堆石混凝土技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

王鵬程 王志明

(武警警種學(xué)院，北京 102202)

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堆石混凝土技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

王鵬程 王志明

(武警警種學(xué)院，北京 102202)

結(jié)合堆石混凝土技術(shù)的概念，介紹了其分類及施工工藝，對(duì)寶泉電站上水庫(kù)副壩工程、向家壩水電站沉井群、中山長(zhǎng)坑水庫(kù)重建工程中的堆石混凝土技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，并分析了堆石混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

堆石混凝土技術(shù)，水利水電，自密實(shí)混凝土，水電站

堆石混凝土技術(shù)(Rock-Filled Concrete，簡(jiǎn)稱RFC)是一種新型的大體積混凝土施工技術(shù)，由清華大學(xué)水利水電工程系發(fā)明并獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)，其技術(shù)特征是利用自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)充填堆石空隙形成完整密實(shí)的混凝土。自密實(shí)混凝土中粗骨料最大粒徑要求不大于20 mm，便于它通過(guò)堆石的空隙而不被堵塞。堆石料要求質(zhì)地堅(jiān)硬，粒徑不宜小于300 mm，目的是在堆石之間能形成較大的空隙。堆石混凝土中堆石的體積占到了55%～60%，單方堆石混凝土水泥用量少，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保，綜合成本低。

1 堆石混凝土的分類及施工工藝

堆石入倉(cāng)和澆筑自密實(shí)混凝土是堆石混凝土技術(shù)最主要的兩道施工工序，根據(jù)堆石入倉(cāng)、澆筑自密實(shí)混凝土的施工順序不同，分為普通型堆石混凝土和拋石型堆石混凝土。

1.1 普通型堆石混凝土

普通型堆石混凝土是先將滿足粒徑及施工規(guī)范要求的塊石(或卵石)自然堆滿倉(cāng)面，然后再往堆石體中澆筑專用自密實(shí)混凝土，整個(gè)澆筑過(guò)程不需要振搗而是依靠其自重充填堆石體的空隙形成完整密實(shí)的混凝土，適合澆筑大倉(cāng)面的大體積混凝土，如大壩的壩體、圍堰、堤防、擋土墻。

普通型堆石混凝土工藝流程：1)模板架立：使用的模板及其支承結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。根據(jù)需要，還可以使用漿砌石墻代替模板架立；2)堆石入倉(cāng)：堆石的運(yùn)輸宜采用自卸車直接入倉(cāng)的方式，當(dāng)沒(méi)有合適的入倉(cāng)道路時(shí)，堆石可采用吊車、纜車、塔機(jī)、挖掘機(jī)等其他方式入倉(cāng)；3)自密實(shí)混凝土制備與運(yùn)輸：自密實(shí)混凝土的制備應(yīng)當(dāng)使用強(qiáng)制式拌和機(jī)，水平運(yùn)輸應(yīng)使用混凝土攪拌車；4)自密實(shí)混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土輸送泵，混凝土攪拌車直接卸料，溜槽、串筒澆筑，吊罐澆筑，裝載機(jī)、挖掘機(jī)挖斗澆筑等。

1.2 拋石型堆石混凝土

拋石型堆石混凝土是先將自密實(shí)混凝土澆筑入倉(cāng)面，然后將石料均勻拋入專用自密實(shí)混凝土中自然堆積，無(wú)需振搗所形成的完整密實(shí)的混凝土，適合在深度較深部位大體積混凝土的施工，如沉井、抗滑樁、擋墻等部位的混凝土回填。

拋石型堆石混凝土工藝流程：1)自密實(shí)混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸：應(yīng)使用強(qiáng)制式拌和機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，水平運(yùn)輸采用混凝土攪拌車；2)自密實(shí)混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土攪拌車直接卸料、溜槽、串筒澆筑等多種澆筑方式；3)堆石入倉(cāng)：將石料均勻拋入自密實(shí)混凝土中自然堆積，采用拋石型堆石混凝土技術(shù)進(jìn)行回填施工，對(duì)石料粒徑無(wú)要求，但應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量。

2 堆石混凝土技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

堆石混凝土工藝簡(jiǎn)便，質(zhì)量易控，單位體積水泥用量少，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保，已在多個(gè)水利水電工程中得到推廣應(yīng)用。

2.1 寶泉電站上水庫(kù)副壩工程中的應(yīng)用

寶泉電站位于河南省新鄉(xiāng)市，是一座抽水蓄能電站，寶泉電站上水庫(kù)工程主要包括主壩、副壩、庫(kù)盆等，由武警水電部隊(duì)負(fù)責(zé)施工。上水庫(kù)副壩壩體原設(shè)計(jì)為C20細(xì)石混凝土砌石壩，施工過(guò)程主要依靠大量人工進(jìn)行砌石作業(yè)，質(zhì)量控制受人為因素影響大，施工速度慢，導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。為確保施工進(jìn)度滿足計(jì)劃要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，確定使用普通型堆石混凝土技術(shù)替代細(xì)石混凝土砌石壩，這也是堆石混凝土技術(shù)第一次在水利水電工程中應(yīng)用。普通型堆石混凝土簡(jiǎn)化了施工工藝，主要工序只有兩道，堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土澆筑。堆石由自卸車運(yùn)輸至倉(cāng)面后用挖機(jī)和裝載機(jī)輔助進(jìn)行堆積入倉(cāng)，自密實(shí)混凝土從攪拌、運(yùn)輸都是機(jī)械作業(yè)，有效減少了人工作業(yè)，施工機(jī)械化程度高，能大幅提高副壩大體積混凝土的施工進(jìn)度。副壩使用普通型堆石混凝土技術(shù)，歷時(shí)1個(gè)月，就完成堆石混凝土施工4 460 m3，確保副壩工程進(jìn)度能按期完工。寶泉電站上水庫(kù)工程使用普通型堆石混凝土表明，使用堆石混凝土不僅可以保證質(zhì)量，加快施工速度，還可以降低造價(jià)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 向家壩水電站沉井群中的應(yīng)用

向家壩水電站是規(guī)劃在金沙江河段的最末一個(gè)梯級(jí)電站，電站位于云南省水富縣和四川省宜賓縣交界的金沙江下游河段。整個(gè)工程分二期施工，為確保二期縱向圍堰地基開(kāi)挖能完全到位且保證一期土石圍堰穩(wěn)定，在一期圍堰和二期圍堰之間布置有沉井群。沉井群由10個(gè)沉井組成，沉井下沉最大深度56 m，最淺為43 m，每個(gè)沉井內(nèi)分6個(gè)筒體空腔，10個(gè)沉井井體混凝土總量為9.32萬(wàn)m3。為確保沉井自身穩(wěn)定及圍堰的整體抗滑穩(wěn)定要求，沉井下沉結(jié)束后要使用混凝土回填。原設(shè)計(jì)采用C10等級(jí)素混凝土回填，后因進(jìn)度滯后，采用拋石型堆石混凝土施工方案。每個(gè)沉井回填工期從原方案20 d～30 d縮短到5 d～7 d。同普通混凝土相比，拋石型堆石混凝土施工工藝簡(jiǎn)單，能大幅提高施工進(jìn)度，降低工程成本，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.3 中山長(zhǎng)坑水庫(kù)重建工程中的應(yīng)用

原長(zhǎng)坑水庫(kù)是1972年建成投入使用的，總庫(kù)容131萬(wàn)m3，是小(Ⅰ)型水庫(kù)，水庫(kù)以防洪、供水為主，同時(shí)兼有發(fā)電功能，大壩由漿砌石壩和土壩組成。由于水庫(kù)已運(yùn)行40多年，漏水明顯且日趨嚴(yán)重。該水庫(kù)位于廣東中山長(zhǎng)坑，所處地理位置非常重要，如果水庫(kù)發(fā)生事故，將會(huì)造成不可估量的損失。經(jīng)過(guò)對(duì)多種方案的綜合論證，決定拆除原水庫(kù)進(jìn)行重建，重建后的長(zhǎng)坑三級(jí)水庫(kù)總庫(kù)容為161.32萬(wàn)m3，壩高26.5 m，壩頂寬5.5 m，大壩壩體使用普通型堆石混凝土技術(shù)。

水庫(kù)重建工程中，大壩主體全部使用普通型堆石混凝土技術(shù)，利用舊壩體拆除中符合要求的石塊作為堆石料重新利用，不僅節(jié)約工程成本，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。20世紀(jì)50年代～70年代，是我國(guó)水利工程建設(shè)的一個(gè)高峰期，建設(shè)完成了眾多的中小水庫(kù)，我國(guó)現(xiàn)有的8.7萬(wàn)座水庫(kù)，大多都是在那個(gè)時(shí)期建設(shè)的，運(yùn)行多年，相繼出現(xiàn)了一系列病險(xiǎn)問(wèn)題。長(zhǎng)坑水庫(kù)重建利用舊壩拆除中的塊石料，運(yùn)用堆石混凝土建壩，不僅節(jié)約工程成本，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，為病險(xiǎn)水庫(kù)重建提供了一種更好的解決方案。

3 堆石混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

堆石混凝土技術(shù)工藝簡(jiǎn)便，質(zhì)量易控，單位體積水泥用量少，已入圍第一批《國(guó)家鼓勵(lì)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)》名目，被水利部列入《水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)》進(jìn)行推廣，在多個(gè)水利水電工程、公路工程及港口工程中得到推廣應(yīng)用，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面:

1)節(jié)能低碳，綠色環(huán)保。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，減少了混凝土用砂石料場(chǎng)的工作量；同普通混凝土相比，單方堆石混凝土中只需要拌和小于總體積一半的自密實(shí)混凝土，單位體積水泥用量顯著減少，同時(shí)還可以利用河道中的天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環(huán)境負(fù)荷小，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保。

2)工藝簡(jiǎn)便，施工高效。由于堆石混凝土簡(jiǎn)化了施工工藝，主要工序只有堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土澆筑，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，能大幅提高大倉(cāng)面素混凝土的施工效率，縮短工期。

3)質(zhì)量易控，體積穩(wěn)定。堆石混凝土施工中，降低了倉(cāng)面的施工人員數(shù)量和機(jī)械工作量，取消了混凝土振搗過(guò)程，消除了人為的不利干擾，由于單位體積堆石混凝土中水泥含量少，水化溫升小，溫控措施簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制管理更加簡(jiǎn)便易行，并且由于有大塊石構(gòu)成骨架，整體收縮小、體積穩(wěn)定性好。

4)節(jié)約投資，綜合成本低。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量顯著減少，降低了綜合成本。同時(shí)取消了混凝土振搗過(guò)程，降低了倉(cāng)面的施工人員數(shù)量和機(jī)械工作量，同普通混凝土相比，可節(jié)約20%左右的成本。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是世界上水泥和混凝土使用量最多的國(guó)家，盡管水泥和混凝土為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可估量的貢獻(xiàn)，但資源消耗也大，給環(huán)境造成了重大污染。堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量少，同時(shí)還可以利用天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環(huán)境負(fù)荷小，可以廣泛推廣應(yīng)用于水利水電工程、公路、鐵路及港口工程領(lǐng)域，是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的混凝土施工新技術(shù)。

[1] 安雪暉，黃綿松，周 虎,等.堆石混凝土施工技術(shù)綜述[A].全國(guó)混凝土新技術(shù)及其工程應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)暨2007年年會(huì)[C].2007.

[2] 曹中升，齊界夷，張家濤.向家壩工程大型沉井群混凝土施工技術(shù)[J].水力發(fā)電,2010，36(2)：63-64.

[3] 李風(fēng)亮.堆石混凝土技術(shù)在長(zhǎng)坑三級(jí)水庫(kù)應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2010(6):79-80.

Application of rock-filled concrete technology in water conservancy and hydropower engineering

Wang Pengcheng Wang Zhiming

(CollegeofArmedPolice,Beijing102202,China)

Combining with the identification of rock-filled concrete technology, the paper introduces its categories and construction technology, explores the application of rock-filled concrete technology in vice-dam engineering of Shang reservoir of Baoquan power station, open caisson group of Xiang Family dam hydropower station and Zhongshan Chang reservoir reconstruction engineering, and analyzes advantages of rock-filled concrete technology.

rock-filled concrete technology, water conservancy and hydropower, self-compacted concrete, hydropower station

1009-6825(2017)18-0212-02

2017-03-21

王鵬程(1975- )，男，講師； 王志明(1975- )，男，副教授

TV212

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