膠結(jié)材料筑壩技術(shù)在白土嶺水電站的應(yīng)用

(陜西省水利廳，西安 710004)

1 技術(shù)原理

膠結(jié)材料筑壩技術(shù)包括膠凝砂礫石壩和堆石混凝土壩筑壩技術(shù)。堆石混凝土(RFC)是利用自密實(shí)性能混凝土自流填注堆石體的空隙，形成完整、密實(shí)，具有設(shè)計(jì)強(qiáng)度的大體積混凝土。這是近年來(lái)被廣泛關(guān)注的一項(xiàng)施工技術(shù)，通過(guò)大量塊石的使用,可降低水泥用量,有效減少水化熱；不需振搗，節(jié)約投資，簡(jiǎn)化溫控，施工速度快，還具有混凝土結(jié)構(gòu)收縮性小、抗裂抗剪能力高的優(yōu)勢(shì)?！赌z結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL 678—2014)于2014年3月28日發(fā)布、2014年6月28日實(shí)施。

2 堆石混凝土技術(shù)在白土嶺水電站大壩的應(yīng)用

2.1 工程概況

白土嶺水電站為鎮(zhèn)坪縣境內(nèi)南江河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第二級(jí)電站。壩址位于鎮(zhèn)坪縣白家鄉(xiāng)下游3km處的南江河干流上。壩址以上控制流域面積962km2。壩址多年平均流量21.5m3/s，總裝機(jī)4.9萬(wàn)kW，年總發(fā)電量16550萬(wàn)kW·h，年平均利用小時(shí)3378h。白土嶺水電站水庫(kù)總庫(kù)容2360萬(wàn)m3，為Ⅲ等中型工程，大壩等主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。壩址50年一遇設(shè)計(jì)、500年一遇校核。洪峰流量分別為2250m3/s、3280m3/s。相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。工程為混合式水電站，首部樞紐為混凝土雙曲拱壩，最大壩高65m，采用壩頂3孔表孔和壩體2孔底孔聯(lián)合泄洪，表孔采用挑流消能，底孔采用寬尾墩窄縫消能。

白土嶺水電站大壩混凝土總方量10.3萬(wàn)m3，大壩主體采用C9020W8F100堆石混凝土，堆石混凝土總方量8.3萬(wàn)m3，堆石率55%；壩頂、廊道四周、底孔、閘墩等位置采用C2825W6F100二級(jí)配常態(tài)混凝土；溢流面、底孔四周、消能工采用C2840W8F100二級(jí)配抗沖耐磨混凝土。

2.2 白土嶺水電站大壩建筑材料

建筑材料除滿足常規(guī)要求外，還有以下要求：

a.堆石料。堆石料要求新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬。粒徑不小于300mm。最大粒徑不超過(guò)結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4。含泥量不大于0.5%，不允許出現(xiàn)泥塊。設(shè)計(jì)堆石混凝土強(qiáng)度等級(jí)C9020W8F100，相應(yīng)要求堆石料飽和抗壓強(qiáng)度不小于40MPa。堆石料為輝長(zhǎng)巖，經(jīng)試驗(yàn)飽和抗壓強(qiáng)度為151MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

b.混凝土骨料。由于三個(gè)天然料場(chǎng)粗骨料軟弱顆粒、細(xì)骨料含泥量不符合規(guī)程要求，白土嶺水電站大壩粗、細(xì)骨料采用人工軋制?！赌z結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》要求高性能自密實(shí)混凝土品質(zhì)除符合SL 677外，粗骨料最大粒徑不超過(guò)20mm，針片狀顆粒含量不超過(guò)8%。

c.白土嶺水電站大壩采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

d.摻合料。摻合料可采用粉煤灰、磷渣粉等，白土嶺水電站大壩根據(jù)實(shí)際情況采用石灰石粉，其性能符合GB/T 18736要求。

e.外加劑。主要使用以聚羧酸鹽高分子為主要原料的高性能減水劑。

2.3 基礎(chǔ)處理

白土嶺水電站大壩基巖為輝長(zhǎng)巖，石質(zhì)堅(jiān)硬，無(wú)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面組合，壩基置于弱風(fēng)化中上部巖體上。建基面高程724.00m。壩基進(jìn)行了固結(jié)和帷幕灌漿，透水率按q<3Lu控制。在建基面上澆筑2m厚常態(tài)混凝土作為墊層，在墊層上澆筑高性能自密實(shí)堆石混凝土。

2.4 壩體構(gòu)造

2.4.1 壩體分逢

白土嶺水電站大壩壩高65m，壩頂弧長(zhǎng)203.4m。根據(jù)水化熱分析，從左至右共設(shè)5條橫縫，分別位于兩拱端、溢流壩兩側(cè)和拱冠梁處。橫縫將壩體從左至右分為25.6m、37.7m、33.9m、47.3m和25.0m六個(gè)壩段，防滲層橫縫與堆石混凝土壩體橫縫位置相同?？p距符合碾壓混凝土或細(xì)石混凝土砌塊石拱壩的一般溫控防裂要求即可。

2.4.2 壩體防滲

白土嶺水電站大壩壩高65m，按《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》要求需專(zhuān)設(shè)防滲層。防滲層位于壩上游迎水面，用高性能自密實(shí)混凝土與堆石壩體一體澆筑，防滲層厚度2m。為防止出現(xiàn)溫度裂縫，在上游壩面配置溫度鋼筋網(wǎng)，規(guī)格為φ12@200mm×200mm。

2.4.3 溫度控制與防裂措施

壩址區(qū)多年平均氣溫12.0℃,最高月平均氣溫22.3℃，最低月平均氣溫1.2℃，相對(duì)濕度75%，較利于施工溫度控制。白土嶺水電站大壩在溫度較高的月份，盡量避開(kāi)高溫時(shí)段澆筑，倉(cāng)面采用噴霧措施，降低環(huán)境溫度，控制澆筑溫度不大于15℃。采用薄層短間歇均勻上升，澆筑層厚度1.5～2.0m，間歇期5～7天。在初凝后及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，并用塑料薄膜覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)，保持混凝土表面經(jīng)常處于濕潤(rùn)狀態(tài)。

2.5 施工工藝

2.5.1 配合比

白土嶺水電站大壩高性能自密實(shí)堆石混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求為C9020W8F100，配合比采用絕對(duì)體積法計(jì)算(見(jiàn)下表)。

白土嶺水電站大壩高性能自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)配合比表 單位：kg/m3

2.5.2 施工方法

a.堆石入倉(cāng)。清洗后的堆石成品采用吊索直接入倉(cāng)，堆石分層厚度1.5～2.0m。

b.平倉(cāng)。堆石采用人工或挖掘機(jī)平倉(cāng)，靠近模板、底孔通氣孔部位的由人工堆放。堆石外露面所含有的粒徑小于200mm的石塊數(shù)量不超過(guò)10塊/m2。

c.混凝土輸送及澆筑。白土嶺水電站大壩用混凝土泵輸送高性能自密實(shí)性能混凝土到倉(cāng)面。澆筑點(diǎn)均勻布置，間距在3m以內(nèi)。單向逐點(diǎn)澆筑，每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后移至下一澆筑點(diǎn)，澆筑點(diǎn)不重復(fù)使用。澆筑時(shí)最大自由落下高度不超過(guò)5m。收倉(cāng)時(shí)，澆筑頂面可不采用人工平整，使適量石塊高出澆筑面50～150mm，不超過(guò)石塊自身高度的1/3，可以起到嚙合作用，提高抗剪能力，加強(qiáng)層面結(jié)合。

d.下一倉(cāng)準(zhǔn)備。本層堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以后，一般根據(jù)實(shí)際判斷可以開(kāi)始承壓堆石時(shí)，進(jìn)行下一倉(cāng)倉(cāng)面準(zhǔn)備。由于該工程壩前有防滲體，因此層面間不需鑿毛或沖毛。白土嶺水電站大壩5個(gè)壩段同時(shí)進(jìn)行2個(gè)壩段澆筑，其余3個(gè)壩段進(jìn)行準(zhǔn)備，循環(huán)澆筑。

e.雨天施工措施。小雨時(shí)采取搭棚遮蓋措施施工，中雨以上不施工，并對(duì)倉(cāng)面采取防雨和排水措施。

2.6 質(zhì)量控制及檢測(cè)

2.6.1 質(zhì)量控制

堆石混凝土原材料質(zhì)量控制主要按規(guī)范要求的檢測(cè)項(xiàng)目、頻次進(jìn)行檢測(cè)，確保達(dá)到要求的控制標(biāo)準(zhǔn)。如：水泥每200～400t檢測(cè)一次，主要檢測(cè)細(xì)度、安定性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等級(jí)等。對(duì)高性能自密實(shí)混凝土的坍落度、坍落擴(kuò)展度等每4h檢測(cè)不少于1次。

2.6.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

施工中，建設(shè)單位委托第三方檢測(cè)單位對(duì)白土嶺大壩堆石混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性等進(jìn)行了鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)檢測(cè)。在大壩750.00m高程對(duì)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)壩段進(jìn)行鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)。從取出芯樣及壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析來(lái)看，大壩739.30～750.00m高程各壩段透水率超過(guò)了規(guī)范允許值。經(jīng)分析，主要是由該段所用堆石料粒徑偏小，堆石間空隙偏小，使高性能自密實(shí)混凝土難以自流充填密實(shí)所致，屬于施工質(zhì)量缺陷。對(duì)其進(jìn)行了灌漿處理，灌后最大透水率q<1Lu，符合規(guī)范要求。

3 技術(shù)問(wèn)題

3.1 優(yōu)點(diǎn)

a.經(jīng)濟(jì)合理性。堆石混凝土中混凝土占50%左右，可以減少砂石骨料用量。在粉煤灰、砂等運(yùn)輸困難但塊石料豐富的地區(qū)，相比碾壓混凝土具有一定的經(jīng)濟(jì)合理性。

b.簡(jiǎn)化溫控措施。堆石混凝土中混凝土占50%左右，每立方米堆石混凝土中的水泥用量與碾壓混凝土基本相當(dāng)，可以充分利用粉煤灰、礦渣粉、石粉等活性或惰性摻合料，使水泥用量顯著降低。C20堆石混凝土的水泥用量一般不超過(guò)80kg/m3，絕熱溫升不超過(guò)15℃，可以顯著簡(jiǎn)化甚至取消溫控措施。但每立方米高性能自密實(shí)混凝土中的水泥等膠凝材料用量稍高，水灰比較小，在終凝前失水易造成早期收縮裂縫，因此需加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。堆石混凝土水泥等膠凝材料用量較低，但高性能自密實(shí)混凝土中膠凝材料用量較高，其水化熱和自生體積變形略高于常態(tài)混凝土，因此仍需采取一定的溫控措施。

c.施工速度快。堆石混凝土無(wú)需振搗，施工速度快。同時(shí)相比碾壓混凝土，堆石混凝土施工工藝簡(jiǎn)單；相比漿砌石，堆石混凝土的質(zhì)量容易得到保證。

3.2 問(wèn)題

a.相比常規(guī)混凝土，為了增加流動(dòng)性和黏聚性，高性能自密實(shí)混凝土中需添加一定量的外加劑。該技術(shù)推廣使用僅10年左右，取得的工程監(jiān)測(cè)資料較少，外加劑對(duì)混凝土和工程耐久性的影響尚不清楚。

b.堆石混凝土壩對(duì)堆石的粒徑，粗細(xì)骨料粒徑、級(jí)配，高性能自密實(shí)混凝土配合比、拌和、運(yùn)輸、澆筑等各環(huán)節(jié)均有嚴(yán)格的要求，任一環(huán)節(jié)都對(duì)工程質(zhì)量有較大影響，必須嚴(yán)格按照《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)》導(dǎo)則要求對(duì)材料、混凝土進(jìn)行檢測(cè)和施工，確保工程質(zhì)量。

c.膠結(jié)材料筑壩技術(shù)屬專(zhuān)利技術(shù)，須由技術(shù)方提供技術(shù)支持及服務(wù)，收取一定的專(zhuān)利費(fèi)、服務(wù)費(fèi)，在一定程度上影響了全面技術(shù)推廣。還需要進(jìn)一步明確工程質(zhì)量控制體系中設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、技術(shù)提供方等參建各方的質(zhì)量安全責(zé)任。