高寒高海拔地區防滲墻混凝土配合比設計及施工質量控制

李清平，李東福

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都 611130）

1 引言

西藏DG水電站地處高海拔高寒缺氧地區，位于海拔3370m以上，冬季環境溫度低，極端最高、最低氣溫分別為32.5℃和-16.6℃，晝夜溫差大。惡劣的氣候條件，加上冬季低溫條件下進行防滲墻工程施工，對混凝土的性能提出了更高的要求。因此，高寒高海拔地區作為防滲墻成墻混凝土進行配合比設計時應充分考慮其混凝土的高流態性、高抗凍性以及滿足設計強度，以此為標準進行配合比設計及施工質量控制。

2 原材料選用

原材料的選用需根據材料的產地、價格、質地、運距、產量等方面進行綜合考量，并需要根據相應標準進行試驗檢測。滿足要求后進行配合比試驗。

按照國家有關規范對原材料進行檢測后，混凝土原材料選擇如下：①水泥：選用西藏某有限責任公司生產的PO.42.5水泥。②摻合料：摻合料主要選用寧夏某廠II級粉煤灰，其需水比為98%，含水率0.7%。細度10.5%，比重為2.2g/cm3，SO3含量為2.2%，燒失量為6.5%，各項指標滿足規范要求。③外加劑：選用四川某混凝土外加劑公司生產的SCTT-1聚羧酸高性能減水劑和SCTT-4引氣劑。④砂石骨料：砂石骨料是混凝土的基本組成成分。骨料最大粒徑、級配組成和質量，直接決定著水泥用量，影響混凝土性能。本次選用業主臨時砂石系統生產的粗細骨料，各項指標滿足要求。其檢測成果如表1所示。

3 防滲墻高流態混凝土配合比設計

3.1 配合比設計基本原則

①根據工程要求、結構形式、施工條件和原材料狀況確定各組成材料的用量，配置出既滿足工作性、強度及耐久性等要求，又經濟合理的混凝土；②在滿足工作要求的前提下，宜選用較小的用水量；③在滿足強度、耐久性及其他要求的前提下，選用合適的水膠比；④宜選取最優砂率，既保證混凝土拌合物具有較好的粘聚性，又能達到要求的工作時用水量最小的砂率；⑤宜選用最大粒徑的骨料及最佳級配。

當混凝土原材料、生產工藝以及工序既定的情況下，硬化混凝土的性能主要取決于水膠比的大小，水膠比越大，混凝土的強度越低，水膠比越小，混凝土的強度越高。

表1 砂石骨料檢測成果表

3.2 高流態混凝土拌合試驗

本工程高流態混凝土設計要求為C30W8F150混凝土等級，因此，選用 0.45、0.50、0.55、0.60 四個水膠比，骨料級配為一級配，對每個試配的混凝土進行試驗，混凝土各項試驗成果如表2所示。

3.3 配置強度及配合比選定

3.3.1 混凝土配置強度

混凝土配合比設計要求滿足混凝土的主要設計指標、混凝土強度保證率、均勻性指標和施工和易性，為使混凝土強度保證率滿足設計要求，在設計混凝土配合比時，應考慮到施工質量的不均勻性，導致混凝土強度的波動，為使施工中混凝土符合設計要求，在進行混凝土配置強度有一定的富裕度。根據現行DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比設計規程》中“混凝土配合比”的有關要求，配置強度按下式計算：

表2 混凝土各項試驗成果

fcu，o=fcu，k+tσ

式中，fcu，o——混凝土的配置強度，Mpa；fcu，k——混凝土設計齡期的強度標準值，Mpa；T——概率度系數，當保證率為P=90%時，t=1.280，保證率為P=95%時，t=1.645；σ——混凝土強度標準差（MPa），其取值參照表3。

表3 混凝土標準差值σ選用值

3.3.2 混凝土配置強度

根據設計要求的強度等級及保證率計算，防滲墻混凝土相應的配置強度為：塌落度220mm±20mm，強度等級（MPa）C30W8F150，強度保證率95%，標準差4.5MPa，配置強度37.4MPa。

通過對混凝土的各種原材料的品質檢測、配合比拌合情況和成型試件的抗壓及耐久性試驗成果，并考慮到水泥原材料品質波動和施工過程中所存在的其他影響因素，確定施工配合比參數為：強度等級為C30W8F150，水膠比為0.45，砂率43%，粉煤灰20%，減水劑1.2%，引氣劑0.005%，級配100，配合比為 1：1.58：2.18，施工塌落度 220±20mm。

3.3.3 理論配合比確定

根據試驗結果，在滿足設計和施工要求的條件下，本著經濟節約、優選的原則，確定高流態混凝土C30的理論配合比為水：水泥：煤灰：細骨料：小石：減水劑：引氣劑=196：348：87：689：948：5.23：0.218。

4 防滲墻高流態混凝土施工質量控制技術

防滲墻高流態混凝土澆筑采用“水下直升導管法”。水下混凝土澆筑具有很強的隱蔽性，在澆筑過程中容易產生骨料分離等質量問題，因此，必須對水下混凝土的拌制、灌注等進行嚴格控制。

4.1 混凝土的拌制質量控制

①水下混凝土的拌制，要嚴格按設計配合比進行拌制，拌制用水水溫必須保持5℃以上。每一槽段正式開始澆筑前需進行混凝土試拌，對試拌混凝土的出機溫度、塌落度、擴散度、和易性進行檢測，各項指標滿足要求后方可進行正式拌制，用于現場施工。

②加強檢測頻率開盤澆筑的前3車以及收盤階段的最后3車，每車進行混凝土性能檢測，中途可間隔2～3車進行檢測，檢測合格的運輸至現場進行澆筑作業，檢測不合格的混凝土不得運輸至現場進入澆筑施工工序。

③高海拔低溫條件下運輸混凝土，需對罐車采用保溫被進行保溫，避免運輸過程中外部溫度過低，造成混凝土泌水結冰造成混凝土松散，影響質量[1]。

4.2 混凝土澆筑過程質量控制

混凝土澆筑是防滲墻成墻施工的最后一道工序，對防滲墻工程質量有重要影響。因此，需對混凝土質量進行嚴格把關，對澆筑的每一環節進行嚴格有效地控制，保證施工質量。

4.2.1 混凝土配置

“水下直升導管法”澆筑混凝土主要是利用混凝土自身重力及產生的落差完成，因此，混凝土的和易性的控制非常重要。為保證灌注的流暢，應保證足夠的砂率，同時將混凝土的塌落度控制在20～22cm，進行嚴格控制。通過利用外加劑等控制混凝土的初凝時間，保證澆筑作業的順利完成。

4.2.2 固壁泥漿的配置

清孔時泥漿的調配非常重要，泥漿在孔壁形成泥皮，可有效阻止地下水與槽內泥漿的流失混合。泥漿具有預防孔壁坍塌的作用，泥漿密度小容易導致孔壁坍塌，也容易造成泥漿的漏失。所以在工程實踐中清孔后膨潤土泥漿密度控制在不大于1.15g/cm3，黏土泥漿不大于1.3g/cm3，泥漿粘度控制在不大于30s（馬氏漏斗），這在澆筑過程中能夠起到很好的固壁作用。

4.2.3 首批混凝土灌注質量控制

首批混凝土灌注應保證足夠的混凝土量，在混凝土到達現場前做好所有準備工作，避免混凝土到現場后等待入倉時間過長，造成攪拌時間增長，產生離析現象，在灌注時也會因落差大而增加難度，容易阻塞導管。因此，在操作過程中，要根據實際情況進行起重，有利于減少混凝土在到達孔底部的阻力，順利完成首次混凝土灌注，也方便后續混凝土的灌注。

4.2.4 澆筑過程控制

①嚴格控制導管活動

上下提動導管有利于混凝土向周邊擴散和后續混凝土的下落。導管上下活動幅度必須控制在導管埋入混凝土深度的三分之一，否則可能會出現道管拔出混凝土面的情況造成澆筑事故。

②控制混凝土灌注速度

水下混凝土灌注要注意速度，快速地灌注才可以有效避免孔的坍塌，及泥漿堆積多厚的現象，混凝土上升速度應控制在4～7m/h，較快的速度，可以避免最上面一層混凝土喪失流動性。此外，不論何時，都要做好因導管進水或是卡管等因素引起的澆筑事故的心理準備，查明事故原因，選取適合的處理方式，及時進行處理。

5 質量檢查

混凝土澆筑的質量檢查與驗收內容：混凝土原材料質量的抽樣檢驗；混凝土的終澆高程；混凝土原材料檢驗；混凝土出機口和現場取樣的物理力學性能檢驗及其數理統計分析結果；檢查孔揭示的墻體均勻性、存在的缺陷及墻段連接情況[2]。

墻體質量檢查在成墻后28d進行，檢查內容為墻體的物理力學性能指標、墻段接縫和可能存在的缺陷。檢查采用鉆孔取芯、注水試驗和聲波CT檢測方法。

通過相關質量控制指標的檢測，防滲墻質量優良。

6 結語

高流態混凝土在防滲墻施工中被廣泛地采用，但在高寒高海拔地區，尤其是在該類地區冬季進行防滲墻成墻施工的混凝土配合比設計資料還比較缺少，通過合理的配合比設計及全面的施工質量控制技術，可以大大提高混凝土的物理性能，節約成本，確保工程質量和施工進度。