高流態(tài)混凝土膠結(jié)堆石筑壩技術(shù)在電站建設(shè)中的應(yīng)用

文江云

（新疆奎屯農(nóng)七師勘測設(shè)計研究院（有限公司），新疆奎屯833200）

靜海水電站位于恩宣東南部靜海鄉(xiāng)月亮河，壩址以上集水面積487.7 km2，多年平均流量11.58 m3/s，水庫總庫容71萬m3，砌石重力壩最大壩高18.5 m，引水系統(tǒng)全長3.942 km，為無壓引水式電站，電站裝機容量9.6 MW；大壩于2010年5月完成混凝土膠結(jié)堆石壩澆筑。

大壩設(shè)計為C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩（見圖1），最大壩高18.5 m，壩頂高程為823.5 m，上游面設(shè)50 cm厚C20素混凝土防滲，下游面設(shè)50 cm厚C35混凝土護面，壩頂寬4 m，溢流堰凈寬27 m，堰頂高程815.00 m。傳統(tǒng)的細(xì)石混凝土砌毛石施工工法需花費大量人工，不僅要求工人具有一定的砌筑技術(shù)，而更要求有較強的責(zé)任心，從目前砌石施工工程所反映出主要的問題是施工質(zhì)量難以控制，砌石空隙普遍偏高，加之受地形條件限制，施工難度較大。為了提高施工質(zhì)量和加快進度，經(jīng)對石龍溝水庫現(xiàn)場進行的堆石壩混凝土試驗的調(diào)研，特提出將靜海水電站C15細(xì)石混凝土砌毛石改為C15高流態(tài)混凝土膠結(jié)堆石技術(shù)筑壩。

1 關(guān)于混凝土膠結(jié)堆石壩技術(shù)

早些年國內(nèi)外工程中研究和運用了流動性和穩(wěn)定性高的混凝土，如自流平混凝土[1]和自密實混凝土[2-6]的名詞見諸于某些刊物，它依靠混凝土的自重，在免碾的條件下進行混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工。以往用于砌石壩的細(xì)石常態(tài)混凝土，其坍落度（SL）5~8 cm，幾乎無流動性，砌筑時需人工振搗密實，在施工中，混凝土入倉鋪料不均勻，或振搗不到位，都是造成砌體質(zhì)量缺陷的原因，加上耗費人力較多，施工進度慢，使其工程造價的優(yōu)勢逐漸喪失。

關(guān)注砌石壩技術(shù)的工程師提出采用高流態(tài)混凝土作為砌石壩膠凝材料，替代傳統(tǒng)的常態(tài)混凝土，希望通過工程實踐的應(yīng)用，以達到利用混凝土自身的高流動性能，不離析均勻性和穩(wěn)定性填充到堆石的空隙中，形成完整、密實的混凝土砌石體。故確定在本水電站砌石重力壩工程中應(yīng)用研究。

2 高流態(tài)混凝土配合比

2.1 混凝土配合比試驗

圖1 堆石重力壩典型斷面圖Fig.1 The typical cross-section diagram of rockfill gravity

大壩混凝土按C9010、C9015、C9020進行一級配配合比試驗[7-8]，摻粉煤灰、XH型聚羧酸減水劑，粉煤灰摻量按30%、40%、50%、60%，坍落度控制在250~280 mm進行試驗，按各個粉煤灰摻量選擇3個水膠比進行試配試驗。

根據(jù)試配試驗結(jié)果，分別對粉煤灰摻量為30%、40%、50%、60%的混凝土進行復(fù)核試驗。結(jié)合規(guī)范《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS203-2006）在對試配的配合比進行復(fù)核試驗時，要按自密實混凝土的性能進行選擇；在滿足其高流動度、不離析、均勻性和穩(wěn)定性的條件下，達到設(shè)計要求的自密實混凝土配合比，為最終復(fù)核推薦混凝土配合比，見表1。

2.2 混凝土配合比現(xiàn)場試驗

采用騰越牌P·C32.5水泥、野馬寨電廠Ⅰ級粉煤灰、貴州星恒外加劑XH型聚羧酸高效減水劑，砂及骨料采用料場的厚層泥質(zhì)灰?guī)r現(xiàn)場加工。

混凝土膠結(jié)料的性能與原材料的性能密切相關(guān)，根據(jù)室內(nèi)試驗的配合比，結(jié)合現(xiàn)場實際進行生產(chǎn)性試驗，通過試摻30%、40%、50%、60%的對粉煤灰量反復(fù)試驗，得到大壩自密實混凝土配合比見表2，混凝土膠料性能檢測結(jié)果見表2，膠凝材料性能見表3，各表數(shù)據(jù)反映混凝配合比設(shè)計和施工應(yīng)用要求。

表1 混凝土膠結(jié)料設(shè)計配合比Fig.1 The mixture ratio design of concrete cementing material kg/m3

表2 混凝土膠結(jié)料設(shè)計配合比Fig.2 The construction mixture ratio of concrete cementing material kg/m3

表3 混凝土膠結(jié)料性能檢測結(jié)果Fig.3 Performance test results of concrete cementing material

3 混凝土施工

1）堆石入倉。塊石入倉前應(yīng)先進行沖洗，保持塊石干凈，以達到漿砌石規(guī)范要求。塊石粒徑控制在30~100 cm，最小粒徑不得小于15 cm，同時還應(yīng)控制小顆粒石料不得集中或大量分布在底層，避免表層堆石空隙過大，盡量將堆石空隙控制在40%左右。倉位周邊采用漿砌石砌筑邊墻作模板，使用機械將塊石自然堆放入倉，局部由人工輔助調(diào)整堆積狀態(tài)，包括剔除不滿足要求的小粒徑石料和分散集中堆放的小粒徑石料，每倉堆石厚度控制在0.7~1.0 m。

2）混凝土拌制。大壩混凝土土拌制系統(tǒng)布置在大壩下游右岸，該拌合站設(shè)0.5 m3的強制式拌和機，并配置電子稱量系統(tǒng)?；炷猎诎柚七^程中，嚴(yán)格控制配合比及原材料的質(zhì)量和拌制時間，確?；炷潦┕べ|(zhì)量，水泥、粉煤灰的稱量誤差不得超過±1%，砂石的稱量誤差不得超過±2%。水、外加劑為±1%。拌合混凝土的用水量除應(yīng)在施工配合比的基礎(chǔ)上扣除骨料含水，配備專人根據(jù)拌合情況及時調(diào)整用水量，加水和加外加劑需有專人操作，對該人員進行相應(yīng)的培訓(xùn)，以保證加量的準(zhǔn)確和及時。

3）混凝土澆筑?；炷聊z材由混凝土泵送至倉面，在每一澆筑點的混凝土填滿后移至下一澆筑點澆筑，澆筑順序為單向順序，不可在倉面上往復(fù)澆筑。澆筑過程應(yīng)連續(xù)，時間應(yīng)小于混凝土的初凝時間。每一倉面（面）的澆筑頂面有塊石棱角，塊石棱角的高度應(yīng)高于自密實混凝土頂面50 mm，以便與下一倉連接。

4）混凝土養(yǎng)護。澆筑完成后的堆石混凝土，根據(jù)天氣情況及時灑水進行養(yǎng)護，養(yǎng)護方法及標(biāo)準(zhǔn)參照普通混凝土養(yǎng)護要求。

4 混凝土綜合性能的檢測

1）混凝土膠結(jié)材料強度檢測?；炷聊z結(jié)材料檢測參照常態(tài)混凝土檢驗方法檢驗，強度的檢測采用現(xiàn)場澆注時取樣，用150 mm×150 mm×150 mm的試模直接從澆注現(xiàn)場取樣，試塊在自然條件下養(yǎng)護，檢測結(jié)果見表4，該強度滿足設(shè)計要求。

表4 混凝土強度檢測結(jié)果Fig.4 Detection result of concrete strength

2）試坑容重檢測?；炷聊z結(jié)材料體的容積關(guān)系大壩設(shè)計安全，試坑容重檢測是堆石混凝土現(xiàn)場試驗的檢測內(nèi)容之一，測結(jié)果能夠直觀快速地判定堆石混凝土的質(zhì)量。堆石體容重采用現(xiàn)場挖坑法進行檢測，待堆石體澆筑后混凝土達到初凝狀態(tài)時，進行現(xiàn)場挖坑試驗測體壩體的容重，通過挖坑過程中觀察堆石體內(nèi)部混凝土的密實度情況、孔洞和架空現(xiàn)象，評價澆筑的質(zhì)量。本工程對溢流壩段選取2個高程選用2個試坑，采用7~8次挖坑，3~4次注水測試堆石混凝土容重，經(jīng)測定為2.39~2.43 kg/m3，大壩設(shè)計結(jié)構(gòu)計算設(shè)計容重取2.2 kg/m3，滿足設(shè)計要求。檢測成果見表5。

5 膠結(jié)堆石混凝土的材料消耗及單價分析

1）膠結(jié)堆石混凝土的材料消耗統(tǒng)計。為獲得膠結(jié)堆石混凝土的材料消耗，在施工過程中進行了各種消耗的統(tǒng)計，每倉堆石混凝土澆筑前測量基面高程，澆筑完成后測量出堆石體體積，混凝土在入機口統(tǒng)計記錄，通過換算得出埋石占堆石體的比例。統(tǒng)計結(jié)果見表6。從統(tǒng)計結(jié)果看出，方膠結(jié)堆石混凝土中膠結(jié)材料用量占34.36%，塊石占比例，65.64%。

表5 堆石混凝土試坑容重檢測結(jié)果Fig.5 Detection result of unit weight at pile of stone concrete trial pit

2）人員及機械消耗情況。從施工過程來看，每層澆筑投入人工平均為4～5人，施工工人主要是局部調(diào)整堆石和對混凝土泵送管的移位和調(diào)整，每層堆石時間為平均8 h左右，澆筑時間為3 h左右。通過測算，0.06工日/m3。

施工機械主要用在堆石運料和堆石入倉，堆石運料采用自卸汽車一臺，堆石入倉機械采用挖機，機械數(shù)量為1臺。

表6 膠結(jié)堆石混凝土的材料消耗Fig.6 Materials consumption of cementation pile of stone concrete

3）膠結(jié)堆石混凝土的單價分析。根據(jù)膠結(jié)堆石混凝土的材料接人工、機械消耗，通過測算，膠結(jié)堆石混凝土綜合單價為225元/m3，漿砌石單價為245元/m3，比混凝土有較大優(yōu)勢。

6 結(jié)語

1）利用高流態(tài)混凝土替代常態(tài)混凝土進行砌石壩砌筑，施工工藝簡單，減少人工投入，綜合單價低，壩體砌筑速度快，有利于縮短工期。

2）與常態(tài)混凝土砌石壩相比，壩體密度有所提高，挖坑檢測砌體容重大于設(shè)計容重2.2 kg/m3，提高了重力壩的安全度，基本達到預(yù)期質(zhì)量控制目的。

3）由于是初次運用，而工程規(guī)模不大，施工場地狹窄，現(xiàn)場存在個別部位控制不到位的問題，有待總結(jié)經(jīng)驗、調(diào)整和完善施工工法。

4）在水電站砌石重力壩采用高流態(tài)混凝土替代常態(tài)混凝土進行砌筑，工程投入運行后，壩體無滲水掛漿現(xiàn)象，表明壩體質(zhì)量可靠。該技術(shù)的應(yīng)用取得的成功實踐，為今后砌石壩的設(shè)計和施工提供了有益的經(jīng)驗。

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