自密實堆石混凝土在圍灘水電站的應用及試驗研究

銀俊梅

(山西省水利建設開發(fā)中心 太原 030002)

1 前言

圍灘水電站位于晉城市澤州縣金村鎮(zhèn)圍灘泉附近的丹河干流上，距晉城市區(qū)30km，是一座以發(fā)電、城市生活和工業(yè)供水為主，兼顧生態(tài)旅游等綜合利用的中型水利工程。樞紐蓄水工程原設計為漿砌石重力壩，由溢流壩段、非溢流壩段及沖沙閘段組成，最大壩高59m，總庫容722萬m3，電站總裝機1500kW，多年平均發(fā)電量613萬kW·h。2009年4月，大壩工程開工，6月開始壩體漿砌石砌筑，到9月底壩體砌筑至437.0m高程。由于漿砌石壩體施工速度較慢，受地形條件限制，施工難度較大。為了加快施工進度、提高施工質量，經(jīng)主管部門批準，大壩437.0m高程以上，壩體材料由漿砌石變更為自密實堆石混凝土。

2 自密實堆石混凝土的特點及設計指標

將大粒徑的石塊入倉、形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部澆入專用的自密實混凝土，利用其特有的高流動、抗離析、強填充黏結性能，依靠自重自動充填到堆石空隙中，形成完整、密實、高強度和低水化熱的大體積混凝土。采用自密實堆石混凝土可使用機械進行倉內堆石，減少施工倉面人員，大大加快施工進度，而且可以提高壩體砌筑質量。設計要求自密實堆石混凝土的設計等級為C15F150W8，干密度不小于2400kg/m3。

3 原材料選用與配合比試驗

3.1 原材料的選用

原材料選用除混凝土用減水劑外，均采用當?shù)夭牧?見表1)。對水泥、砂、石子等原材料做了各種性能檢測試驗，均能滿足設計強度要求。

3.2 自密實堆石混凝土配合比試驗

對自密實混凝土配合比進行室內試驗，用施工現(xiàn)場采集的各種原材料，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)進行了自密實混凝土配合比的驗證實驗，結果見表2。

表中配合比1為清華大學提供的試驗室配合比;配合比2為清華大學提供的圍灘水電站堆石混凝土現(xiàn)場試驗段的施工配合比。由表中可以看出圍灘水電站堆石混凝土大壩施工中采用的自密實混凝土配合比是合適的，自密實混凝土性能良好。

表2 配合比試驗

3.3 自密實堆石混凝土試坑檢測試驗情況

參考《漿砌石壩施工技術規(guī)定》(SD 120—84)中的相關規(guī)定，對堆石混凝土進行了試坑檢測試驗。按照設計自密實堆石混凝土施工技術要求，在堆石混凝土壩施工至不同高程時，分別挖了五個試驗坑進行試驗。所用鐵制套環(huán)直徑為150cm，套環(huán)的內徑為138cm，環(huán)高20cm。挖坑最大直徑約110cm，最大深度約60cm。挖坑前坑頂灌水試驗分別測試了兩次，用水位測針測試兩次灌水量誤差小于1%。采用先風鎬打孔再撬挖取石的辦法挖坑;并對挖出的石料和砂漿料分別稱重計量。對挖出的石料和混凝土砂漿料取樣送實驗室分別進行含水量和密度的測試。結果數(shù)據(jù)見表3。

表3 試坑密度檢測試驗結果均值

通過五組試坑試驗測得堆石混凝土壩體干密度均值為2494kg/m3，數(shù)據(jù)滿足設計要求。

3.4 自密實堆石混凝土大試件物理力學性能試驗

為了保證堆石混凝土大試件的質量，大試件的切取是在堆石混凝土滿28天齡期切割的，物理力學性能按40天齡期和93天齡期進行試驗，結果見表4。

表4 堆石混凝土大試件物理力學性能試驗

續(xù)表

從表4中可以看出，堆石混凝土大試件各項物理力學性能測試值均達到或超過C15混凝土的標準值。圖1～圖4為堆石混凝土大試件各項物理力學性能測試的代表性圖片。

4 堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的技術經(jīng)濟比較

4.1 堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的施工方案比較

堆石混凝土的堆石料一般應大于300mm，料場簡易篩分、沖洗后即可入倉，既可自卸汽車入倉，也可用吊車、纜車入倉堆放。自密實混凝土可泵送直接入倉澆筑。簡易和快捷的機械化施工方法，彰顯了其獨特的優(yōu)勢。堆石混凝土與漿砌石、常規(guī)混凝土的施工方案比較，見表5。

表5 堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的施工方案比較

4.2 堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的經(jīng)濟比較

堆石混凝土使用了大量的塊石作為原材料，單位堆石混凝土的水泥含量很少，能大量利用當?shù)夭牧希茉聪纳?。圍灘水電站壩體堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的單價分析比較，主要是進行直接費的比較，見表6。

表6 自密實堆石混凝土與漿砌石、C15混凝土的直接費比較 單位:100m3

續(xù)表

從表6的比較可以看出，自密實堆石混凝土較漿砌石投資多14.76元/m3，主要原因是C15自密實混凝土單價較M10水泥砂漿多83.15元/m3，其中自密實混凝土297.51元/m3中減水劑投資為140元/m3，約占自密實混凝土投資的47%。由于減水劑是清華大學的專利產(chǎn)品，單價較高，一般為20元/kg，按照圍灘水電站試驗的配合比2，該項投資較大。自密實堆石混凝土較普通C15混凝土投資少82.27元/m3。在今后的工程推廣中，該項費用如果能大幅下降，自密實堆石混凝土在造價方面比漿砌石也會有一定的優(yōu)勢，較普通混凝土則有很大的經(jīng)濟空間，有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢。

5結語

本文對自密實堆石混凝土的論述是在國內外缺乏相關資料的情況下，為解決工程關鍵技術問題，而進行的自密實混凝土配合比及強度等方面的研究，為設計和施工提供了必要的依據(jù)。雖然自密實混凝土的研究仍有一些問題有待進一步研究完善，但自密實混凝土具有廣闊的應用前景。我省在建的恒山水庫除險加固工程、清峪水庫等均采用了自密實堆石混凝土，效果良好。

1 中國建筑標準設計研究院，等.自密實混凝土應用技術規(guī)程［S］.北京:中國計劃出版社，2006.

2 安雪暉，黃綿松，大內雅博，金峰.自密實混凝土技術手冊［S］.北京:中國水利水電出版社，2008.

3 中華人民共和國國家經(jīng)濟貿易委員會.水工混凝土外加劑技術規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，1999.

4 中華人民共和國水利部.水工混凝土試驗規(guī)程［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.