低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究

華偉南,馬福恒,劉成棟,向 衍

(1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心,浙江杭州 310009;2.南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京 210029)

0 引 言

防滲體系以其結(jié)構(gòu)重要性、技術(shù)復(fù)雜性、投資比重大等因素,在水利工程中占有重要位置.在土石壩樞紐工程中,防滲體系關(guān)系到地基的穩(wěn)定、大壩的安危,許多大壩失事大都是防滲體系遭到破壞或失效,因此備受關(guān)注.作為水利工程防滲體系的主體部分,尤其是水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程中,低彈?；炷练罎B墻的應(yīng)用尤為較多[1].但是由于低彈模混凝土自身材料的特性,以及防滲墻工作的條件復(fù)雜性,其防滲效果及對(duì)實(shí)際工程適應(yīng)性情況難以得到綜合評(píng)價(jià).然而要合理地給出適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)論,必須建立一套比較完整的、科學(xué)合理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.目前,對(duì)此研究國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道.基于此,本文對(duì)低彈模混凝土防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)擬定原則、指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)劃分以及指標(biāo)體系的具體建立等問(wèn)題進(jìn)行初步研究,從而建立一個(gè)多項(xiàng)目、多層次的低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,為科學(xué)和全面地研究低彈模混凝土防滲墻運(yùn)行性態(tài)提供參考和依據(jù).

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的擬定原則

影響低彈?；炷练罎B墻的因素多而復(fù)雜,對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的擬定的是否得當(dāng),直接關(guān)系到防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)論的是否合理可靠.而在以往的一般工程評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-3]的擬定中,往往主要根據(jù)評(píng)價(jià)者的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選缺乏科學(xué)有效的原則和方法,存在一定的主觀性,從而使得所擬定的指標(biāo)數(shù)量較為龐大,指標(biāo)彼此間信息重疊或代表性不強(qiáng)等.為此,一個(gè)合理、完善的指標(biāo)體系,應(yīng)在以下幾條原則下進(jìn)行.

(1)內(nèi)涵明確性原則

指標(biāo)描述的確定性是低彈模混凝土防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)架的重要技術(shù)原則.如果指標(biāo)內(nèi)涵上的復(fù)雜性和不確定性,將會(huì)導(dǎo)致對(duì)對(duì)象認(rèn)識(shí)和理解上的偏差,從而會(huì)影響指標(biāo)體系構(gòu)架的科學(xué)性.因此,評(píng)價(jià)指標(biāo)必須內(nèi)涵明確,具有一定的科學(xué)內(nèi)涵,能夠度量和反映低彈?；炷聊骋环矫娴奶卣?

(2)代表性原則

低彈?；炷猎u(píng)價(jià)指標(biāo)涉及面較廣,評(píng)價(jià)過(guò)程所伴生的隨機(jī)性和模糊性,易使指標(biāo)選擇因追求全面性而重復(fù)表述,內(nèi)涵重疊.因此,在保證重要特征和因素不被遺漏的同時(shí),應(yīng)盡可能選擇主要的、有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo),從而減少評(píng)價(jià)指標(biāo)的種類和數(shù)量;對(duì)于非重要方面的指標(biāo)可以適當(dāng)設(shè)置得粗一些,以簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)過(guò)程.

(3)獨(dú)立性原則

在建立指標(biāo)體系的過(guò)程中,應(yīng)力求減少各單個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)程度,避免顯見(jiàn)的包容關(guān)系.

(4)完備性原則

應(yīng)力求使評(píng)價(jià)指標(biāo)能相對(duì)全面和完整地反映低彈?；炷粮鞣矫娴闹匾卣骱椭匾绊懸蛩?

(5)實(shí)際可操作性原則

所擬定的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能通過(guò)已有手段和方法進(jìn)行度量,或能在評(píng)價(jià)過(guò)程中通過(guò)經(jīng)研究可獲得的手段和方法進(jìn)行度量;同時(shí),指標(biāo)體系內(nèi)部與外部的同類指標(biāo)之間要能夠比較.

(6)定性定量相結(jié)合原則

在混凝土防滲墻適應(yīng)性分析評(píng)價(jià)中,評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有兩類：一類是定量指標(biāo),即可以根據(jù)試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)、檢測(cè)資料的情況,可以得出該指標(biāo)的實(shí)測(cè)或計(jì)算值;另一類是定性指標(biāo),該類指標(biāo)無(wú)法或難于量化,只能通過(guò)專家判斷,并將專家判斷的結(jié)果定量化來(lái)進(jìn)行評(píng)估,這一類指標(biāo)往往又是不可缺少的.只有將這兩類定性與定量指標(biāo)結(jié)合起來(lái)統(tǒng)籌考慮,才有可能達(dá)到科學(xué)的評(píng)價(jià)目的,取得可信的結(jié)果.

2 大壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)造

2.1 大壩安全評(píng)價(jià)集的選擇

要對(duì)水利工程上的低彈?；炷练罎B墻的適應(yīng)性作出評(píng)價(jià),首先必須對(duì)所擬定的評(píng)價(jià)指標(biāo)特性的“優(yōu)”、“劣”狀況做出評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)指標(biāo)特性的“優(yōu)”、“劣”的概念較為模糊抽象,實(shí)際難以操作.因此,需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)特性的“優(yōu)”、“劣”做出能進(jìn)行定量描述的處理,也就是需要將評(píng)價(jià)指標(biāo)特性劃分為若干個(gè)可度量的評(píng)價(jià)等級(jí),并對(duì)每個(gè)等級(jí)加以說(shuō)明,即構(gòu)造一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)的集合.評(píng)價(jià)指標(biāo)特性和最終評(píng)價(jià)目標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)量劃分的多少,是一個(gè)涉及到已有方法、相應(yīng)規(guī)范、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、人類心理活動(dòng)等多方面因素的問(wèn)題.若等級(jí)數(shù)量劃分得過(guò)少,將不利于防滲墻適應(yīng)性狀況真實(shí)合理地反映.若等級(jí)數(shù)量劃分得過(guò)多,又會(huì)加大確定等級(jí)間界限的難度.

參照國(guó)內(nèi)外各種綜合指標(biāo)分級(jí)方法將防滲墻適應(yīng)性等級(jí)分別劃分成5個(gè)等級(jí),V=[完全適應(yīng)、較適應(yīng)、基本適應(yīng)、弱適應(yīng)、不適應(yīng)].

2.2 防滲墻適應(yīng)性影響因素分析[4-6]

2.2.1 彈性模量

彈性模量是低彈?；炷恋囊豁?xiàng)重要力學(xué)性能,它反映了低彈模混凝土所受應(yīng)力與所產(chǎn)生應(yīng)變之間的關(guān)系,它是低彈?；炷吝M(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo).許多大壩工程中使用的混凝土防滲墻,由于墻體材料的彈性模量較大(大都在10 000 MPa以上),比周圍土體的變形模量高出幾百倍,當(dāng)工程投入運(yùn)行時(shí),墻頂部及側(cè)面受到巨大壓力,致使墻體發(fā)生的應(yīng)力和變形比設(shè)計(jì)值高很多,因而墻體易出現(xiàn)裂縫,防滲作用降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使防滲遭到破壞,大壩的安全受到威脅.如加拿大馬尼克3號(hào)壩此值高達(dá)1.4～1.6 m,使防滲墻受到額外的巨大垂直壓力和側(cè)摩阻力,致使墻體內(nèi)部的實(shí)際應(yīng)力達(dá)26MPa,混凝土內(nèi)部被壓碎.因而,混凝土防滲墻彈性模量的大小直接影響其適應(yīng)壩體或壩基變形的能力.

2.2.2 強(qiáng)度

低彈?；炷恋膹?qiáng)度一般較低,其28天立方體抗壓強(qiáng)度一般不超過(guò)10 MPa(三門峽槐扒西段村水庫(kù)防滲墻低彈模混凝土的28天立方體抗壓強(qiáng)度均不超過(guò)5MPa).防滲墻屬于地下隱蔽工程,處于三向受力狀態(tài),在周圍土體的作用下防滲墻在不具有很高強(qiáng)度的情況下就能保持良好的工作性能.但是,低彈?；炷恋膹?qiáng)度又不能過(guò)低,否則對(duì)防滲墻的變形能力和抗?jié)B性均有不利的影響,甚至?xí)l(fā)生強(qiáng)度破壞.而影響低彈模混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的因素又涉及到原材料、試件養(yǎng)護(hù)齡期等各方面.

因此,為了增加防滲墻的適應(yīng)性,應(yīng)減少用水量,即采用較小的水膠比,在保證彈性模量要求的前提下適當(dāng)減少粘土和膨潤(rùn)土用量、增加水泥用量,并采用高標(biāo)號(hào)水泥.同時(shí),在條件允許的情況下?lián)郊臃勖夯液屯饧觿?此外,低彈?；炷恋膹?qiáng)度還應(yīng)控制骨料的級(jí)配、最大粒徑、含泥量等.

2.2.3 抗?jié)B性

抗?jié)B性是低彈模混凝土的一項(xiàng)重要技術(shù)性能指標(biāo),混凝土的抗?jié)B性的好壞決定著防滲墻的質(zhì)量,進(jìn)而關(guān)系著大壩的安全性.引起低彈?；炷翝B透的原因很多,同時(shí)影響低彈模混凝土抗?jié)B性的因素也是多種多樣的,其中包括配合比中各種原材料的種類和用量等.

低彈?；炷恋臐B透主要是由其內(nèi)部的毛細(xì)孔引起的,因而,提高抗?jié)B性的關(guān)鍵就是封閉這些毛細(xì)孔,使水在混凝土中難以貫穿或無(wú)路可過(guò).因此,較好適應(yīng)性的低彈模混凝土防滲墻,應(yīng)盡量用較小的水膠比,適當(dāng)增加膨潤(rùn)土用量,控制水泥用量及砂率,摻入適量的粉煤灰和引氣減水劑,同時(shí),還要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量.

2.2.4 施工質(zhì)量

對(duì)成墻質(zhì)量起決定作用的主要是造孔成槽和澆筑成墻這兩方面.

(1)孔斜的影響

孔斜率是槽孔開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格控制質(zhì)量的硬性指標(biāo).防滲墻的槽孔開(kāi)挖是防滲墻施工的關(guān)鍵工序,能否成槽及槽孔的質(zhì)量好壞不僅影響防滲墻的輪廓尺寸,而且直接影響防滲墻的墻體結(jié)構(gòu)質(zhì)量.

(2)孔故的影響

孔故一般分為導(dǎo)向槽破壞變形、槽壁坍塌、卡鉆或掉鉆.導(dǎo)向槽的作用是維持孔口穩(wěn)定和作為槽孔開(kāi)挖的基準(zhǔn).一旦導(dǎo)向槽發(fā)生破壞或變形,可能導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)而坍塌、影響鉆具的起落和成墻精度,造成孔斜,進(jìn)而影響墻體質(zhì)量.

(3)清孔質(zhì)量好壞的影響

槽孔施工完成后,在澆筑混凝土之前的關(guān)鍵工序是清孔換漿.清孔質(zhì)量的好壞直接影響墻體質(zhì)量.清孔不徹底,槽底的落淤物不能被徹底掏出,會(huì)造成基巖與防滲墻體分離,形成透水帶,泥漿未被完全置換出來(lái),大量鉆渣或離析的泥漿在澆筑混凝土過(guò)程中會(huì)發(fā)生攪漿,造成泥砂進(jìn)入墻體影響墻體質(zhì)量.

(4)接頭孔施工的影響

防滲墻的施工一般都是分段進(jìn)行的,因此,為加強(qiáng)防滲墻自身的整體性,作好各槽段之間的接頭處理工作是關(guān)鍵.

(5)澆筑混凝土質(zhì)量的影響

澆筑用的混凝土必須是合格混凝土,杜絕干硬離析不合格的混凝土進(jìn)入槽孔是保證質(zhì)量的前提.

施工質(zhì)量的好壞是最終關(guān)系到防滲墻質(zhì)量的好壞,因此,為提高低彈模防滲墻的適應(yīng)性,必須嚴(yán)格控制施工每道工序質(zhì)量.

2.2.5 耐久性

低彈?；炷烈坏踩氩劭字?就長(zhǎng)期處于地下,并且多數(shù)情況下總是處于水下環(huán)境中,通?；炷了龅降膬鋈?、干濕、收縮膨脹等不利影響.因此低彈模混凝土的耐久性問(wèn)題主要有在水壓力作用下的滲透問(wèn)題和滲透水流對(duì)混凝土的化學(xué)溶蝕問(wèn)題.而水質(zhì)、水泥品種和混凝土組成則是影響侵蝕的主要因素.

2.2.6 周邊條件

低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性的周邊條件影響因素主要是指壩體填料即墻體兩側(cè)填土密實(shí)度情況和防滲墻與基礎(chǔ)的接觸形式.

2.2.6.1 壩體填料即墻體兩側(cè)填土密實(shí)度情況

若壩體填料壓實(shí)度低,或壩基覆蓋層變形大,則加大防滲墻和壩體、壩基的變形模量的差異性,使得墻體變形相應(yīng)增大,這勢(shì)必降低墻體的適應(yīng)性.

2.2.6.2 防滲墻與基礎(chǔ)的接觸形式

一般來(lái)講,嵌固對(duì)防滲墻的應(yīng)力條件極為不利,它使防滲墻底部產(chǎn)生高度應(yīng)力集中,主要原因是：①防滲墻嵌入基巖,受基巖的約束沒(méi)有側(cè)向變形的余地,導(dǎo)致局部區(qū)域應(yīng)力集中;②在滲透水壓力作用下,防滲墻猶如下端受地基彈性支撐的懸臂梁,在墻底產(chǎn)生較大的彎矩.但若采取插入形式又對(duì)接觸處的防滲極其不利.因此,防滲墻的嵌巖量的多少直接影響到防滲墻的受力分布.

2.2.6.3 覆蓋層屬性對(duì)防滲墻應(yīng)力、應(yīng)變的影響

由于防滲墻的變形與壩基變形要相協(xié)調(diào),因此壩基覆蓋層本身的物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)防滲墻的應(yīng)力變形特性有重大影響.若覆蓋層的變形模量低,則其壓縮量大,防滲墻的變形相應(yīng)地也較大一些.

2.3 防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

影響低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性的因素是多方面的,從全方位綜合考慮,為此,遵循全面性、代表性、獨(dú)立性、簡(jiǎn)約性以及可操作性等原則選取并建立指標(biāo)體系,從而建立防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見(jiàn)圖1.

各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分定量表述,見(jiàn)表1.

表1 適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)

圖1 低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 結(jié) 語(yǔ)

低彈模混凝土防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系是一個(gè)多層次多指標(biāo)的復(fù)雜遞歸體系,由于每個(gè)水利工程都有自身特點(diǎn),因此,低彈?；炷练罎B墻在工程中適應(yīng)性評(píng)價(jià)不可能有統(tǒng)一評(píng)價(jià)指標(biāo),需要根據(jù)各工程各自情況來(lái)評(píng)定.對(duì)低彈?；炷练罎B墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系的研究是一個(gè)不斷完善的課題,希望引起同行的共同關(guān)注和研究.

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