堆石混凝土在小中甸水利樞紐副壩上的應(yīng)用

吳業(yè)飛，宴 懿

淵1.小中甸水利樞紐工程開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司袁674499袁香格里拉曰2.華能西藏雅魯藏布江水電開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司袁856000袁山南冤

一、小中甸水利樞紐副壩選擇堆石混凝土的原因分析

1.低水泥用量與低水化熱

堆石混凝土可以充分利用粉煤灰、礦渣粉、石粉等活性或惰性摻和料，因此對(duì)于水泥的用量顯著降低，C20等級(jí)堆石混凝土中的水泥含量一般不超過(guò)80 kg/m3，絕熱溫升不超過(guò)15℃。在大體積混凝土施工中可以顯著簡(jiǎn)化甚至取消溫控措施，小中甸水利樞紐地處高原高寒地區(qū)，晝夜溫差大，應(yīng)力穩(wěn)定始終是該項(xiàng)目面臨的難題，堆石混凝土可以有效地解決該問(wèn)題。

2.堆石混凝土壩在高海拔、寒冷地區(qū)的適應(yīng)性好

目前，堆石混凝土技術(shù)已在全國(guó)范圍內(nèi)50多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用，其中青海省那棱格勒河二級(jí)水電站工程以及西藏藏木水電站工程是堆石混凝土技術(shù)分別在高海拔、寒冷地區(qū)成功應(yīng)用的案例，以上案例的成功實(shí)施是小中甸水利樞紐副壩決定采用堆石混凝土施工工藝的原因之一。

3.堆石混凝土壩的環(huán)境友好度較好

堆石混凝土從材料方面，不含有對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)成分，是一種環(huán)境友好型建筑材料。另外，堆石混凝土技術(shù)也是一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保型新技術(shù)，能夠充分利用初級(jí)開(kāi)采的石料或者開(kāi)挖中的大塊石，最大限度地降低膠凝材料用量的同時(shí)，還在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)、澆筑等環(huán)節(jié)大大節(jié)約了能源，減少二氧化碳的排放。

此外，堆石混凝土中既可采用塊狀固廢替代堆石，亦可用小粒徑的固廢顆粒作為粗骨料，最大限度地降低水泥用量，消納固體廢棄物，減少施工設(shè)備及相應(yīng)能耗和污染。小中甸水利樞紐地處香格里拉旅游開(kāi)發(fā)的核心地區(qū)，減少施工污染也是工程建設(shè)管理控制的重點(diǎn)。

4.工藝簡(jiǎn)便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉(cāng)和專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)澆筑。通過(guò)合理的施工組織設(shè)計(jì)，兩道工序均可以通過(guò)大規(guī)模的機(jī)械化施工來(lái)完成。在完成一定堆石倉(cāng)面后堆石入倉(cāng)和混凝土生產(chǎn)澆筑可以平行進(jìn)行，工序間干擾小，生產(chǎn)效率成倍提升的同時(shí)還降低了設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度的要求。簡(jiǎn)化消除溫控措施、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸澆筑量減半且無(wú)需振搗等都為加快建設(shè)速度、縮短工期提供了強(qiáng)有力的保證。小中甸水利樞紐地處高寒地區(qū)，每年混凝土有效施工期為4—10月，選擇混凝土施工工藝簡(jiǎn)便、施工速度快的施工方案為該項(xiàng)目混凝土施工的首選方案，堆石混凝土恰能滿足該項(xiàng)技術(shù)要求。

5.顯著降低施工成本

堆石混凝土施工的綜合成本在相同條件下較常態(tài)混凝土可降低10%～20%，主要通過(guò)三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：一是大量使用堆石減少膠凝材料用量，堆石混凝土的材料成本較常態(tài)混凝土有所降低；二是由于專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的用量不高于45%，所以在混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸以及澆筑等工序的施工成本更能夠顯著降低；三是堆石混凝土施工機(jī)械化程度高，簡(jiǎn)化或消除了溫控措施，澆筑過(guò)程免去了振搗工序減少了人工成本的投入。

6.綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于膠結(jié)堆石的專(zhuān)用自密實(shí)混凝土構(gòu)成的。堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強(qiáng)度，抑制干縮變形，提高結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性等方面都有著顯著的效果；而專(zhuān)用自密實(shí)混凝土獨(dú)特的設(shè)計(jì)與工藝，使其具有卓越的流動(dòng)性能、充填性能和抗離析性能，在澆注過(guò)程中不離析不泌水，既保證了專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的充填均勻性，又避免了混凝土與骨料膠結(jié)面過(guò)渡區(qū)薄弱層的產(chǎn)生。

試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用證明：堆石混凝土容重通?？梢赃_(dá)到2 500 kg/m3以上；各項(xiàng)力學(xué)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求，特別是在抗壓、抗剪強(qiáng)度方面有足夠的安全富余系數(shù)；抗?jié)B性能方面堆石混凝土滲透系數(shù)可達(dá)到10～11 m/s，工程鉆孔壓水檢測(cè)透水率低于1 Lu；在抑制收縮、抵抗開(kāi)裂方面堆石混凝土在工程應(yīng)用中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

二、堆石混凝土在小中甸水利樞紐中的應(yīng)用

1.堆石混凝土設(shè)計(jì)方案

小中甸水利樞紐副壩原設(shè)計(jì)方案為混凝土重力壩，副壩壩體采用C15和C20混凝土，原設(shè)計(jì)副壩混凝土結(jié)構(gòu)分為兩層，壩體迎水面防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)為C20W6F150，下游為C15W4F100，防滲墻厚度為3m。

為了提高工程質(zhì)量、縮短施工工期、節(jié)約工程造價(jià)、積極嘗試新工藝，小中甸水利樞紐副壩由常態(tài)混凝土重力壩改為堆石混凝土重力壩。副壩簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 專(zhuān)用堆石混凝土防滲面板結(jié)構(gòu)示意圖

2.副壩堆石混凝土施工工序

副壩堆石混凝土施工工序見(jiàn)圖2。

（1）鑿毛

堆石混凝土在下一倉(cāng)澆筑前，需要在原有混凝土表面進(jìn)行粗糙處理，目的是解決堆石混凝土上下兩層的層間結(jié)合問(wèn)題，盡可能使新舊混凝土形成一個(gè)整體，以達(dá)到防止?jié)B水、抗滑、層間穩(wěn)定的效果。

副壩主要采用人工鑿毛方式。大壩鑿毛使用鋼釬進(jìn)行鑿毛，在混凝土澆筑結(jié)束后8小時(shí)左右，使用鋼釬對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛，采用高壓水槍沖洗干凈，混凝土表面達(dá)到砂石微露的效果。

（2）倉(cāng)面清理

使用掃帚或者拖布將倉(cāng)面打掃干凈，使倉(cāng)面保持干凈無(wú)雜物、無(wú)積水。

（3）堆石料沖洗及入倉(cāng)方式

沖洗石料是為了保證自密實(shí)混凝土與堆石料之間有更好的結(jié)合。根據(jù)各階段的施工特點(diǎn)，對(duì)堆石料進(jìn)行處理。當(dāng)堆石料為天氣晴朗時(shí)爆破開(kāi)采的新鮮石料，在石料開(kāi)采場(chǎng)選擇合適位置堆放，采用挖掘機(jī)選料后汽車(chē)直接入倉(cāng)；當(dāng)天氣影響堆石料含泥較大時(shí)，用挖掘機(jī)在副壩上游集中堆放沖洗后裝載機(jī)配合自卸汽車(chē)入倉(cāng)。保證堆石料表面的含泥量小于0.5%。

（4）堆石要求

在堆石過(guò)程中，堆石體外露面所含有的粒徑大于200 mm小于300 mm的石塊數(shù)量不得超過(guò)10塊/m2，小于200 mm的嚴(yán)禁入倉(cāng)；基礎(chǔ)倉(cāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上方可進(jìn)行堆石入倉(cāng)；宜將粒徑較大的堆石置于倉(cāng)面的中下部，粒徑較小的堆石置于倉(cāng)面的中上部；對(duì)于粒徑超過(guò)800 mm的大塊石，宜放置在倉(cāng)面中部，以免影響堆石混凝土表層質(zhì)量；對(duì)于表面集中堆放的小于20 cm的堆石碎塊應(yīng)予以清除。

（5）自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)與澆筑

自密實(shí)混凝土的攪拌順序?yàn)椋簩⒎Q(chēng)量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機(jī)干拌，再加入水和外加劑繼續(xù)攪拌90秒，目測(cè)自密實(shí)混凝土工作性能達(dá)到要求后方可出機(jī)。每次生產(chǎn)前對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原材料的變化，調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)配合比，生產(chǎn)出滿足堆石混凝性能要求的自密實(shí)混凝土。

圖2 專(zhuān)用自密實(shí)混凝土防滲面板與堆石混凝土壩體一體化澆筑示意圖

三、堆石混凝土在施工過(guò)程中的質(zhì)量管理

自密實(shí)混凝土質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響著工程的質(zhì)量，所以自密實(shí)混凝土的質(zhì)量管理在施工過(guò)程中是必須嚴(yán)格控制的。混凝土的質(zhì)量和施工受很多因素的影響，如氣候、原材料、生產(chǎn)方法等。

①自密實(shí)混凝土生產(chǎn)時(shí)用水量的調(diào)整。首先對(duì)砂石的含水率進(jìn)行測(cè)定，并且在可能的情況下使砂石充分均勻地混合，使砂石含水率達(dá)到相對(duì)的穩(wěn)定。然后根據(jù)砂石的含水率對(duì)用水量進(jìn)行調(diào)整。

②環(huán)境溫度的變化。溫度的變化分為兩種，一種是季節(jié)性的變化，根據(jù)氣溫季節(jié)性的變化，需要對(duì)外加劑的整體用量進(jìn)行調(diào)整；另外一種是溫度短時(shí)間內(nèi)的變化，如太陽(yáng)暴曬、下雨等情況，這時(shí)則需要采取其他處理措施，如對(duì)混凝土進(jìn)行遮蓋，改變攪拌時(shí)間等來(lái)使混凝土的工作性能滿足要求。

③對(duì)原材料的稱(chēng)量要進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)量系統(tǒng)需進(jìn)行校核。混凝土在生產(chǎn)好之后需要對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，坍落度為250～280 mm，坍落擴(kuò)展度為 600～750 mm，V 形漏斗通過(guò)時(shí)間為7～25秒，檢測(cè)合格后才能入倉(cāng)。

④?chē)?yán)格控制迎水面堆石的質(zhì)量。確保面板的自密實(shí)混凝土厚度不小于設(shè)計(jì)厚度，以達(dá)到設(shè)計(jì)的抗?jié)B要求。

⑤確保自密實(shí)混凝土的連續(xù)澆筑。在自密實(shí)混凝土澆筑過(guò)程中，澆筑中斷對(duì)混凝土的質(zhì)量影響極大，中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)在堆石內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)性滲漏通道，要做好問(wèn)題發(fā)生的預(yù)案，需配備一套備用自密實(shí)混凝土運(yùn)輸及澆筑設(shè)備，確保連續(xù)澆筑。 ■