堆石混凝土在金橋水電站中的應(yīng)用

盛登強，賀元鑫

(西藏開投金橋水電開發(fā)有限公司，西藏嘉黎852400)

0 引 言

堆石混凝土是利用自密實混凝土充填堆石空隙，形成完整密實的混凝土，具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點。由于施工、收縮變形、基礎(chǔ)約束、溫度應(yīng)力等諸多因素，混凝土壩容易產(chǎn)生裂縫，其中溫度應(yīng)力是產(chǎn)生混凝土裂縫的重要因素之一。因堆石混凝土膠凝材料用量少、水化熱低，可以有效防止混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生。

金橋水電站工程樞紐主要建筑物由左岸堆石混凝土壩、泄洪沖沙閘、排漂閘、右岸岸邊式電站進水口、引水發(fā)電隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、地下發(fā)電廠房及開關(guān)站等建筑物成。首部樞紐左岸擋水壩段為重力壩，結(jié)構(gòu)簡單，斷面大，具備堆石混凝土施工條件，故采用堆石混凝土壩。壩段長106 m，壩頂寬5.5～11 m，上游壩坡1∶0.15，下游壩坡1∶0.6，最大高度為26 m。典型結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

圖1 擋水壩段典型結(jié)構(gòu)斷面(尺寸：cm；高程：m)

1 堆石混凝土壩

重力壩是依靠自重克服外力以保持穩(wěn)定的一種常規(guī)壩型。采用堆石混凝土建設(shè)的重力壩與用純混凝土建設(shè)的重力壩在體型設(shè)計方面沒有較大的差別，差別在于壩體澆筑材料的使用。一般混凝土重力壩是壩體全部采用純混凝土建造，而堆石混凝土重力壩是用一定比例的塊石替代混凝土，從而減少混凝土的澆筑量，達到節(jié)省投資的目的。

埋石混凝土重力壩的埋石量一般規(guī)定不超過25%，在混凝土澆筑過程中將塊石投放到混凝土內(nèi)。而堆石混凝土恰好與之相反，是先把塊石堆放好，再澆筑自密實混凝土，使混凝土填充滿塊石之間的空隙。堆石混凝土中塊石比例為55%～60%，與埋石混凝土相比，更加減少了水泥的用量。

2 堆石混凝土優(yōu)點

2.1 低碳環(huán)保

堆石混凝土中堆石的體積比一般可以達55%～60%，能夠充分利用初級開采的石料或開挖料中的大塊石，最大限度地降低了膠凝材料的用量，還在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)澆筑等施工環(huán)節(jié)上大大的節(jié)約了資源，減少了CO2的排放。因此，堆石混凝土技術(shù)是一種新型低碳環(huán)保的混凝土施工方法。

西藏地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，一旦破壞，再要恢復(fù)難度非常大，生態(tài)保護尤為重要。金橋水電站左岸擋水壩段采用堆石混凝土壩，降低了砂石骨料加工系統(tǒng)、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)強度，從而降低了兩大系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模，有效減少了輔企系統(tǒng)建設(shè)用地。此外，部分塊石料用于建壩，減少了渣場占地，保護了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

2.2 有效抑制混凝土裂縫

大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫是收縮裂縫和溫度裂縫。混凝土在逐漸散熱和硬化過程引起的收縮，會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，若產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫；大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑，澆筑后水泥因水化引起水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，而混凝土表面則散熱較快，混凝土內(nèi)外形成了較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時的混凝土齡期短，抗拉強度很低，極易產(chǎn)生裂縫。

金橋水電站所在地多年平均氣溫為-0.2 ℃，極端最高氣溫為21.1 ℃，極端最低氣溫為-30.3 ℃，晝夜溫差達15 ℃左右。由于溫差較大，極易產(chǎn)生混凝土裂縫。采用堆石混凝土可有效防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，主要原因為：

(1)堆石混凝土中堆石的體積比一般可達55%～60%，大大減少壩體內(nèi)混凝土量。塊石在入倉堆放過程中，塊與塊之間搭接堆砌構(gòu)成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，混凝土在散熱和硬化過程引起的收縮，受到大塊石的約束和抑制，使混凝土體積收縮變小，從而抑制了干縮裂縫的產(chǎn)生。

(2)根據(jù)金橋水電站施工配合比，常規(guī)C15混凝土水泥用量為198 kg，自密實C15混凝土水泥用量為235 kg。采用堆石混凝土后，壩體每1 m3中水泥用量約為105 kg，比常規(guī)混凝土少用93 kg，相應(yīng)由水泥產(chǎn)生的水化熱要減少約3/5。許多常規(guī)混凝土壩施工過程中，由于溫控措施不到位，很難避免溫度裂縫的產(chǎn)生。而采用堆石混凝土壩，由于水泥用量減少，在同體積情況下產(chǎn)生的溫度熱效應(yīng)就小，再加上塊石的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴散系數(shù)均較混凝土小，在入倉前及澆筑后產(chǎn)生的熱效應(yīng)變化不大，故由自身產(chǎn)生的溫度應(yīng)力相對要小得多，避免了溫度裂縫的產(chǎn)生。此外，由于水泥用量少，堆石混凝土內(nèi)部最高水化熱溫升小，當(dāng)堆石混凝土澆筑溫度低于25℃，一般不需要采取溫控措施。堆石混凝土結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 堆石混凝土結(jié)構(gòu)示意

2.3 工藝簡便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括2道工序：即堆石入倉和自密實混凝土的生產(chǎn)澆筑。通過合理的施工組織設(shè)計，2道工序均可以通過大規(guī)模的機械化施工來完成，減少了工人的參與，避免了人為的干擾。在完成一定堆石倉面后，堆石入倉和混凝土生產(chǎn)澆筑可以平行進行，工序間干擾小，生產(chǎn)效率成倍提升的同時，還降低了混凝土生產(chǎn)強度的要求，簡化或取消了溫控措施，混凝土生產(chǎn)、運輸、澆筑量減半，加之自密實混凝土無需振搗，為加快工程建設(shè)速度，縮短工期提供了強有力的保證。

2.4 顯著降低施工成本

金橋水電站主要建筑材料水泥、鋼材等從外省采購，運輸?shù)缆分饕獮榍嗖鼐€和川藏線，運輸費用非常高，加之青藏線唐古拉山口經(jīng)常大雪封山，川藏線雨季時常發(fā)生塌方，材料運輸困難，影響了工程建設(shè)的正常進行。采用堆石混凝土后，不但保證了工程正常施工，還降低了工程造價。

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3個方面實現(xiàn)：①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；②由于自密實混凝土的用量不高于50%，故而在混凝土生產(chǎn)、澆筑等工序的施工成本更能顯著降低；③堆石混凝土施工機械化程度高，簡化或取消了溫控措施，澆筑過程中免去了振搗工序，減少了人工成本的投入。

2.5 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)堆石的自密實混凝土構(gòu)成，堆石骨架在提高材料抗壓抗剪、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。堆石混凝土容重通?？梢赃_到2 500 kg/m3以上，對重力壩而言，更有利于壩體整體穩(wěn)定?，F(xiàn)場鉆孔取樣進行抗壓強度試驗可知，其抗壓強度可達25.27 MPa，完全滿足設(shè)計要求。按照DL/T 5331—2005《水電水利工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，對堆石混凝土的抗?jié)B性進行鉆孔壓水試驗檢測，壓水試驗布置2個孔，1號孔透水率為0.43 Lu，2號為0.86 Lu，抗?jié)B性能滿足相關(guān)規(guī)定。

3 結(jié) 語

堆石混凝土施工工藝簡單、綜合單價低、水化溫升低、易于現(xiàn)場質(zhì)量控制、施工效率高、工期短，特別適合于大體積混凝土工程應(yīng)用，在水利、水電、公路、市政、港口等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。