观音岩水电站右岸大坝碾压混凝土工艺原位抗剪试验研究.pdf

水利水电技术第4 6 卷2 0 1 5 年第 7期 观音岩水电站右岸大坝碾压混凝土工艺 原位抗剪试验研究 瞿祖旭 ，王朝 阳 ( 中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 关键词：碾压混凝土；抗剪摩擦系数；粘聚力；观音岩水电站 d o i ：1 0 1 3 9 2 8 j c n k i w r a h e 2 0 1 5 O 7 0 2 0 中图分类号 ：T V 5 4 4 9 2 1 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 7 0 - 0 3 1 工程概况 观音岩水 电站位于云南省丽 江市华坪县与四川省攀枝花市交 界 的金沙江 中游河段 ，为金沙江 中游河段规划的八个梯级水 电站 的最末一个梯级 ，上游与鲁地拉 表 1 工艺试 验采用的配合比 V C值 材料用； k g n l 设计指标 级配 s 用水量 水泥 粉煤灰 砂 小石 中石 大石 减水剂 引气剂 C 9 o 2 0 W 1 0 F1 0 0 3 7 8 8 7 0 1 0 6 8 0 8 61 9 7 5 7 O 1 0 5 6 0 0 8 8 0 C 9 o 1 5 W 6 F1 0 0 3 7 7 6 5 3 8 O 7 9 4 4 4 _4 5 9 4 4 4 6 0 7 9 8 0 0 6 6 7 Cl s o 2 0 W6F 1 0 0 3 7 7 6 5 1 95 7 6 6 4 4 8 5 9 9 4 4 9 0 8 7 7 0 0 7 3 l 水 电站相衔接。水 电站坝址距攀枝花市公路里程约 8 7 k m，距华坪县城公路里程约 4 0 k m。攀枝花市距 成都市公 路里程 约 7 6 8 k m，距 昆 明市公 路里 程约 3 3 3 k m。成昆铁路支线格里 坪站距坝址直线距离约 1 0 k m 。 观音岩水 电站为 I等大 ( 1 ) 型工程 ，以发 电为 主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合利用功能。水库正 常蓄水位 1 1 3 4 1 T I ，库容约 2 0 7 2亿 I n ，电站装机容 量 3 0 0 0 MW( 5 X 6 0 0 MW) 。 枢纽工程主要 由挡水、泄洪排沙、电站引水系统 及坝后厂房等建筑物组成。引水发电系统建筑物布置 在河 中，岸边溢洪道布置在右岸台地里侧 ，导流明渠 溢洪道布置在导流明渠位置。 2 碾压工艺试验原材料及其检测 碾压工艺试验水泥采用云南省丽江水泥有限公司 生产 的石林牌 中热 P 0 4 2 5级硅 酸盐水泥 ，粉煤灰 采用攀枝花市利源粉煤灰制品有限公司生产的 级粉 煤灰 ，粗细骨料为中水九局生产的石灰岩人工砂石骨 料 ，外加剂采用江苏博特新材料有 限公司生产 的 J M 一 型缓凝高效减水剂 和 J M一2 0 0 0 C( s ) 型引气剂。 水泥 、粉煤灰、外加剂 、粗细骨料经检测均满足相关 规范要求。 3 配合比使用情况 右岸大坝碾压工艺试验采用的配合 比见表 1 。 4 试验布置及制备 原位抗剪试验进行一组热升层 C 2 0 W8 F 1 0 0( 直 接铺筑 ) ，两组冷升层 ( C 舳 2 0 W6 F 1 0 0层问铺砂浆工 况、C 帅 1 5 W6 F l O 0层 间铺小级配混凝土工况) ，试件 设计剪切面积为 5 0 c m X 5 0 c m，按一定距离作好平 面布置后 ，用人工或机械将试件四周 的混凝土凿除 ， 其中三面凿除深度至上下层混凝土的结合面 ，对施加 剪切荷载的试体面 ，凿除深度直至混凝土结合面以下 1 5 c m，以便安装千斤顶。加外试体周 围按一定距离 ， 在事先布置好的位置上打 4个锚杆孔埋插锚杆 ，以便 安装施加垂直压加的反力装置。试件制备好后直至试 验前都保持浸水养护 。 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 5 0 4 作者简介 ：瞿祖旭 ( 1 9 8 O 一 )，男 ，工程师 。 Wa te rRe s o u r c e s a n dHy d r o p o we r En g in e e r i n g Vo 1 46No 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 荷载施加及变形测量系统 5 1 垂直及 切 向变 形测 量 系统 在试体混凝土两侧 面靠近剪切面的四个角点处布 置水平和垂直 向百分表各 4只，以测量试体的垂直变 形和水平变形 。用磁力表座固定和支承百分表 ，基准 梁用槽钢采用简支梁的形式 ，其支座置于变形影响范 围之外 ，所有测表均严格定向。 5 2加载方式及变形量测 ( 1 ) 垂直荷载的施加 。在每组五个试体上 ，分别 施加不同的垂直荷载。最大法 向应力按照设计要求的 1 5 MP a施加。垂直荷载分 35级施加。加荷 以时 间控制 ，每 5 mi n加一次 ，加荷后立即读数 ，5 m i n后 再读一次数 ，即可施加下一 级荷载 。加到预定荷 载 后 ，仍按上述规定读数，当连续两次垂直变形读数之 差不超过 1 时，认为稳定 ，可开始施加水平荷载。 ( 2 ) 剪切荷载的施加。开始按照预估最大剪切荷 载的 8 1 0 分级均匀等量施加 ，当水平变形为前 一 级荷载作用下变形的 1 5倍 以上 时，减荷按 4 5 施加 ，直至剪 断。荷载 的施 加方法 以时间控制 ， 按照每 5 m in加荷一次，每级荷载施加前后和测读一 次 ；临近剪断时，加密观测压力及变形 。在整个剪断 过程 中，垂直荷载始终保持恒定。 试体剪断后 ，继续进行摩擦试验 ，并测记在大致 相等的剪应力作用下的试体位移，直至发生较大位移 表 2 各 工况下碾压混凝土抗剪断试验成 果 抗剪断强度参数 试验 强度 龄期 工况 正应力 水平剪应力 编号 等级 d l t r MP a MPa MP a g 11 0 3 2 9 g 12 O 6 3 3 6 g 1 3 C 9 o 2 0 1 8 O 直接铺筑 O 9 3 9 7 1 5 3 2 4 7 g 14 1 2 4 2 8 g 15 1 5 4 7 4 一 1 0 3 2 9 一 2 O 5 3 2 1 施工缝 一 3 C 1 8 o 2 0 l 8 O ( 铺筑砂 O 9 3 9 8 1 7 9 2 5 2 浆 ) g 2 4 1 5 4 9 g 2 5 2 5 3 6 g 31 O 3 2 5 9 施工缝 g 3 2 ( 铺筑小 O 6 3 3 6 C 9 o 1 5 1 8 O l _ 5 8 2 4 9 一3 级配混凝 1 1 3 6 7 土 ) 一4 1 5 4 4 4 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5 年第7期 瞿祖旭 ， 等观音岩水电站右岸大坝碾压混凝土工艺原位抗剪试验研究 ( 11 5 c m以上) 而剪切力趋于稳定值时止。然后分 4 5级将水平荷载退至零 ，观测 回弹变形 ，结束试 验。试验完毕后 ，翻转试体 ，对剪切面的特征 ，如破 坏型式、起伏差 、擦痕等详细描述。 6 试验成果分析 使用 水利水电工程岩石试验规程 中 试验成果 综合整理方法 的要求整理试验成果，根据库伦公式 ， 采用最小二乘法计算抗剪( 断) 强度参数的试验值 ，试 验各工况下碾压混凝土抗剪断试验成果见表 2 。 6 1 剪切面摩擦 系数和粘聚力分析 ( 1 ) 碾压混凝土冷升层且层间铺筑砂浆 ( g 2 ) 相 比 较于热升层且直接铺筑碾压混凝 土( g 1 ) ，其 摩擦系 数 、粘聚力分别提高了 1 7 1 、2 0 。说 明层面冲 毛处理及铺设砂浆后将起到承上启下的作用 ，可通过 砂浆将上下层混凝土相互嵌人 ；而直接铺筑时，上下 础 I - a 、 R 皇 R 水平变形量Au mm ( a ) g l 组试体( 直接铺筑) 水平变形量 “ mm ( b ) g 2 组试体( 铺砂浆) 水平变形量 A u m m ( c ) g 3 组试体( 铺筑小级配混凝土) 图 1 剪切面抗剪断试验水平剪应力 T与水平变形量 【 ， 的关系 ( 下转第7 4页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王亚辉， 等梨园水电站冰水堆积体开挖钻孔机械的选择 回吹孑 L 影响了钻进速度，另外下套管需要时间也影响 了钻进速度 ，拔 管时需安装拔管机 ，效率也很低下。 从钻孔效率来看偏心跟管钻孔工艺不适合堆积体的施 工，同时，套管周转率低 ，如大量采用跟管造孔工艺 ， 则钻机及套管数量需求量大，成本翻倍增加 ，从成本 的角度看偏心跟管钻孔方法也不是很好的方法。 从螺旋钻杆钻孔方法和偏心跟管钻孑 L 方法两种工艺 试验结果可以得出结论，两种方法要么钻孔根本就不能 成孔，要么成孔时间效率非常低，且成本非常高 ，因此 这两种特殊的钻孔工艺方法都不是有效的施工方法。 此堰塞体结构也是松散的、结构不连续的、整体性差 ， 对于相类似的冰水堆积体开挖钻孔使用的机械种类在 堰塞体开挖 时同样有借鉴 意义。应 急救援贵在一个 “ 抢” 字，如何能根据所需承担的任务迅速定下决心是 成功处置的关健 ，对于堰塞湖排险，如果从任务受领 开始即能迅速定下所需装备等资源的配置，那将大大 节约定下决心的时间，为处置险情赢得时间。堰塞体 开挖所需关健机械是钻孔机械，因此对于对堰塞体开 挖有借鉴意义的冰水堆积体开挖钻孔机械选择的研究 不仅对施工生产有意义，对应急救援同样有深远意义。 3 结论 参考文献： 本文通过对梨园水电站左岸趾板冰水堆积体的开 挖进行钻孔机械选择试验和特殊钻具及工艺试验 ，对 两种不 同结构特征的冰水堆积物的钻孑 L 机械选择进行 了研究 ，通过现场试验结果和试验数据分析得 出结 论 ：对于结构相对连续整体性好的冰水堆积体爆破开 挖钻孑 L 采用中高风压钻机 ；结构不连续整体性差的冰 水堆积体爆破开挖钻孔采用高风压钻机。 冰水堆积体开挖所需的钻孔机械要求是因其特殊 的地质结构特征决定的，其特征概括地讲就是结构松 散、整体性差、有胶结，此结构特征与地震抢险救援 中堰塞湖排险时堰塞体的地质结构特征相类似 。堰塞 湖是因地震引起两侧山体崩塌而堵塞江河而形成 ，因 、 易朝路 ，崔之久 ，熊黑钢 中国第 四纪冰期数值 年表初步划分 J 第四纪研究 ，2 0 0 5，2 5 ( 5 ) ：6 0 9 6 1 9 施雅风 中国第四纪冰期划分改进建议 J 冰川冻土，2 0 0 2 ， 2 4 ( 6) ：6 8 7 6 9 2 彭建兵，马润勇，卢全中，等 青藏高原隆升的地质灾害效应 J 地球科学进展， 2 0 0 4 ， 1 9 ( 3 ) ： 4 5 7 4 6 6 郑本兴 云南玉龙雪 山第 四纪冰 期与冰川演 化模式 J 冰川 冻 土，2 0 0 0，2 2 ( 1 ) ：5 3 - 6 1 涂国祥 西南河谷古 冰水堆积体 工程特性及 稳定性研究 D 成都 ：成都理工大学 ，2 0 1 0 赵希涛，张永双，曲永新，等 玉龙山西麓更新世冰川作用及 其与金沙江河谷发 育的关系 J 第 四纪研 究 ，2 0 0 7 ，2 7 ( 1 ) ： 3 5 4 4 ( 责任编辑陈小敏 ) ( 上接 第7 1页) 层混凝土交界处的粗骨料依靠振动碾的激振力将胶凝 材料浆嵌人粗骨料使上下层混凝土成为一体。因此碾 压混凝土在铺筑砂浆更具有 良好的结合性能 。 ( 2 ) 碾压混凝土冷升层且层问铺筑砂浆( g 2 ) 相 比 较于冷升层且铺小级配混凝土( g 3 ) ，其摩擦系数、 粘聚力分别提高了 1 3 3 、1 2 。小级配混凝土进 行表面处理 ，由于其含有小石 ，小石之间也需要一定 的浆液填充 ，虽然摩擦系数有一定的提高 ，但抗剪能 力减幅较大 ，不利于大坝的抗渗 。因此碾压混凝土层 间铺筑砂浆比铺小级配混凝土性能优越。 6 2 试 件破 坏面 分析 g 1组( 直接铺筑 ) 5个试体基本 沿混凝土本体剪 断，断面平整 ，大颗粒骨料较多 ，骨料之间的胶结较 差 ，断面起伏在 2 4 e m之间。 g 2组( 铺筑砂浆) 5个试体 基本 沿混凝 土层面剪 断，剪切后的破坏面不平整 ，极少量大骨料被剪 断， 剪切层面边角呈上凹、下凸状最大起伏差 2 5 e m。 g 3组( 铺筑小级配混凝土) 5个试体基本 沿混凝 7 4 土层面剪断，粘结较差 ，大部分沿薄弱面破坏 ，存在 摩擦痕迹粗骨料剪断较多 ，最大起伏差 2 4 c m。 6 3 剪切面抗 剪断试验水平应力 T与水平变形 ， 的关系 根据在抗剪试验过程中的水平剪应力与剪切面的水 平位移差值 ，绘制出三种工况下的关系曲线。见图 1 。 图 1 ( a ) 、图 1 ( c ) 中： M前段 为线性关 系， 中间为二次曲线 ，峰值为最大剪应力 ， 后为 的 下降段，残余强度基本为恒定值。破坏时发出声响且 有明显峰值 ，属脆性破坏 。图 1 ( b ) 中： u前 为线性 关系 ， 中间为二次 曲线 ，峰值为最 大剪应力 ，破 坏时无声响无明显峰值 ，属近似塑性破坏 。 通过抗剪试验 r 的两种关 系反 应了碾 压混 凝土层面粘结 、胶接情况。层间铺筑砂浆胶结较好 ， 剪断后峰值有明显的下降，与硬岩 、完整岩石 的剪断 r一 u关系类似 ；而层面粘结较差时 ，层面为明显的 软弱结构 面，剪切破坏时存在摩擦 痕迹 ，其 一 u 关系与硬岩 中的软弱夹层剪断关系类似 。 ( 责任编辑欧阳越 ) 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 7期 l 1j 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m