堆石混凝土技術(shù)在巴基斯坦AZAD PATTAN水電站項目圍堰工程中的應(yīng)用

楊 敏

(中國葛洲壩集團第三工程有限公司,陜西 西安 710000)

1 堆石混凝土和自密實混凝土

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱SCC)是指在澆筑過程中無需施加任何振搗,僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙并且不發(fā)生離析泌水的混凝土。

自密實混凝土充填堆石體施工工藝,是采用自密實混凝土代替高速流動砂漿,將一定粒徑的堆石直接入倉,形成有空隙的堆石體,然后從堆石體上部倒入自密實混凝土,利用自密實混凝土的高速流動抗分離性能,使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石的空隙中,形成完整、密實、有較高強度的混凝土；這樣形成的混凝土成為堆石混凝土(Rock Filled Concrete,簡稱RFC),如圖1所示。

圖1 自密實混凝土充填堆石體形成堆石混凝土示意圖

堆石混凝土簡而言之就是用自密實性能優(yōu)良的自密實混凝土充填堆石體形成的致密混凝土,它由大塊的堆石和帶有小骨料的自密實混凝土構(gòu)成。該混凝土的堆石界面與專用自密實混凝土的膠結(jié)致密渾然一體,其強度、抗?jié)B、密實性能等指標完全達到工程技術(shù)要求標準。

堆石混凝土由清華大學金峰教授和安雪暉教授在2003年提出,是清華大學所有的國家專利技術(shù),現(xiàn)已成功在山西清峪水庫、安徽大龍譚水庫、山西恒山水庫、山東蒙山水庫、黑龍江羅家店水電站、黑龍江東升水電站、甘肅吉利水電站、新疆布爾津山口水電站、江西浯溪口水電站、金沙江向家壩水電站、河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能電站、蘭新線鐵路第三標段等工程中得到應(yīng)用。

2 工程概況

巴基斯坦Azad Pattn水電站工程(以下簡稱“本工程”)位于巴控克什米爾地區(qū)與旁遮普省交界的杰盧姆(Jhelum)河上,壩址落于Azad Pattn大橋上游7公里附近,本工程與首都伊斯蘭堡相距約90km,是杰盧姆河梯級水電開發(fā)中的第三級,以發(fā)電為主。

本工程壩址多年平均流量814.3m3/s,水庫正常蓄水位526.00m,水庫庫容1.119億m3,水庫面積約3.8km2。裝機四臺,總裝機容量為700.07MW,引水流量1260m3/s。本工程樞紐主要由右岸導(dǎo)流洞、碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成,其中地下廠房共布置四臺混流式機組。

本工程壩址地處亞熱帶季風氣候區(qū),杰盧姆流域內(nèi)的氣候可以分為四季,12月～2月東北季風季節(jié)、6月～9月西南季風季節(jié)和3月～5月、10月～11月的過渡期。年內(nèi)降雨分配受地形和季節(jié)影響,時空分布不均,年內(nèi)以6月～9月降雨量較大,年際間變化也較大。本工程定義杰盧姆河汛期為3月～9月,杰盧姆河枯水期為10月～翌年2月。

3 導(dǎo)流建筑物

3.1 導(dǎo)流建筑物標準

本工程水庫庫容1.119億m3,電站總裝機容量700.7MW,年發(fā)電量為30.13億度。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000),本工程等別為II等,工程規(guī)模為大(2)型,其主要建筑物為2級,次要建筑物為3級。

導(dǎo)流建筑物級別按《水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(DL/T5397-2007)的規(guī)定執(zhí)行。根據(jù)圍護的永久建筑物等級、失事后果、圍堰使用年限和規(guī)模,確定導(dǎo)流建筑物級別。本工程導(dǎo)流保護對象為2級永久建筑物,故選定本工程導(dǎo)流建筑物的級別為4級。

3.2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

根據(jù)樞紐布置方案,上游圍堰布置在壩軸線上游約65m處,為堆石混凝土圍堰,堰頂高程475.00m,最大堰高30.00m,堰頂寬5.0m,堰頂長75.5m。圍堰上游邊坡為1∶0.33,下游邊坡為1∶1.0,。考慮到施工需要,圍堰下游坡面為臺階式,圍堰基礎(chǔ)采用帷幕灌漿防滲。圍堰典型橫斷面如圖2所示,圖中高程與尺寸單位均以m計。

圖2 堆石混凝土圍堰典型橫斷面

4 堆石混凝土施工

本工程堆石混凝土施工工藝主要包括堆石料選取、倉面處理、堆石料入倉、堆石混凝土模板、自密實混凝土生產(chǎn)與澆筑、堆石混凝土養(yǎng)護。

4.1 堆石料選取

堆石混凝土宜使用新鮮、完整、質(zhì)地堅硬、無剝落層和裂紋的石料作為堆石料,堆石料的飽和抗壓強度應(yīng)滿足表1的要求。

表1 堆石料的飽和抗壓強度要求

在本工程棄渣場內(nèi)或沖溝內(nèi)選取粒不小于0.3m的開挖毛料或卵石、漂石,同時最大粒徑不應(yīng)大于結(jié)構(gòu)斷面最小邊長的1/4,也不宜大于澆筑層高。選取過程中需對堆石料進行沖洗,沖洗干凈的堆石料碼放整齊備用。

4.2 倉面處理

圍堰建基面上的雜物、泥土及松動巖石均應(yīng)清除、沖洗干凈,并排凈倉內(nèi)積水,處理完畢經(jīng)驗收合格后才能進行下一道工序。

如遇建基面為易風化的巖石,在模板安裝前,澆筑一層厚約0.3m的常態(tài)混凝土墊層于建基面之上,形成倉面基礎(chǔ)。

4.3 堆石入倉

對檢查合格的堆石料,采用挖掘機配自卸車運輸至施工部位,再利用挖掘機進行入倉、平倉。堆石料入倉前利用高壓水槍二次沖洗,確保堆石料干凈入倉。堆石料在建基面入倉前,在建基面上澆筑一層0.5m厚的自密實混凝土或其他常規(guī)混凝土,并在混凝土初凝前將堆石料拋入其中,以確保堆石混凝土與基礎(chǔ)膠結(jié)良好。

在上一倉面的堆石混凝土抗壓強度達到2.5MPa前,不得進行下一倉面的準備工作。

倉內(nèi)的堆石料遵循“下大上小、中大外小”的原則進行碼放,倉內(nèi)堆石體與四周模板應(yīng)至少預(yù)留0.1m的間距作為保護層。堆石分層的厚度根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗確定,最大厚度不宜超過2m。

4.4 堆石混凝土倉面設(shè)計

堆石混凝土的澆筑層厚以1.5m～2m為宜,經(jīng)研究論證后澆筑層厚可以適當增加。圍堰橫縫間距以20m～30m為宜,圍堰不設(shè)置縱縫。

4.5 堆石混凝土模板安裝

堆石混凝土模板主要采用散裝鋼模板,局部邊角、異形部位采用木模板補縫。因自密實混凝土流動性高,在模板接縫處粘貼密封條,以保證模板密封性好。無論是采用鋼模板或木模板,模板接縫主要是以保證不漏漿為原則。

為減少鋼模板在現(xiàn)場的安裝時間,提高模板施工技術(shù)水平,加快現(xiàn)場施工進度,可考慮用厚度不小于6mm的鋼板在金屬加工廠內(nèi)提前制作成尺寸為1 m×8m的大模板。

現(xiàn)場拼裝大模板時縫隙需不大于2mm,在其強度和剛度能抵抗混凝土產(chǎn)生的側(cè)向壓力。模板拉條周邊宜采用人工平倉,堆石完畢后對模板進行校正。

4.6 自密實混凝土生產(chǎn)與澆筑

拌制自密實混凝土的材料,必須嚴格按混凝土配料單進行配制,不得擅自更改配料單。配料采用強制式攪拌機拌和,攪拌時間應(yīng)根據(jù)混凝土配合比、氣溫、混凝土出機狀態(tài)等因素綜合確定。

自密實混凝土的攪拌順序：先將稱量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機中干拌,在加入水和外加劑后繼續(xù)攪拌1分鐘以上(氣溫小于15度時,攪拌時間不低于90秒)。在出機口進行自密實混凝土流動性與擴散度測試,待其工作性能達到要求時方可出機。

與生產(chǎn)常態(tài)混凝土相比,自密實混凝土應(yīng)適當延長攪拌時間。生產(chǎn)過程中應(yīng)檢測骨料的含水率。每個工作班次應(yīng)進行不少于2次檢測。當含水率有顯著變化時應(yīng)增加測定次數(shù),并應(yīng)依據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整用水量及骨料用量。

由于自密實混凝土的流動性對于澆筑效果有很大影響,因此混凝土出機后必須在半小時內(nèi)完成澆筑。澆筑時自密實混凝土的最大自由下落高度不宜超過3m,自密實混凝土的澆筑點應(yīng)均勻布置,間距宜為3m～5m。澆筑點可采用“Z”字形、“N字形”布置,但不應(yīng)重復(fù)使用。

混凝土澆筑收倉時,除表層自密實混凝土外,每一倉的澆筑頂面留有塊石棱角,塊石棱角應(yīng)高出自密實混凝土頂面約5cm ～20cm,以省去混凝土鑿毛工序,也便于與下一倉的自密實混凝土膠結(jié),澆筑完畢的倉面宜傾向上游。

4.7 堆石混凝土養(yǎng)護

堆石混凝土澆筑完畢后應(yīng)及時灑水養(yǎng)護,在養(yǎng)護期內(nèi)應(yīng)保持堆石混凝土表面濕潤。

5 結(jié)論

堆石混凝土概念在2003年提出,至今已在水利、公路、鐵路等類型工程的實踐中證明該技術(shù)的可行性。

本工程通過此技術(shù)的應(yīng)用,大量使用石方開挖料、當?shù)貨_溝漂石,減少水泥用量,降低造價成本,為項目爭創(chuàng)收入發(fā)揮重要作用。

堆石混凝土施工技術(shù)簡單,施工速度快,施工效率高,綜合單價低,同時兼具綠色環(huán)保特性,是一項值得在水利工程上推廣應(yīng)用的技術(shù)。

[1]金峰,安雪暉,石建軍. 堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J]. 水利學報,2005,36(11)：1347-1352．

[2] 安雪暉,金峰,石建軍. 自密實混凝土充填堆石體試驗研究[J]. 混凝土,2005(1)：3-6．

[3] 安雪暉,左藤文則. 自密實混凝土在大壩建設(shè)中的應(yīng)用. 日本技術(shù)在中國[J],日經(jīng)建筑,2006(6)：22-24．

[4] 金峰,李樂,周虎. 堆石混凝土絕熱溫升性能初步研究[J]. 水利水電技術(shù),2007(39)：59-63．

[5] 史鐵軍. 堆石混凝土施工技術(shù)在清峪水庫中的應(yīng)用[J]. 山西水利,2010(01)：59-60．

[6] 劉輝. 堆石混凝土施工技術(shù)在布爾津山口水利樞紐圍堰工程中的應(yīng)用. 水力發(fā)電,2012,38(12)：35-37．

[7] 溫國敬. 堆石混凝土在羅家店水電站中的應(yīng)用. 黑龍江水利科技,2014(10)：205-206．

[8] 王大鵬. 堆石混凝土技術(shù)在水工圍堰中的應(yīng)用. 港工技術(shù),2014(3)：42-43．