。

(4)随着降雨强度的增加，碾压混凝土层间的抗剪强度会有所降低。笔者建议：在实际施工过程中，应视当时的雨量选择合理的施工防护措施。

[1] 田育功．碾压混凝土快速筑坝技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2010．

[2] SL352-2006，水工混凝土试验规程[S].

(责任编辑：李燕辉)

2016-12-24

TV7;TU192;[TV221.2];TV522

B

1001-2184(2017)01-0029-04

詹侯全(1981-)，男， 四川眉山人，高级工程师，工程硕士，从事水工混凝土试验研究及试验室管理工作；

王红霞(1970-)，女，甘肃秦安人，高级工程师，学士，从事水电站建设建筑材料试验及项目管理工作；

李光伟(1962-)，男，湖北武汉人，副所长，教授级高级工程师，学士，从事水工混凝土试验研究工作；

杨宏伟(1965-)，男，四川成都人，专业总工程师，教授级高级工程师，工程硕士，从事水工混凝土试验研究工作.