堆石混凝土在石河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

曹麗娟 張楠 李林可 李金濤

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

堆石混凝土在石河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

曹麗娟 張楠 李林可 李金濤

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

石河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程采用新型的堆石混凝土技術(shù)，簡(jiǎn)化施工工藝，加快施工速度，保障施工質(zhì)量。

堆石混凝土 自密實(shí)混凝土 石河水庫(kù) 除險(xiǎn)加固

1 工程概況及存在問(wèn)題

1.1 工程概況

石河水庫(kù)位于秦皇島市山海關(guān)西北約6km處，系石河上的一座以供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、旅游等綜合利用的中型水利樞紐工程。工程等別為Ⅲ等，設(shè)計(jì)總庫(kù)容7000萬(wàn)m3。由大壩、泄水洞、輸水洞、發(fā)電洞和電站等建筑物組成。水庫(kù)于1972年動(dòng)工興建，1975年竣工并投入使用，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行近40年。

1.2 工程存在的問(wèn)題

（1）現(xiàn)狀大壩為漿砌石重力壩，壩頂總長(zhǎng)365m，其中非溢流壩段長(zhǎng)275m，壩體漿砌塊石均勻性較差，局部砂漿不飽滿，壩體滲透性為強(qiáng)透水，局部中透水。壩體漿砌石質(zhì)量較差，堰面混凝土碳化剝蝕嚴(yán)重，鋼筋裸露。大壩結(jié)構(gòu)抗滑安全性評(píng)價(jià)為C級(jí)。

（2）溢流壩段和左壩肩滲漏較嚴(yán)重，對(duì)壩體安全不利。溢流壩局部出現(xiàn)拉應(yīng)力。

為保證水庫(kù)正常運(yùn)用，消除水庫(kù)自身安全隱患，保障下游地區(qū)的防洪安全，亟需進(jìn)行除險(xiǎn)加固防護(hù)。

本文主要敘述非溢流壩段除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。

2 非溢流壩段除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

2.1 非溢流壩段除險(xiǎn)加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

非溢流壩段設(shè)計(jì)選定工程投資低、施工簡(jiǎn)單、對(duì)供水影響較小的下游貼坡加固方案。壩體下游側(cè)加厚4.5m～5.0m，下游坡比由1:0.69調(diào)整為1:0.7。

2.2 非溢流壩段除險(xiǎn)加固材料選擇

2.2.1 常規(guī)大壩混凝土技術(shù)及其局限性

以大壩為代表的大體積混凝土，在施工中要盡可能的降低水泥用量，以降低混凝土內(nèi)部水化熱，并節(jié)約工程成本。常見(jiàn)的工程措施是通過(guò)增加混凝土級(jí)配、增大骨料粒徑、添加外加劑以減少單位體積水泥用量和降低水化熱。目前大壩混凝土多采用四級(jí)配，骨料最大粒徑可達(dá)150mm。但受到拌和能力、振搗能力的限制，常規(guī)混凝土難以使用更大粒徑的骨料。一般大體積混凝土技術(shù)特點(diǎn)如表1。

綜上可知常規(guī)大體積混凝土技術(shù)存在繁瑣工序多、勞動(dòng)量大、人工成本高、水化熱高、溫控措施復(fù)雜、容易產(chǎn)生溫度裂縫、施工進(jìn)度慢等缺點(diǎn)。

2.2.2 自密實(shí)混凝土及堆石混凝土施工技術(shù)及研究現(xiàn)狀

（1）自密實(shí)混凝土技術(shù)

自密實(shí)混凝土簡(jiǎn)稱SCC，起源于八十年代的日本，其主要特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 自密實(shí)混凝土主要特點(diǎn)

綜上可知自密實(shí)混凝土作為新技術(shù)，雖優(yōu)點(diǎn)很多，但局限性也很強(qiáng)，如果在大壩等大體積混凝土工程中單獨(dú)采用高粉體量和小粒徑骨料的自密實(shí)混凝土，不僅無(wú)法滿足降低水泥用量、降低內(nèi)部水化熱的要求，也難以節(jié)約工程成本。

（2）堆石混凝土技術(shù)

堆石混凝土源于自密實(shí)混凝土但又有較大區(qū)別。施工時(shí)將堆石直接入倉(cāng)，然后澆注專用的自密實(shí)混凝土，利用其高流動(dòng)性能，自動(dòng)填充到堆石的空隙中，形成完整、密實(shí)、低水化熱的大體積混凝土。

常態(tài)混凝土與堆石混凝土的比較如表3。

堆石混凝土技術(shù)可完全替代漿砌石壩，運(yùn)用于堆石混凝土重力壩及堆石混凝土芯墻壩，適合水庫(kù)除險(xiǎn)加固及高擋土墻工程，亦可利用沉井技術(shù)在不放空水庫(kù)的情況下澆注壩體水下部位。

為縮短工期和節(jié)省工程投資，石河水庫(kù)非溢流壩段下游貼坡材料選用堆石混凝土。

表3 常態(tài)混凝土與堆石混凝土比較

3 非溢流壩段除險(xiǎn)加固施工

3.1 原材料的選擇

（1）水泥

因?yàn)樽悦軐?shí)混凝土要求水泥凝結(jié)速度慢，流動(dòng)性損失小，適宜使用的水泥類型見(jiàn)表4。

表4 水泥類型

（2）摻合料

自密實(shí)混凝土漿體總量較大，如果膠凝材料僅適用水泥容易引起混凝土早期水化熱較大，

硬化后混凝土收縮較大，不利于提高混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性。常用活性摻合料見(jiàn)表5。

表5 常用活性摻合料

（3）外加劑

宜優(yōu)先使用聚羧酸系高效減水劑；不建議使用增粘劑（可能會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間延緩，用水量增加等問(wèn)題，且品種多，性能不一，需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)才能確定）；不宜使用速凝劑、促凝劑和早強(qiáng)類型外加劑

3.2 堆石混凝土性能設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

堆石混凝土中塊石占總體積50%～60%，自密實(shí)混凝土占40%～50%。根據(jù)自密實(shí)混凝土技術(shù)手冊(cè)推薦及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，自密實(shí)混凝土單位體積水灰比僅為0.8～1.15，配比見(jiàn)表6。

表6 自密實(shí)混凝土配比

3.3 堆石混凝土施工中的問(wèn)題

表7 堆石混凝土施工注意事項(xiàng)

4 其它已建工程經(jīng)驗(yàn)

堆石混凝土技術(shù)目前已應(yīng)用于山西臨汾市鄉(xiāng)寧縣清峪水庫(kù)、山西省大同市渾源縣恒山水庫(kù)除險(xiǎn)加固、向家壩水利樞紐、河南寶泉電站等工程中。其中恒山水庫(kù)拱壩除險(xiǎn)加固工程若按常規(guī)技術(shù)加固，工期需至少3年，將嚴(yán)重影響下游居民生活及農(nóng)業(yè)灌溉，采用堆石混凝土技術(shù)后，工期縮短至半年。同時(shí)還充分利用了當(dāng)?shù)刎S富的塊石、砂等資源，就地取材，節(jié)省了工程造價(jià)。恒山水庫(kù)新壩孔隙率45%，平均使用水泥100kg/m3。綜合造價(jià)僅280元/m3，遠(yuǎn)低于常規(guī)混凝土400元/m3，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然理論上堆石混凝土抗?jié)B等級(jí)完全滿足壩體抗?jié)B要求，但由于是剛剛開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣的新技術(shù)，堆石混凝土在與鋼筋、止水交界處需人工局部處理塊石的堆放，或在鋼筋、止水周圍單獨(dú)設(shè)置常態(tài)混凝土澆注區(qū)。例如清峪水庫(kù)大壩上游臨水側(cè)單獨(dú)設(shè)計(jì)了2～1m厚的常態(tài)混凝土面板，其間設(shè)置銅片及橡膠止水帶，以增加壩體抗?jié)B性能。

而恒山水庫(kù)新壩由于所采用塊石粒徑過(guò)大（超過(guò)50cm），塊石間縫隙較大，自密實(shí)混凝土澆筑完成后仍有極少量細(xì)微裂縫產(chǎn)生?？梢?jiàn)自密實(shí)混凝土的收縮性雖遠(yuǎn)低于普通砂漿，但仍需繼續(xù)深入研究其在實(shí)際工程中對(duì)工程安全性能的影響。

1 安雪暉等. 自密實(shí)混凝土技術(shù)手冊(cè). 中國(guó)水利水電出版社，2008.

2 安雪暉，金峰，石建軍. 自密實(shí)混凝土充填堆石體試驗(yàn)研究. 混凝土. 2005，183（01）：3-6

3 金峰，安雪暉，石建軍，張楚漢. 堆石混凝土及堆石混凝土大壩. 水力學(xué)報(bào)，2005,36（11）：1347-1352

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.018

TV544

B

1672-2469(2014)12-0052-03

曹麗娟（1980年—），女，工程師。