王家院水庫膠凝砂礫料防滲體配合比設計

蘇明順

（泰安市水利勘測設計研究院，山東泰安 271016）

王家院水庫膠凝砂礫料防滲體配合比設計

蘇明順

（泰安市水利勘測設計研究院，山東泰安 271016）

泰安市王家院水庫大壩以膠凝砂礫料作為防滲心墻，防滲效果顯著。為保證工程質量，基于工程場區(qū)原材料情況，通過對筑壩膠凝砂礫料配合比試驗，提出了合理的設計配合比。

王家院水庫；膠凝砂礫料；配合比設計

泰安市王家院水庫工程規(guī)模為?。?）型，總庫容998.60萬m3。庫區(qū)下伏基巖為奧陶系泥灰?guī)r和寒武系灰?guī)r，覆蓋層主要為中砂、粗砂。為充分利用工程場區(qū)砂礫料，水庫大壩采用膠凝砂礫料心墻砂殼壩，總長4.0 km，壩頂高程92.30 m，最大壩高11.30 m，防滲心墻頂寬1.5 m，心墻邊坡1∶0.14，墻底坐落于完整基巖上。為保證壩體防滲性能及結構安全，設計要求膠凝砂礫料心墻28 d期齡強度不低于5.0 MPa，抗?jié)B等級不低于W4。

1 試驗目的及方法

為科學選定膠凝砂礫石料的配合比，保證材料的強度、抗?jié)B等級等滿足設計要求，進行了膠凝砂礫石料配合比優(yōu)選試驗。工程地質勘探時進行了料場勘探和取樣試驗。壩址區(qū)砂層分布穩(wěn)定，以中、粗砂為主，含少量礫石，黃褐色，濕～飽和，較純凈，礫石含量約10%，磨圓度較好，含泥量在2.5～3.2%。礫石粒徑一般在2～6 cm，分選性較好。

試驗首先測定料場砂礫石料物理性質以及天然砂率、天然顆粒級配曲線等指標，按照混合料級配選定用水量，以合理的水膠比選取膠材用量，以滿足振動液化充填密實要求。通過體積法計算飽和面干狀態(tài)下的砂礫石用量，最終確定膠凝砂礫石料材料用量配合比。

2 原材料選定

2.1 水泥

采用山東魯珠水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級水泥，并取樣對水泥進行比表面積、凝結時間、安定性、標準稠度用水量、膠砂強度等進行檢驗，檢驗結果表明該水泥物理力學檢驗項目符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）標準要求。

2.2 粉煤灰

采用山東石橫發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，并對粉煤灰進行了細度、燒失量、需水量比、含水量等指標的檢驗，檢驗結果表明所檢指標符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》（DL/T5055-2007）中對Ⅱ級粉煤灰的技術要求。

2.3 砂礫石料

就地取材，選用項目區(qū)砂礫石混合料，分別在不同部位取樣，檢測砂礫石料的含泥量、泥塊含量、含水率、砂率、顆粒級配等進行檢測分析，并繪制顆粒級配曲線見表1、圖1。

表1 砂礫石料檢測參數(shù)成果表

3 設計配合比及試驗

3.1 膠凝砂礫石配制強度的確定

膠凝砂礫石料配合比設計參照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）中A.6“碾壓混凝土配合比設計”的設計方法，進行膠凝砂礫石料配制強度計算。

圖1 砂礫石級配曲線

對于防滲心墻膠凝砂礫石料，設計要求28 d期齡設計強度不低于5.0 MPa，抗?jié)B等級W。

3.2 配合比設計及性能檢測

3.2.1 配合比設計

1）用水量及水膠比。根據(jù)砂礫石料的平均級配，在滿足設計要求下，考慮到拌和物的維勃稠度、含氣量，滿足可碾性及液化泛漿等施工性能前提下，以骨料飽和面干狀態(tài)為基準，用水量為130 kg/m3。選取0.75、0.90、1.05三個水膠比方案比較選擇確定最優(yōu)水膠比。

2）粉煤灰摻量。由于膠凝砂礫石料的強度一般較低，提高粉煤灰的摻量可有效的改善膠凝砂礫石料工作性能，增加膠凝砂礫石料的漿砂比重，并在很大程度上改善了拌和物的性能，參照《膠結顆粒筑壩技術導則》的成功工程實例，粉煤灰的摻量定為50%。

3）砂率。由砂礫石料顆粒級配可知，不同取樣點的砂礫石料的差別較大。為了使得到的配合比達到“以面代點”的要求，此次試驗選取現(xiàn)有料場1、2、3、4取樣點的混合料進行配合比試驗，混合料砂率為53%。

4）配合比設計。膠凝砂礫石料各組分材料采用絕對體積法進行計算。用水量130 kg/m3不變，相對應的三種不同水膠比的膠凝砂礫料配合比設計見表2。

表2 膠凝砂礫石配合比適配成果表

3.2.2 材料性能檢測

膠凝砂礫料抗壓強度按150 mm立方體極限抗壓強度標準值確定，本次試驗僅測定了期齡7 d、28 d的材料強度，經(jīng)測定，三種水膠比材料7 d期齡抗壓強度為3.7～5.4 MPa，28 d期齡抗壓強度為6.2～7.5 MPa，試驗結果見表3。材料滲透性檢測采用逐級加壓法，測定的材料抗?jié)B等級均滿足設計要求。

表3 膠凝砂礫石料抗壓試驗結果表

3.2.3 配合比的選定

通過材料性能檢測，三種配合比的材料隨著水膠比的增加，期齡7d、28d的強度明顯降低，這也符合常規(guī)混凝土規(guī)律。隨著水膠比的降低，拌和料性能趨于干硬。為滿足設計和施工要求，最終選定的防滲心墻膠凝砂礫石料配合比見表4。

表4 膠凝砂礫石料推薦配合比

4 結語

本試驗根據(jù)工程場區(qū)砂礫石特點，提出了滿足設計強度和抗?jié)B要求的配合比建議值，并力求適應實際施工強度要求，保證該壩型方案的工程經(jīng)濟效益。下一步在施工中，會通過現(xiàn)場配合試驗，合理確定施工工藝參數(shù)，進一步驗證該配合比的合理性，為今后類似工程提供參考。

[1]SL 678-2014.膠結顆粒料筑壩技術導則[S].北京:中國水利水電出版社，2015.

[2]王晉英.守口堡水庫膠凝砂礫石壩設計與研究[J].山西水利科技，2015（1）.

（責任編輯 遲明春）

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2017-07-08

蘇明順（1963—），男，工程師，院長