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中国水电建设集团十五工程局有限公司
摘要：老挝南欧江六级水电站枢纽大坝采用复合土工膜面板，坝高88米，全部采用复合土工膜铺装，为国际之最高；同时大坝采用软岩占比80%以上筑坝，此两项特点在国际上尚属首次。复合土工膜安装在混凝土挤压边墙之上，区别传统混凝土面板堆石坝中的挤压边墙，本文重点阐述复合土工膜面板堆石坝中挤压边墙设计思路、混凝土配合比设计及成型工艺。
一、工程简介
南欧江六级水电站复合土工膜面板堆石坝，坝高88米、坝顶长度362m、顶宽10m。坝体总填筑方量为193万m3，其中软岩填筑方量为157万m3，占比高达81%，为国际第一（目前国内外面板堆石坝软岩填筑比例最高为73.4%，填筑母岩强度均高于南欧江六级电站板岩料）。大坝上游采用意大利Carpi公司的防渗体系设计，采用裸露的复合土工材料（PVC，聚氯乙烯）安装方案，复合土工布锚固带锚固于挤压边墙，复合土工膜材料采用SIBELON专利产品和施工技术，该材料由聚氯乙烯材质复合土工膜焊接于无纺反滤土工布上组合而成。
二、复合土工膜堆石坝结构及组成
大坝垫层料上游采用挤压式混凝土边墙技术，边墙外侧坡比1：1.6，大坝填料主要分区由：排水体料3D，主堆石料3B1、3B2，次堆石料3C，过渡料3A，垫层料2A，特殊垫层料2B，复合土工膜防渗体系，上游覆盖粘土1A，盖重1B，下游干砌石P组成。
三、Carpi公司挤压边墙设计理念
1. 挤压边墙混凝土为防渗体系的综合载体
国内水电行业混凝土面板堆石坝中挤压边墙为成熟的上游固坡技术，并被普遍推广，我国已有90多座面板堆石坝所采用。本工程中的挤压边墙混凝土作为Carpi公司防渗体系复合土工膜施工的基础面，不仅是垫层料上游固坡技术，而且发挥着防渗体系复合土工膜自身重量的承载体作用，是支撑稳固土工膜的基础，Carpi公司认为挤压边墙为复合土工膜面板堆石坝的重要结构形体，同时混凝土能够自由排水，不会对土工膜内侧产生扬压力，进而有助于防渗系统更好地发挥功效，并延长其使用寿命。
2.挤压边墙结构形式对比
本工程中挤压边墙设计结构形式与国内挤压边墙有差异，挤压边墙底部为三角楔形体（宽30cm，深10cm如图2），与下层形成相互咬扣结构，从而使挤压边墙形成复合土工膜的基础锚固整体，防止由于大坝蓄水后变形使得局部挤压边墙突出而破坏土工膜，同时避免层间摩擦力不够导致土工膜整体脱落。结构形式对比见图2所示。
Carpi公司设计结构 国内行业设计结构
图2 结构形式对比图
3.Carpi公司挤压边墙混凝土性能指标
Carpi公司要求挤压边墙为多孔性混凝土，其排水能力与砂率有关，基本上含少量砂，为提高和易性，需要确定出满足渗透指标要求最小的砂率，与国内行业挤压边墙混凝土性能指标对比见表1。
表1 Carpi公司与国内行业挤压边墙混凝土性能指标对比表
项 目 Carpi公司要求 国内行业要求 备注
抗压强度（MPa） 8～10 ≤5 28天龄期
渗透系数（cm/s） >5×10-3 10-2～10-4 28天龄期
干密度（g/cm3） / >2.0 28天龄期
四、挤压边墙混凝土配合比设计
1.确定设计思路
基于以上Carpi公司设计理念，本工程挤压边墙混凝土配合比设计不同于钢筋混凝土面板堆石坝中的挤压边墙混凝土。渗透系数与抗压强度为矛盾共同体，使得两者达到统一是本次配合比设计的关键。在既要满足强度的基础上，控制孔隙率来保证渗透系数满足设计要求，如何找到两者的结合点，成为本次混凝土配合比设计难题。
以DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》以及DL/T5297-2013《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》为参考，做了大量尝试性工作，经过认真思考和讨论确定出设计思路：首先以渗透系数为基准，确定出最优砂率（<5mm含量）满足渗透系数要求，然后确定满足设计强度的胶材用量及水灰比，再经过不断的调整砂率、胶材用量、粗骨料粒径，直至达到设计双重指标要求。
2.试验过程对比验证
2.1原材料优选
依据DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》规范要求，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为0～5mm水洗人工砂，石粉含量控制在6～18%，粗骨料5～20mm碎石、5～10mm碎石，含泥量控制<7%，液态速凝剂掺量0～4%。对采用5～10mm碎石及速凝剂掺量方面做了大胆的尝试。
2.2试验组合及数据分析
参照规范DL/T5422-2009挤压边墙混凝土配合比设计要求基础上进行了5个量级砂率试验组合分别为：15%、20%、25%、30%、35%、4个水灰比试验组合分别为：0.30、0.36、0.40、0.45；考虑到速凝剂不同掺量对混凝土强度增长的影响，试验组合分别：0%、2%、4%。考虑挤压机对混凝土配合比较敏感，较干的混凝土挤压摩擦力大，行进速度慢，能获得较为密实的实体结构，相反较湿的混凝土挤压行进速度快，因此挤压混凝土配合比按一级配干硬性混凝土设计，设计容重为2100kg/m3，试验数据对比分析见表2、表3。
表2 试验组合及数据对比分析表
序号 水灰比 砂率 每方混凝土材料用量kg/m3 抗压强度
（MPa） 渗透系数（cm/s）
水 水泥 砂 小石5-20mm 速凝剂 7天 28天
1 0.45 25 90 200 428 1282 10 3.0 4.5 / 2 0.36 25 90 250 415 1245 10 3.9 4.7 /
3 0.30 25 90 300 402 1208 10 3.6 4.4 1.5×10-1
表3 试验组合及数据对比分析表
序号 水灰比 砂率（%） 每方混凝土材料用量（kg/m3） 抗压强度（MPa） 渗透系数（cm/s）
水 水泥 砂 小石5-10mm 速凝剂 7天 28天
1 0.40 35 120 300 584 1085 0 7.6 9.4 1.0×10-3
2 0.40 120 300 584 1085 6 6.7 8.4
3 0.40 120 300 584 1085 12 8.0 9.0
4 0.40 30 120 300 504 1176 0 7.0 12.2 2.4×10-3
5 0.40 120 300 504 1176 6 7.3 11.5
6 0.40 120 300 504 1176 12 6.7 8.8
7 0.40 25 120 300 420 1260 0 8.3 10.6 1.0×10-2
8 0.40 120 300 420 1260 6 8.2 9.5
9 0.40 120 300 420 1260 12 4.0 10.9
10 0.40 20 120 300 336 1344 0 9.1 9.1 2.6×10-2
11 0.40 120 300 336 1344 6 3.9 7.9
12 0.40 120 300 336 1344 12 5.0 6.4
13 0.40 15 120 300 252 1428 0 4.2 5.5 3.3×10-2
14 0.40 120 300 252 1428 6 8.9 12.3
15 0.40 120 300 252 1428 12 10.6 5.5
通过以上试验组合分析得出：
①当砂率为25%，接近临界值，如果继续增加砂率，渗透系数将不能满足>5×10-3要求。②水灰比确定为0.40±0.02，单方混凝土用水量控制120±5kg，混凝土强度满足8～10MPa要求。③速凝剂掺量为2%时较为合理，继续增大速凝剂掺量，混凝土强度有降低的趋势。④改用5～10mm小米石，使得成型试块及抗压强度块体差异性减小，内部颗粒分散均匀且颗粒之间填充致密，有利于提高混凝土密度和强度。
2.3试验结论
推荐现场施工基准配合比见表4。
表4 挤压边墙混凝土推荐施工配合比
编号 水胶比 砂率（%） 速凝剂
掺量（%） 单位材料用量（kg/m3） 容重（kg/m3）
水 水泥 砂 小石
（5～10）mm 速凝剂KD-5
ZHP-24 0.40 25 2 120 300 420 1260 6 2100
五、挤压边墙成型验证试验
根据室内试验确定出挤压边墙混凝土推荐施工配合比表4中的单方混凝土用量，拌合站采用电子称量机械拌合，拌合物采用6立方米混凝土罐车运输至施工作业面，现场成型挤压边墙。对成型后的实体进行检测和取样复测，试验复测成果见表5。
表5 挤压边墙成型试验复测成果表
项 目 实测点1 实测点2 备注
28天龄期
抗压强度 设计强度8～10（MPa） 9.8 9.1 现场取样室内成型
渗透系数
（cm/s） >5×10-3 8.9×10-3 1.1×10-2 现场取样室内成型
密度（t/m3） ρ=2.1（t/m3） 2.12 2.09 规范参考值
含水率（%） / 5.5 5.0 /
表5数据显示：成型后的挤压边墙现场实测密度与室内配合比基本一致，偏差控制在设计值2100±50kg/m3；现场取样成型抗压强度及渗透试件，28天龄期抗压强度、渗透系数均满足设计要求。通过现场成型试验验证，检测成果与室内推荐配合比试验数据基本一致，成型挤压边墙实体混凝土无倒塌，满足施工及Carpi公司设计要求。
六、挤压墙的施工现状
从混凝土本身采用的技术和常规的技术比较，本工程挤压边墙混凝土施工特点是三角楔形体的施工，其余相同。截止目前挤压墙已经施工完成80多层，成型尺寸、实体质量状况可控，依据DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》规范要求，试验检测成果见表6。
表6 挤压边墙混凝土试验成果表
项 目 试验组数 实测
最大值 实测
最小值 平均值 备注
28天龄期
抗压强度 设计强度8～10（MPa） 13 11.8 9.1 9.9
渗透系数（cm/s） >5×10-3 4 6.7×10-2 2.2×10-2 3.7×10-2
密度（t/m3） ρ=2.1（t/m3） 13 2.16 2.11 2.14
含水率（%） / 13 5.3 4.8 5.0
七、总结
意大利Carpi公司在挤压边墙设计理念区别传统混凝土面板堆石坝中的挤压边墙，是具有较高的抗压强度，并且能够自由排水功能，以消除对土工膜内侧产生扬压力的综合承重载体，在复合土工膜面板堆石坝安全运行发挥着至关重要的作用。挤压边墙混凝土配合比设计及优化将是施工成型过程的重要依据，严格施工工艺和加强过程质量控制将是达到意大利Carpi公司挤压边墙设计理念的保障。
参考文献：
[1]《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》 DL/T5422-2009，2009年12月。
[2]《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》 DL/T5297-2013，2013年12月。
[3]《老挝南欧江六级水电站施工详图设计阶段混凝土施工技术要求》昆明勘测设计研究院，2013年1月。
摘要：老挝南欧江六级水电站枢纽大坝采用复合土工膜面板，坝高88米，全部采用复合土工膜铺装，为国际之最高；同时大坝采用软岩占比80%以上筑坝，此两项特点在国际上尚属首次。复合土工膜安装在混凝土挤压边墙之上，区别传统混凝土面板堆石坝中的挤压边墙，本文重点阐述复合土工膜面板堆石坝中挤压边墙设计思路、混凝土配合比设计及成型工艺。
一、工程简介
南欧江六级水电站复合土工膜面板堆石坝，坝高88米、坝顶长度362m、顶宽10m。坝体总填筑方量为193万m3，其中软岩填筑方量为157万m3，占比高达81%，为国际第一（目前国内外面板堆石坝软岩填筑比例最高为73.4%，填筑母岩强度均高于南欧江六级电站板岩料）。大坝上游采用意大利Carpi公司的防渗体系设计，采用裸露的复合土工材料（PVC，聚氯乙烯）安装方案，复合土工布锚固带锚固于挤压边墙，复合土工膜材料采用SIBELON专利产品和施工技术，该材料由聚氯乙烯材质复合土工膜焊接于无纺反滤土工布上组合而成。
二、复合土工膜堆石坝结构及组成
大坝垫层料上游采用挤压式混凝土边墙技术，边墙外侧坡比1：1.6，大坝填料主要分区由：排水体料3D，主堆石料3B1、3B2，次堆石料3C，过渡料3A，垫层料2A，特殊垫层料2B，复合土工膜防渗体系，上游覆盖粘土1A，盖重1B，下游干砌石P组成。
三、Carpi公司挤压边墙设计理念
1. 挤压边墙混凝土为防渗体系的综合载体
国内水电行业混凝土面板堆石坝中挤压边墙为成熟的上游固坡技术，并被普遍推广，我国已有90多座面板堆石坝所采用。本工程中的挤压边墙混凝土作为Carpi公司防渗体系复合土工膜施工的基础面，不仅是垫层料上游固坡技术，而且发挥着防渗体系复合土工膜自身重量的承载体作用，是支撑稳固土工膜的基础，Carpi公司认为挤压边墙为复合土工膜面板堆石坝的重要结构形体，同时混凝土能够自由排水，不会对土工膜内侧产生扬压力，进而有助于防渗系统更好地发挥功效，并延长其使用寿命。
2.挤压边墙结构形式对比
本工程中挤压边墙设计结构形式与国内挤压边墙有差异，挤压边墙底部为三角楔形体（宽30cm，深10cm如图2），与下层形成相互咬扣结构，从而使挤压边墙形成复合土工膜的基础锚固整体，防止由于大坝蓄水后变形使得局部挤压边墙突出而破坏土工膜，同时避免层间摩擦力不够导致土工膜整体脱落。结构形式对比见图2所示。
Carpi公司设计结构 国内行业设计结构
图2 结构形式对比图
3.Carpi公司挤压边墙混凝土性能指标
Carpi公司要求挤压边墙为多孔性混凝土，其排水能力与砂率有关，基本上含少量砂，为提高和易性，需要确定出满足渗透指标要求最小的砂率，与国内行业挤压边墙混凝土性能指标对比见表1。
表1 Carpi公司与国内行业挤压边墙混凝土性能指标对比表
项 目 Carpi公司要求 国内行业要求 备注
抗压强度（MPa） 8～10 ≤5 28天龄期
渗透系数（cm/s） >5×10-3 10-2～10-4 28天龄期
干密度（g/cm3） / >2.0 28天龄期
四、挤压边墙混凝土配合比设计
1.确定设计思路
基于以上Carpi公司设计理念，本工程挤压边墙混凝土配合比设计不同于钢筋混凝土面板堆石坝中的挤压边墙混凝土。渗透系数与抗压强度为矛盾共同体，使得两者达到统一是本次配合比设计的关键。在既要满足强度的基础上，控制孔隙率来保证渗透系数满足设计要求，如何找到两者的结合点，成为本次混凝土配合比设计难题。
以DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》以及DL/T5297-2013《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》为参考，做了大量尝试性工作，经过认真思考和讨论确定出设计思路：首先以渗透系数为基准，确定出最优砂率（<5mm含量）满足渗透系数要求，然后确定满足设计强度的胶材用量及水灰比，再经过不断的调整砂率、胶材用量、粗骨料粒径，直至达到设计双重指标要求。
2.试验过程对比验证
2.1原材料优选
依据DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》规范要求，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为0～5mm水洗人工砂，石粉含量控制在6～18%，粗骨料5～20mm碎石、5～10mm碎石，含泥量控制<7%，液态速凝剂掺量0～4%。对采用5～10mm碎石及速凝剂掺量方面做了大胆的尝试。
2.2试验组合及数据分析
参照规范DL/T5422-2009挤压边墙混凝土配合比设计要求基础上进行了5个量级砂率试验组合分别为：15%、20%、25%、30%、35%、4个水灰比试验组合分别为：0.30、0.36、0.40、0.45；考虑到速凝剂不同掺量对混凝土强度增长的影响，试验组合分别：0%、2%、4%。考虑挤压机对混凝土配合比较敏感，较干的混凝土挤压摩擦力大，行进速度慢，能获得较为密实的实体结构，相反较湿的混凝土挤压行进速度快，因此挤压混凝土配合比按一级配干硬性混凝土设计，设计容重为2100kg/m3，试验数据对比分析见表2、表3。
表2 试验组合及数据对比分析表
序号 水灰比 砂率 每方混凝土材料用量kg/m3 抗压强度
（MPa） 渗透系数（cm/s）
水 水泥 砂 小石5-20mm 速凝剂 7天 28天
1 0.45 25 90 200 428 1282 10 3.0 4.5 / 2 0.36 25 90 250 415 1245 10 3.9 4.7 /
3 0.30 25 90 300 402 1208 10 3.6 4.4 1.5×10-1
表3 试验组合及数据对比分析表
序号 水灰比 砂率（%） 每方混凝土材料用量（kg/m3） 抗压强度（MPa） 渗透系数（cm/s）
水 水泥 砂 小石5-10mm 速凝剂 7天 28天
1 0.40 35 120 300 584 1085 0 7.6 9.4 1.0×10-3
2 0.40 120 300 584 1085 6 6.7 8.4
3 0.40 120 300 584 1085 12 8.0 9.0
4 0.40 30 120 300 504 1176 0 7.0 12.2 2.4×10-3
5 0.40 120 300 504 1176 6 7.3 11.5
6 0.40 120 300 504 1176 12 6.7 8.8
7 0.40 25 120 300 420 1260 0 8.3 10.6 1.0×10-2
8 0.40 120 300 420 1260 6 8.2 9.5
9 0.40 120 300 420 1260 12 4.0 10.9
10 0.40 20 120 300 336 1344 0 9.1 9.1 2.6×10-2
11 0.40 120 300 336 1344 6 3.9 7.9
12 0.40 120 300 336 1344 12 5.0 6.4
13 0.40 15 120 300 252 1428 0 4.2 5.5 3.3×10-2
14 0.40 120 300 252 1428 6 8.9 12.3
15 0.40 120 300 252 1428 12 10.6 5.5
通过以上试验组合分析得出：
①当砂率为25%，接近临界值，如果继续增加砂率，渗透系数将不能满足>5×10-3要求。②水灰比确定为0.40±0.02，单方混凝土用水量控制120±5kg，混凝土强度满足8～10MPa要求。③速凝剂掺量为2%时较为合理，继续增大速凝剂掺量，混凝土强度有降低的趋势。④改用5～10mm小米石，使得成型试块及抗压强度块体差异性减小，内部颗粒分散均匀且颗粒之间填充致密，有利于提高混凝土密度和强度。
2.3试验结论
推荐现场施工基准配合比见表4。
表4 挤压边墙混凝土推荐施工配合比
编号 水胶比 砂率（%） 速凝剂
掺量（%） 单位材料用量（kg/m3） 容重（kg/m3）
水 水泥 砂 小石
（5～10）mm 速凝剂KD-5
ZHP-24 0.40 25 2 120 300 420 1260 6 2100
五、挤压边墙成型验证试验
根据室内试验确定出挤压边墙混凝土推荐施工配合比表4中的单方混凝土用量，拌合站采用电子称量机械拌合，拌合物采用6立方米混凝土罐车运输至施工作业面，现场成型挤压边墙。对成型后的实体进行检测和取样复测，试验复测成果见表5。
表5 挤压边墙成型试验复测成果表
项 目 实测点1 实测点2 备注
28天龄期
抗压强度 设计强度8～10（MPa） 9.8 9.1 现场取样室内成型
渗透系数
（cm/s） >5×10-3 8.9×10-3 1.1×10-2 现场取样室内成型
密度（t/m3） ρ=2.1（t/m3） 2.12 2.09 规范参考值
含水率（%） / 5.5 5.0 /
表5数据显示：成型后的挤压边墙现场实测密度与室内配合比基本一致，偏差控制在设计值2100±50kg/m3；现场取样成型抗压强度及渗透试件，28天龄期抗压强度、渗透系数均满足设计要求。通过现场成型试验验证，检测成果与室内推荐配合比试验数据基本一致，成型挤压边墙实体混凝土无倒塌，满足施工及Carpi公司设计要求。
六、挤压墙的施工现状
从混凝土本身采用的技术和常规的技术比较，本工程挤压边墙混凝土施工特点是三角楔形体的施工，其余相同。截止目前挤压墙已经施工完成80多层，成型尺寸、实体质量状况可控，依据DL/T5422-2009《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》规范要求，试验检测成果见表6。
表6 挤压边墙混凝土试验成果表
项 目 试验组数 实测
最大值 实测
最小值 平均值 备注
28天龄期
抗压强度 设计强度8～10（MPa） 13 11.8 9.1 9.9
渗透系数（cm/s） >5×10-3 4 6.7×10-2 2.2×10-2 3.7×10-2
密度（t/m3） ρ=2.1（t/m3） 13 2.16 2.11 2.14
含水率（%） / 13 5.3 4.8 5.0
七、总结
意大利Carpi公司在挤压边墙设计理念区别传统混凝土面板堆石坝中的挤压边墙，是具有较高的抗压强度，并且能够自由排水功能，以消除对土工膜内侧产生扬压力的综合承重载体，在复合土工膜面板堆石坝安全运行发挥着至关重要的作用。挤压边墙混凝土配合比设计及优化将是施工成型过程的重要依据，严格施工工艺和加强过程质量控制将是达到意大利Carpi公司挤压边墙设计理念的保障。
参考文献：
[1]《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》 DL/T5422-2009，2009年12月。
[2]《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》 DL/T5297-2013，2013年12月。
[3]《老挝南欧江六级水电站施工详图设计阶段混凝土施工技术要求》昆明勘测设计研究院，2013年1月。