刘刚1，吕兴友2，许尚杰3，王可良4
1 山东省建设建工（集团）有限责任公司，济南，250010；2淄博市太河水库管理局，淄川，255178；3山东省水利科学研究院，济南，250013；4山东交通学院，济南，250357
摘要：为提高塑性混凝土防渗墙的耐久性，运用“橡胶粉-水胶比”调控方法，开发了低弹性模量、低渗透、具有相对高强度的塑性混凝土防渗墙配制技术。结果表明，塑性混凝土28d的抗压强度为4.4MPa-4.7MPa，大于设计强度3.0MPa；弹性模量为410 MPa-490 MPa，小于设计弹性模量1000 MPa，增大了墙体与周围土层的变形范围；渗透系数为0.40×10-7cm·s-1~0.56×10-7cm·s-1；塑性橡胶混凝土强度高、渗透系数小，变形大，防渗墙耐久性高。
关键词：塑性橡胶混凝土；防渗墙；配制技术
前言：土石坝在防洪兴利方面发挥了重大的作用，对保障我国经济建设和人民生命财产安全做出了重大贡献。我国现有的8.6万座大坝中，90%以上是土石坝。已建土石坝的安全问题，是造成大坝事故和失事的潜在根源。在大坝失事事故中，土石坝所占比例高达70.5%。在土石坝枢纽工程中，防渗体系关系着大坝的安危，许多大坝失事大都由于防渗体系遭到破坏或失效，造成灾难性后果，因此备受关注。?1993年青海省沟后水库垮坝，造成下游300多人死亡，经济损失达数亿元；仅2010年全国先后有8座水库溃坝失事。因此，提升大坝防渗体系的安全性具有重要意义。
目前解决土石坝渗漏最有效的方法是混凝土防渗墙。塑性混凝土具有较低的弹性模量，有助于消除由于墙体变形与围土变形不同而产生的高应力状态，具有刚性混凝土所无法比拟的优越性。因此90年代以来，在土石坝除险加固工程中，80%以上采用塑性混凝土防渗墙。但在实际运行过程中仍存在坝基渗漏、坝后“流土”、“管涌”等影响大坝安全的关键共性问题。尽管国内外同行采取诸多技术措施，但仍未突破解决上述问题的技术瓶颈。究其原因，塑性混凝土的强度、弹性模量和渗透系数三个关键技术参数难以有效协调；塑性混凝土防渗墙强度与抗渗性较低，耐久性差。橡胶混凝土是最近发展的一种新型混凝土，弹性模量小，具有典型的延性和韧性，在大坝防渗墙中具有广阔的应用前景。
1试验
1.1试验原材料、仪器、方法与配合比
1.1.1试验原材料
水泥：山水P.O42.5水泥，山东长清产；砂：中粗砂，细度模数2.7，山东泰安产；碎石：5-20mm，山东济南产；粘土：山东青州产；膨润土：山东潍坊产；橡胶粉：60目，山东青州产；外加剂：聚羧酸减水剂，济南德利泰建材有限公司产。
1.1.2：试验仪器
液压伺服压力机（200KN），济南产；塑性混凝土抗渗仪（HS-4.0），自制。
1.1.3：试验方法
按照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）中混凝土抗压强度测试方法，测定塑性混凝土抗压强度；根据抗渗试验测试方法，结合塑性混凝土抗渗压力，待塑性混凝土开始渗水，记录抗渗时间，计算渗透系数；根据静压弹性模量测试方法，测定塑性混凝土弹性模量。
1.1.4 塑性混凝土配合比
根据塑性混凝土防渗墙配合比设计方法，将橡胶粉等体积取代部分砂子，橡胶粉密度：砂密度=1：1.6。橡胶粉在50#塑性混凝土中的掺量分别为0、10kg/m3、20kg/m3、30kg/m3。
1.2试验结果与讨论
1.2.1橡胶粉-水胶比对塑性混凝土性能影响
塑性混凝土的变形是防渗墙的关键技术参数，既有塑性混凝土的变形主要通过掺加粘土和膨润土的技术措施来实现，但由于粘土与膨润土对混凝土的强度贡献小，因此既有的塑性混凝土的弹性模量和渗透系数容易实现设计要求，但混凝土强度往往较低，一般为1-3MPa，小于3-5Mpa的设计要求。基于塑性混凝土弹性模量与橡胶掺量、水胶比间的定量关系，通过调控橡胶掺量和水胶比，开发了低弹性模量、低渗透、具有相对高强度的塑性混凝土防渗墙配制技术，在确保强度满足设计的前提下，实现了防渗墙与周围介质变形的一致性。
成型试件，标准养护至试验龄期，分别测试塑性混凝土抗压强度、弹性模量和渗透系数。不同水胶比的塑性混凝土与橡胶塑性混凝土性能对比见表1和表2。
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从表1和表2可以看出，水胶比为0.9时，橡胶集料掺量为0、10kg/m3、30kg/m3，塑性混凝土弹性模量分别为850 MPa、760MPa、430MPa，渗透系数在4.7×10-7cm·s-1~4.1×10-7cm·s-1之间变化不大，抗压强度为2.6MPa、2.3MPa、1.7MPa，强度小于设计要求的3.0MPa；调整水胶比为0.51，橡胶掺量为0、10kg/m3、30kg/m3，弹性模量则为8100 MPa、1650 MPa、730 MPa，抗压强度为5.3MPa、4.9MPa、4.1MPa，渗透系数为0.51×10-7cm·s-1 ~0.43×10-7cm·s-1；橡胶掺量30kg/m3的塑性混凝土，既满足了防渗墙与周围土体的变形一致性，实现了与坝体的协调变形，又提高了防渗墙的强度和抗渗性能，显著提升了防渗墙的耐久性。
2大变形低渗透塑性橡胶混凝土防渗墙配制关键技术在坝体防渗墙中的应用
2.1工程概况
诸城墙夼水库是中型（1）水库，设计蓄水位37.8m，相应最大库容9209万m3。由于大坝鉴定为二类坝，需对大坝进行除险加固。因此在2017-2019年施工过程中采用最新的塑性橡胶混凝土防渗墙技术。大坝轴线长2100m，塑性混凝土防渗墙210万m2，全部采用“大变形低渗透塑性橡胶混凝土防渗墙配制技术”双掺技术。
2.2塑性橡胶混凝土防渗墙施工质量测试结果
经抽样取芯检测，防渗墙施工质量检测结果见表3。
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表3说明，各桩号内墙体材料28d的抗压强度为4.4MPa-4.7MPa，大于设计强度3.0MPa；墙体材料28d的弹性模量为410 MPa-490 MPa，小于设计弹性模量 1000MPa，增大了墙体与周围土层的变形范围；渗透系数为0.40×10-7cm·s-1~0.56×10-7cm·s-1，墙体具有较高的抗渗性。塑性橡胶混凝土强度高、渗透系数小，变形大，防渗墙耐久性高。
3 结论
（1）运用“橡胶粉-水胶比”调控技术，塑性混凝土的渗透系数降低1个数量级，弹性模量1000Mpa左右。
（2）工程应用表明，运用“橡胶粉-水胶比”调控技术提升了塑性混凝土的变形、抗渗和强度，提高了防渗墙的耐久性。
参考文献
[1]黄延军, 刘 玲, 王 可 良.橡 胶 改 性 水 工 混 凝 土 弹 强 比 [J]. 建 筑 工 程 技 术 与 设 计,2017,4: 137-139.
[2]吴立福,何岗忠,刘玲等.水泥浆包裹橡胶集料法配制混凝土的抗压强度 [J].中 国 建 材 科 技, 2018,1:53-54.