土石坝防渗墙粘土混凝土材料研究与工程应用

【摘要】： 防渗体系以其结构重要性、技术复杂性、投资比重大等因素,在水利水电工程中占有重要位置。在土石坝枢纽工程中,防渗体系关系到地基的稳定、大坝的安危,许多大坝失事大都是防渗体系遭到破坏或失效,因此备受关注。作为水利水电工程防渗体系的主体部分,垂直防渗的应用尤其广泛,其形式一般包括高压喷射灌浆、帷幕灌浆、混凝土防渗墙等,其中混凝土防渗墙的效果最为可靠,因此成为许多重要工程的首选方案,在坝基渗流控制、土石坝加固、围堰防渗、防冲墙、承重墙等工程中得到广泛应用。近四十余年来,我国防渗墙技术不断发展,在各项水利水电工程中建造的混凝土防渗墙已不计其数,其中深度超过40m的防渗墙有近100道,总面积已超过100万m2,最大墙深85m,最大试验墙深100m,许多工程的难度在世界上都是罕见的。我国的防渗墙的施工技术整体上已接近国际先进水平,有的工程已达到国际先进水平。但因对墙体材料研究比较单一、墙体结构计算不尽合理,致使工程设计存在一定的随机性和经验性,造成长期以来工程成本较高,人们对其可靠度心存担忧,防渗墙的推广应用受到很大程度的限制。 长期以来,我国对防渗墙材料的研究主要集中在塑性混凝土和高强(钢筋)混凝土,墙体设计也主要采用这两种材料。两种材料性能截然不同,各有优势,但同样具有缺点,如高强混凝土因高弹模造成墙体的高应力问题,塑性混凝土则是强度和抗渗性较低及耐久性问题。因此,墙体设计如果仅在高强(钢筋)混凝土和塑性混凝土这两种截然不同的材料之间选取显然不尽合理,而且两种材料成本均较高。尽管近几年我国已开始对废弃料配制塑性混凝土进行研究以降低成本,但对中强、低弹模混凝土一直缺乏研究。 本论文在充分调研国内外混凝土防渗墙技术发展水平及研究现状的基础上,根据高性能混凝土理论及数值计算与仿真理论,对土石坝防渗墙粘土混凝土新材料及其墙体应力特性进行了系统研究,包括粘土混凝土的原材料选用、配合比设计方法、物理力学性能、试验方法、耐久性、墙体计算模型建立、墙体应力特性、防渗墙施工工艺、工程应用等,为水利水电工程建设提供了一种新材料和新技术。所研制的粘土混凝土性能介于塑性混凝土和刚性(高强)混凝土之间,作为防渗墙材料具有明显优势,如成本较低,而且具有相对较高的强度、相对较低的弹模和相对较高的抗渗性能,使墙体能有效截断渗流并适应较大的变形而不开裂,不失为一种理想的防渗墙材料。 通过研究为粘土混凝土防渗墙设计、施工和研究提供了重要的理论依据,对混凝土防渗墙技术进行了扩展和完善,为水利水电工程提供了一种新型防渗墙材料。同时在取得室内试验研究成果基础上,又成功进行了工程实际应用,并取得了良好的技术和经济效果,为成果的进一步推广应用打下坚实基础。