李泽源 付 斌 余和清

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 概述

沐若水电站工程地处马来西亚婆罗洲岛的沙捞越州，坝址位于拉让（Rajang）河流域源头沐若河上。当地天然资源匮乏，混凝土只能采用人工骨料。通过大量勘探与研究发现，沐若工程枢纽范围内料源以砂岩为主，且呈微弱风化状态。以其加工生产出的人工砂细度模数偏小、石粉含量较高；为满足施工技术要求，不但需要投入大量的资源增添设备，改进加工工艺及对其进行冲洗脱粉处理,而且冲洗脱粉与业主要求碾压混凝土用砂需采取干法生产相矛盾。同时,对冲洗后的废水和石粉进行有效处理工作量大。其次，工程使用的粉煤灰运距远、供应商供应能力有限，施工高峰期存在供应紧张导致影响工程施工进度等一系列问题。

通过多次试验论证表明，石粉含量控制在22%～27%时砂的各项技术指标相对比较稳定，基本能满足相关工程技术规范。根据沐若工程的实际情况，提出将超出22%标准的石粉作为惰性掺和料，在确保混凝土相关物理力学性能的前提下等量取代部分粉煤灰的技术方案。试验结果表明：本方案提出的配合比能满足沐若大坝碾压混凝土设计的相关技术指标。

沐若河流域属热带季风气候，全年平均气温为26.5℃，降雨呈微弱季节性，混凝土必须在高温、多雨季节施工。而碾压混凝土坝施工的特殊性不可避免地造成坝体存在大量的水平施工缝，以致形成许多水平层面。如果这些层面间歇时间过长、处理措施欠妥，将成为潜在的强透水层面，可能将会演变为碾压混凝土坝体渗流的集中通道和抗滑稳定的相对薄弱层面。而层面结合是否良好，还将影响层面碾压混凝土的物理力学变形性能，尤其是对抗剪特性的影响。

2 原材料及试验施工配合比

2.1 原材料

水泥为CMS CEMENT（BINTULU）SDN BHD供应的OPC 散装水泥,相当于GB 175-2007 标准P.I42.5 水泥；粉煤灰采用Gobel Industry（Mukah）Sdn.Bhd.生产的I 级灰；外加剂为湖南江海科技股份有限公司生产的TG-2 缓凝高效减水剂和TG-1A引气剂。砂石骨料为沐若大坝砂石系统生产的砂岩人工砂石骨料，人工砂品质检测结果：细度模数为（2.26～2.47）,石粉含量为22.4%～26.7%，粗骨料品质检测结果满足设计及规范要求。

2.2 施工配合比

本次原位抗剪试验主要针对主体大坝C18020F50W6 及C18015F50W6 三级配碾压混凝土进行，试验使用的配合比是根据碾压混凝土设计技术指标及室内试验共同拟定，配合比参数见表1。

3 原位抗剪试验

3.1 试验布置与试件制备

（1）试验布置。原位抗剪试验布置在上游围堰EL.445.0 m 层面上（顶层），试验场地为114 m×7.5 m（长×宽）、3个 浇 筑 层，层 厚30 cm。分 为A（C18020F50W6，三级配）、B（C18015F50W6，三级配）两条带，根据层面处理措施碾压混凝土A、B 条带分为10个区。试验安排在B（C18015，三级配）条带的7个区中进行，碾压混凝土初凝时间约12.5 h，终凝时间约21 h，原位剪切试验每种工况用4 块试件，层面均安排在试验块第3 层。试验时法向分配为0.5 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、3.0 MPa 共4 级进行加压（第一组第一块试件法向荷载为0.08 MPa;第三组最大法向荷载加至2.0 MPa,第四组最大法向荷载加至2.55 MPa），切向按照预估最大荷载的10%逐级施加，直至剪断。碾压混凝土间隔时间和层面处理方法见表2。

（2）试件制备。碾压混凝土养护到180 d 龄期的前30 d 开始制备原位抗剪试件，试件制备流程为放样、切割、开挖、加工逐步进行，试件设计剪切面为50 cm×50 cm，高约30 cm，误差小于2 cm。试件底部以剪切面控制，顶部用砂浆找平，以满足法向加荷的需要。

3.2 原位抗剪试验主要仪器设备

试验设备由3个系统组成，包括法向加荷系统：地锚、反力架、双向液压千斤顶；水平加荷系统：双向液压千斤顶、手动油泵、钢板、滚轴排、拐臂顶头、传力柱；位移测量系统：测表支架、磁力表座及不同量程的百分表等组成。

3.3 原位抗剪试验方法及步骤

原位抗剪试验按照SL 352-2006 《水工混凝土试验规程》及SL 264-2001《水利水电岩石试验规程》的规定进行。采用平推法进行试验：整个法向加荷系统必须与剪切面垂直且垂直合力应通过剪切面中心；水平推力应通过预定剪切面且与碾压方向垂直。每组4 块试件，最大法向应力按照设计要求的3.0 MPa 施加。垂直荷载分3～5 级施加。加荷以时间控制，每5 min 加一级，加荷后立即读数，5 min 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%（mm）时视为稳定，可开始施加水平荷载。

开始按照预估最大剪切荷载的8%～10%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5min 加荷一次，每级荷载施加前后各测读一次；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，将试体用千斤顶推回原位，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（≥1.5 cm）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、擦痕范围及方向等详加描述。测量混凝土剪切断面的实际面积并拍照记录。

3.4 原位抗剪试验结果及分析

3.4.1 试验结果及计算

按照下列公式分别计算作用于剪切面上的正应力σ 值和剪应力τ 值。

式中 σ、τ——分别为作用于剪切面上的正应力和剪应力（MPa）；

P、Q——分别为作用于剪切面上的总垂直荷载和水平荷载（N）；

F——剪切面积（mm2）。根据库仑公式τ＝σf＋c，对每组4个试件用最小二乘法求得抗剪切特性参数f 和c。现场原位抗剪试验结果和抗剪特征参数分别见表2，表3。

表2 现场原位抗剪试验结果 MPa

表3 不同层面结合条件下碾压混凝土原位抗剪特性参数

3.4.2 结果分析

（1）由表2 不同层面结合条件下的抗剪特性参数可知，根据工程特点采用不同间隔时间和层面处理工艺下，其摩擦系数f′在1.02～1.69 之间，粘聚力c′在（1.07～1.55）MPa 之间。

（2）B3 为初凝前铺洒净浆处理，f′与c′值最高；B1 与B2 为初凝前不处理直接上升方式，其结果次之；B5 属于初凝之后，终凝之前采用铺砂浆上升方式，B6、B7 同属于终凝之后，B6 采用铺砂浆处理，而B7 采用提高一个等级一级配常态混凝土接缝处理，B5、B6、B7 的f′、c′结果相当，但相对于B1、B2 又稍低。B4 为初凝之后,终凝之前未处理直接上升方式，其f′、c′值最低。

（3）混凝土初凝之后,终凝之前间隔时间为15 h，采用未处理直接上升时摩擦系数f′为1.02,粘聚力c′为1.07 MPa;间隔时间为15 h 采用铺砂浆上升的摩擦系数f′为1.21,粘聚力c′为1.27 MPa；采用铺砂浆的摩擦系数f′、粘聚力c′明显高于未处理直接上升方式。

（4）混凝土终凝后，间隔时间为78 h 时采用铺砂浆上升方式的摩擦系数f′=1.18,粘聚力c′=1.24 MPa；与间隔时间为78 h 时采用铺提高一个等级一级配常态混凝土上升方式时的摩擦系数（f′=1.24）、粘聚力（c′=1.25 MPa）基本相同。

4 结语

（1）沐若碾压混凝土原位抗剪试验采取正常的处理方式进行施工，其原位剪切摩擦系数f′在（1.18～1.69）之间，粘聚力c′在（1.24～1.55）MPa 之间，与国内已建类似工程如大朝山水电站、索风营水电站等碾压混凝土坝的设计指标和实际检测结果基本一致且粘聚力c′较之略高。

（2）碾压混凝土接近初凝阶段，层面铺洒水泥净浆的摩擦系数f′均高于其他处理工艺，粘聚力c′与初凝前相当，但明显高于初凝后。

（3）碾压混凝土终凝后，层间结合采用冲毛铺砂浆和铺高一个等级一级配常态混凝土的处理工艺，其极限抗剪强度、摩擦系数和粘聚力结果基本相同，均低于初凝前层面铺洒水泥净浆的极限抗剪强度、摩擦系数和粘聚力。

（4）采用砂岩石粉作为掺和料的碾压混凝土工作性和可碾性均较好，但在原位抗剪试验中发现骨料有裹粉现象，在粗骨料生产中应引起高度重视。