黄花寨氧化镁混凝土拱坝设计.pdf

设计 施 工 水利规划与设计 2 0 1 5年第 5期 拱圈曲率半径由拱冠 向两岸逐渐减小 ，使曲线逐渐 扁平。拱圈中心角遵循顶部及底部取小值 ，中下部 取大值 ，适应坝体中下部较大的应力 ，而中上部曲 线 扁平 化有 利 于坝肩 稳定 的特点 。 由于 两 坝肩 基 岩 变 形模 量 在 不 同部 位 相 差 较 大 ，为 适 应 其 变 化 情 况 ，水 平 拱 圈 由拱 冠 向两岸 沿弧 长 逐 渐加 厚 ，使 拱 圈应力趋于均匀 。最终用于施工的拱坝主要体型参 数特征值见表 1 。 优化 后坝 体混 凝 土减少 1 7 7 ，约 6 3万 m ， 石方 开挖 减少 1 7 9 ，约 5 2万 m 。 3 氧化镁 混凝土应用设计 3 1 材 料优 选 氧 化 镁 混 凝 土 拱 坝 的设 计 ，首 先 需 要 优 选 坝 体混凝 土 的拌 和料 ，诸 如 水 泥 、掺合 料 、骨 料 、外 加 剂 。在 选 定 拌 和 料 后 进 行 氧 化 镁 混 凝 土 的 自生 体 积 变 形 试 验 ，根 据 实 验 获 得 的 变 形 曲 线 ， 对 拱 坝 温 度 场 和 应 力 场 进 行 仿 真 分 析 。 水泥选 用 P 0 4 2 5普 通硅酸 盐水泥 ，其物 理 性能及水化热等基本技术参数如表 2 。 混凝土掺合料选用粉煤灰 ，经检测 ，其 品质满 足 水工混凝土掺用粉煤灰技术 规范 ( D L T 5 0 5 5 1 9 9 6 ) 中 国家 级 粉 煤 灰 标 准 。人 工 骨 料 采 用 坝 址 附近厚层石灰岩扎制 ，砂的细度要求为中砂 ，石粉 含量 按 1 6 2 0 控 制 。 氧化 镁 采 用 轻 烧 氧 化 镁 ，要 求 大 于 9 0 。其 主要 指标 等检 测试 验 结果见 表 3 。 表 1 拱 坝 体 型 参 数 特 征 值 项 目 特征 项 目 特征值 最大坝高 m 1 O 8 厚高 比 0 2 3 2 拱冠粱顶厚 m 6 0 弧高比 2 3 4 6 拱冠梁底厚 m 2 5 O 9 柔度系数 1 3 1 O 最大拱端厚 m 2 5 5 5 坝体混凝土 万 m 2 9 2 0 最大 中心角 。 9 4 9 2 表 2水泥物理 、力学性能及水化热检 测表 凝结时 间 抗折强度 抗压强度 水 泥水化热 ( J g ) 水 泥 细度 标稠 安定性 ( mi n ) ( MP a ) ( MP a ) 品 种 ( ) ( ) 初凝 终凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 3 d 7 d P- O 4 2 5 1 2 2 5 2 合格 1 9 0 3 4 5 4 8 7 1 2 2 2 4 8 4 2 3 4 2 8 1 表 3氧化镁性 能检 测表 细度( ) S i O 2 C a O Mg O 烧 失量 活性指标 技术 指标 ( 8 0 m方孔筛筛余) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 秒) Mg O O 7 3 8 5 0 5 2 9 O 1 9 4 8 6 2 2 2 备注 检验规范为 轻烧氧化镁 ( YB T 5 2 0 6 2 0 0 4) 。 3 2混凝 土试 验 3 2 1 氧化镁压蒸试验 为 了 了解不 同氧 化镁 掺量 对水 泥 、混凝 土 的影 响 ，分别进 行净浆 、砂浆 、一级 配混凝 土压蒸试 验 。压蒸 试 验结 果见 表 4一表 6 。 表 4净 浆压蒸试 验表 Mg O掺量( ) 0 2 O 2 5 3 O 3 5 F ( 6 0 ) 膨胀率 ( ) 0 0 2 2 O 1 3 6 0 2 4 7 0 4 5 2 1 7 5 l 水泥 +氧化镁 Mg O)+粉煤 灰 ( F) ， 备注 用水量 为标准 蜀 度用水量 表 5砂浆压蒸试验表 Mg O掺量 ( ) 0 4 0 4 5 5 0 5 5 6 O F ( 6 0 ) 膨胀率 ( ) O 0 3 l 0 0 7 5 0 0 8 7 0 0 9 4 0 1 1 O 0 1 1 9 Mg O掺量 ( ) 6 5 7 O 7 5 8 0 8 5 9 0 F ( 6 0 ) 膨胀率 ( ) 0 1 3 6 0 2 4 1 0 3 9 2 0 7 2 6 2 2 1 6 ， 水泥 +氧 化镁 ( Mg O)+粉煤 灰 ( F )+工 地 备注 砂 ，灰砂 比为 1 ： 3 ，水灰 比0 5 - 99 2 0 1 5 年第 5 期 水利规划与设计 设 计 施工 表 6一级配 混凝 土压 蒸试验表 Mg O掺量( ) 0 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 F( 6 0 ) 膨胀率 ( ) O 0 0 6 0 O 2 4 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 8 O 0 5 l Mg O掺量 ( ) 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 l O 0 F ( 6 0 ) 膨胀率( ) O O 9 7 O 1 7 4 O 3 8 6 O 5 9 7 0 7 4 5 O 9 8 6 水泥 +氧化镁 ( Mg O)+粉煤灰( F )+工地砂 备注 +小石 ，水灰比为 0 5 5 试验结果表明，粉煤灰掺量为 6 0 时 ，净浆、 砂浆 、一级配混 凝土 中氧化镁 的极 限掺量 分别为 3 O 1 、7 6 5 、8 7 7 。配 合 比试 验 以一 级 配试 验成果为准 ，对所选掺 量乘 以安全系数 0 8 5 ，即 粉煤灰掺量为 6 0 时 ，氧化镁最高掺量 为 7 5 3 。 混凝土配合 比试验氧化镁掺量采用 6 。 3 2 2混凝 土 配合 比试 验 坝体三级配混凝土大石 、中石和小石的 比例分 别 为 3 0 、4 0 和 3 0 ，二 级 配 混 凝 土 中石 和 小 石的比例分别是 6 0 和 4 0 。混凝 土配合 比见表 7 ，材 料 特性见 表 8 。 根据混凝土配合 比，开展氧化镁混凝土 自身体 积变形试验 ，按不 同氧化镁掺量 ( 即 0 、5 0 、 6 0 、7 O ) 、粉 煤灰掺量 ( 6 5 、6 0 、4 0 ) 及不 同温度( 2 0 C、3 0 、4 0 C) 条件下进行 ，试验 结果 见 表 9 、表 1 O 、表 1 1 。 表 7 拱坝混凝土设计配合 比 坝体 防渗层 防渗层 垫 座 材 料 碾压混凝土 碾压混凝土 变态混凝士 混凝 土 混凝土设计强度 C 9 0 2 0 W6 F l O 0 C 9 0 2 0 W8 F 1 0 0 C 9 o 2 0 W8 F 1 0 0 C 9 0 2 0 W6 F 1 0 0 级配 水胶 比 0 5 6 0 6 O 6 O 5 5 水 ( k g m ) 8 7 O 9 5 0 9 5 O 9 8 O 水 泥( k g m ) 6 4 0 9 5 0 9 5 O 1 2 5 0 粉煤灰( k sm ) 掺量 9 7 6 5 6 3 4 0 6 3 4 O 5 3 3 0 氧化美( k sm ) 8 8 6 9 5 0 9 5 0 减水剂( k g m。 ) 1 2 9 1 5 8 1 5 8 1 7 8 砂 ( k sm ) 砂 率 7 6 1 3 4 8 7 0 3 9 8 7 0 3 9 5 7 3 2 7 石 ( k s m ) 1 4 7 9 1 3 6 2 l 3 6 2 1 5 5 1 表 8拱坝混 凝土材料特性 坝体 防渗层 材料 单位 碾压混凝土 碾压混凝土 抗压强度 ( 9 O天) Mp a 2 7 O 2 7 3 O 劈拉 强度 ( 9 0天 ) Mp a 2 2 6 2 4 5 静 弹性模量 ( 9 O天 ) G p a 3 5 7 0 3 3 5 0 极 限拉伸值 ( 9 0天 ) x1 0 6 8 6 0 0 8 1 O O 绝 热温升( 9 0天 ) l 7 5 2 2 0 6 7 导温系数 m 2 h 0 0 0 3 5 0 0 0 3 2 导热系数 k j m h 7 7 6 7 9 1 线膨胀系数 1 0一 6 4 9 6 5 3 1 0 0 设 计 施工 水利规划与设计 2 0 1 5年第 5期 表 9混凝土 自身体积变形性能试验 ( 1 0 ) 2 o c) 自身体 积变形 ( 1 0 ) 试验编号 3 d 7 d 1 4d 2 8d 6 0 d 9 0d 0 5 6F 6 5 Mg 0 5 O 4 4 4 8 1 0 0 98 1 9 8 2 4 2 8 81 O 41 2 2 2 48 5 4 0 5 6F 6 5 Mg 06 O 4 4 4 8 1 0 2 1 8 2 0 1 2 4 2 9 2 3 0 4 5 4 6 2 6 0 O 6 0 5 6 F 6 5 Mg 07 0 8 0 1 8 1 7 3 3 8 2 7 2 1 4 3 6 3 0 0 5 6 0 5 2 7 4 1 8 0 5 9F 6 0 Mg 05 O 4 4 4 8 l O 1 9 8 2 0 0 7 4 2 9 1 6 0 41 7 7 2 5 2 7 6 0 5 9 F 6 0Ng 06 O 4 4 4 8 1 3 3 7 8 1 9 4 2 4 2 8 2 5 0 4 3 7 8 2 5 7 8 2 0 5 9 F 6 0 Mg 07 O 8 0 0 8 2 0 8 5 8 2 7 1 4 4 3 9 7 70 5 9 4 6 2 7 7 5 4 0 6 0 F 4 0 Mg O0 O 0 9 3 8 3 0 5 8 5 7 3 4 1 1 1 9 0 1 3 0 3 2 2 7 3 5 0 6 0F 4 0 Ng 05 0 4 4 4 8 9 8 3 8 1 5 7 8 4 2 4 5 1 O 3 6 4 0 2 5 7 O 2 0 6 0 F 4 0 Mg 0 6 O 4 4 4 8 l 0 1 3 8 1 9 9 2 4 2 5 4 1 0 4 1 4 4 2 5 5 8 8 0 6 0 F 4 0 Ng 0 7 0 8 0 0 8 l 7 2 9 8 2 3 5 8 4 3 2 6 5 0 5 2 3 4 2 7 0 4 2 备注 碾压混凝土配合 比自生体积变形试验在 2 03 。 c条件下 ( 空气中) 进行 。 表 1 0 混凝土 自身体积变形性 能试 验( 1 O ) ( 3 0 C) 自身体积变形 ( 1 0“) 试验编号 3 d 7d 1 4d 2 8d 6 0 d 9 0d 0 5 6F 6 5 Ng O 0 O 4 9 O 1 2 65 l 8 5 5 8 2 7 8 0 2 4 2 3 9 8 5 0 7 0 4 0 5 6F 6 5 Mg 0 5 0 8 4 9 0 1 6 3 6 3 5 2 o o 5 1 6 2 4 6 9 9 3 O 8 5 4 5 6 O 5 6F 6 5 Ng 06 O 8 5 5 0 1 6 5 1 3 3 2 9 8 5 3 4 2 2 7 1 8 7 8 8 9 0 0 6 0 5 6 F 6 5 Mg 07 0 l 2 0 4 0 2 3 46 5 0 7 4 8 6 7 1 7 2 8 1 9 2 8 1 0 4 5 5 4 0 5 9 F 6 0 Ng O0 O 4 9 2 l 2 7 3 l 8 6 7 8 2 7 9 6 2 4 2 6 3 8 51 0 0 4 0 5 9 F 6 0 Mg 05 0 8 5 3 1 6 4 6 0 3 3 1 9 8 5 3 2 7 2 6 8 1 O 6 8 0 3 9 4 0 5 9 F 6 0 Ng 06 O 8 5 7 1 6 5 6 0 3 3 3 9 8 5 7 1 6 2 7 2 0 7 8 8 7 8 0 4 0 5 9 F 6 0 Ng 07 0 l 1 71 0 2 2 6 9 5 2 5 3 8 6 5 0 8 2 8 6 2 7 8 l 1 5 0 1 4 0 6 0 F 4 0 Mg 05 O 8 5 5 l 2 9 3 2 2 5 5 8 2 8 3 6 2 61 1 3 8 7 6 81 4 0 6 0 F 4 0 Mg 06 0 8 4 9 1 6 3 6 2 9 4 4 8 4 9 4 2 2 6 7 7 2 8 8 6 8 0 4 0 6 0 F 4 0 Ng 07 O 1 1 5 6 2 2 3 4 4 4 9 5 8 6 0 7 4 2 81 0 08 1 0 6 8 6 4 备注 碾压混凝土配合 比自生体积变形试验在 3 0 3 。 C条件下 ( 水中 ) 进行。 表 1 l 混凝土 自身体积变形性能试验 ( 1 0 “ I 4 0 C) 自身体积变形 ( 1 0“) 试验编号 3 d 7d 1 4d 2 8d 6 0 d 9 0d m0 5 6 F6 5 Mg 05 0 l 1 7 6 6 2 6 1 2 4 4 7 2 4 4 6 2 1 5 8 9 7 5 4 2 1 1 0 3 2 6 0 5 6F 6 5 Mg 06 O 11 8 8 6 2 6 48 4 5 1 5 4 4 6 3 1 1 8 9 9 1 6 2 1 1 9 2 8 6 0 5 6F 6 5 Mg 07 0 l 9 1 4 0 3 3 8 1 8 6 2 6 1 8 8 5 0 5 2 1 l 7 71 6 1 4 1 5 4 0 5 6F 6 0 Ng 05 O 1 1 9 0 6 2 6 5 4 4 4 8 0 8 4 6 3 2 7 8 9 9 4 3 2 1 l 9 6 0 6 0 5 9F 6 0 Mg 06 O 1 1 8 2 6 2 9 8 5 4 5 4 7 0 4 6 6 1 8 8 9 8 3 5 2 1 1 8 9 6 6 0 5 9F 6 0 Mg 07 0 1 9 0 2 0 3 3 5 3 8 6 5 5 7 5 8 7 7 7 2 1 1 6 4 7 6 1 3 6 5 0 0 0 6 0F 4 0 Mg 05 0 1 1 8 0 6 2 2 7 0 4 4 3 9 4 4 5 3 9 3 8 8 3 9 2 2 1 0 7 3 8 6 0 6 0 F 4 0 Mg 0 6 O 1 1 7 4 6 2 6 0 6 4 5 0 6 3 4 6 5 5 0 8 9 3 7 6 2 l 1 3 5 3 6 0 6 0F 4 0 Mg 07 O l 5 4 3 6 2 9 9 9 4 5 4 9 8 4 7 7 2 3 8 9 8 8 9 2 备注 碾压混凝土配合比 自生体 积变形试 验在 4 03 。 C条件下( 水 中) 进行 。 1 01