堆石混凝土在小中甸水利樞紐副壩上的應用

吳業飛，宴 懿

淵1.小中甸水利樞紐工程開發投資有限責任公司袁674499袁香格里拉曰2.華能西藏雅魯藏布江水電開發投資有限責任公司袁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，因此對于水泥的用量顯著降低，C20等級堆石混凝土中的水泥含量一般不超過80 kg/m3，絕熱溫升不超過15℃。在大體積混凝土施工中可以顯著簡化甚至取消溫控措施，小中甸水利樞紐地處高原高寒地區，晝夜溫差大，應力穩定始終是該項目面臨的難題，堆石混凝土可以有效地解決該問題。

2.堆石混凝土壩在高海拔、寒冷地區的適應性好

目前，堆石混凝土技術已在全國范圍內50多個項目中成功應用，其中青海省那棱格勒河二級水電站工程以及西藏藏木水電站工程是堆石混凝土技術分別在高海拔、寒冷地區成功應用的案例，以上案例的成功實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.堆石混凝土壩的環境友好度較好

堆石混凝土從材料方面，不含有對環境有害的化學成分，是一種環境友好型建筑材料。另外，堆石混凝土技術也是一項節能環保型新技術，能夠充分利用初級開采的石料或者開挖中的大塊石，最大限度地降低膠凝材料用量的同時，還在骨料破碎、混凝土生產、澆筑等環節大大節約了能源，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，減少施工設備及相應能耗和污染。小中甸水利樞紐地處香格里拉旅游開發的核心地區，減少施工污染也是工程建設管理控制的重點。

4.工藝簡便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和專用自密實混凝土的生產澆筑。通過合理的施工組織設計，兩道工序均可以通過大規模的機械化施工來完成。在完成一定堆石倉面后堆石入倉和混凝土生產澆筑可以平行進行，工序間干擾小，生產效率成倍提升的同時還降低了設備生產強度的要求。簡化消除溫控措施、混凝土生產運輸澆筑量減半且無需振搗等都為加快建設速度、縮短工期提供了強有力的保證。小中甸水利樞紐地處高寒地區，每年混凝土有效施工期為4—10月，選擇混凝土施工工藝簡便、施工速度快的施工方案為該項目混凝土施工的首選方案，堆石混凝土恰能滿足該項技術要求。

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混凝土可降低10%～20%，主要通過三個方面實現：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混凝土有所降低；二是由于專用自密實混凝土的用量不高于45%，所以在混凝土生產、運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械化程度高，簡化或消除了溫控措施，澆筑過程免去了振搗工序減少了人工成本的投入。

6.綜合性能穩定，安全系數高

堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于膠結堆石的專用自密實混凝土構成的。堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強度，抑制干縮變形，提高結構體積穩定性等方面都有著顯著的效果；而專用自密實混凝土獨特的設計與工藝，使其具有卓越的流動性能、充填性能和抗離析性能，在澆注過程中不離析不泌水，既保證了專用自密實混凝土的充填均勻性，又避免了混凝土與骨料膠結面過渡區薄弱層的產生。

試驗研究和工程應用證明：堆石混凝土容重通?？梢赃_到2 500 kg/m3以上；各項力學性能均能滿足設計要求，特別是在抗壓、抗剪強度方面有足夠的安全富余系數；抗滲性能方面堆石混凝土滲透系數可達到10～11 m/s，工程鉆孔壓水檢測透水率低于1 Lu；在抑制收縮、抵抗開裂方面堆石混凝土在工程應用中也表現出了優異的性能。

二、堆石混凝土在小中甸水利樞紐中的應用

1.堆石混凝土設計方案

小中甸水利樞紐副壩原設計方案為混凝土重力壩，副壩壩體采用C15和C20混凝土，原設計副壩混凝土結構分為兩層，壩體迎水面防滲墻設計指標為C20W6F150，下游為C15W4F100，防滲墻厚度為3m。

為了提高工程質量、縮短施工工期、節約工程造價、積極嘗試新工藝，小中甸水利樞紐副壩由常態混凝土重力壩改為堆石混凝土重力壩。副壩簡易結構如圖1所示。

圖1 專用堆石混凝土防滲面板結構示意圖

2.副壩堆石混凝土施工工序

副壩堆石混凝土施工工序見圖2。

（1）鑿毛

堆石混凝土在下一倉澆筑前，需要在原有混凝土表面進行粗糙處理，目的是解決堆石混凝土上下兩層的層間結合問題，盡可能使新舊混凝土形成一個整體，以達到防止滲水、抗滑、層間穩定的效果。

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

（2）倉面清理

使用掃帚或者拖布將倉面打掃干凈，使倉面保持干凈無雜物、無積水。

（3）堆石料沖洗及入倉方式

沖洗石料是為了保證自密實混凝土與堆石料之間有更好的結合。根據各階段的施工特點，對堆石料進行處理。當堆石料為天氣晴朗時爆破開采的新鮮石料，在石料開采場選擇合適位置堆放，采用挖掘機選料后汽車直接入倉；當天氣影響堆石料含泥較大時，用挖掘機在副壩上游集中堆放沖洗后裝載機配合自卸汽車入倉。保證堆石料表面的含泥量小于0.5%。

（4）堆石要求

在堆石過程中，堆石體外露面所含有的粒徑大于200 mm小于300 mm的石塊數量不得超過10塊/m2，小于200 mm的嚴禁入倉；基礎倉混凝土強度達到2.5 MPa以上方可進行堆石入倉；宜將粒徑較大的堆石置于倉面的中下部，粒徑較小的堆石置于倉面的中上部；對于粒徑超過800 mm的大塊石，宜放置在倉面中部，以免影響堆石混凝土表層質量；對于表面集中堆放的小于20 cm的堆石碎塊應予以清除。

（5）自密實混凝土的生產與澆筑

自密實混凝土的攪拌順序為：將稱量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機干拌，再加入水和外加劑繼續攪拌90秒，目測自密實混凝土工作性能達到要求后方可出機。每次生產前對原材料進行檢測，根據現場原材料的變化，調整現場生產配合比，生產出滿足堆石混凝性能要求的自密實混凝土。

圖2 專用自密實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程中的質量管理

自密實混凝土質量的好壞嚴重影響著工程的質量，所以自密實混凝土的質量管理在施工過程中是必須嚴格控制的?；炷恋馁|量和施工受很多因素的影響，如氣候、原材料、生產方法等。

①自密實混凝土生產時用水量的調整。首先對砂石的含水率進行測定，并且在可能的情況下使砂石充分均勻地混合，使砂石含水率達到相對的穩定。然后根據砂石的含水率對用水量進行調整。

②環境溫度的變化。溫度的變化分為兩種，一種是季節性的變化，根據氣溫季節性的變化，需要對外加劑的整體用量進行調整；另外一種是溫度短時間內的變化，如太陽暴曬、下雨等情況，這時則需要采取其他處理措施，如對混凝土進行遮蓋，改變攪拌時間等來使混凝土的工作性能滿足要求。

③對原材料的稱量要進行監控，計量系統需進行校核?；炷猎谏a好之后需要對自密實混凝土的工作性能進行檢測，坍落度為250～280 mm，坍落擴展度為 600～750 mm，V 形漏斗通過時間為7～25秒，檢測合格后才能入倉。

④嚴格控制迎水面堆石的質量。確保面板的自密實混凝土厚度不小于設計厚度，以達到設計的抗滲要求。

⑤確保自密實混凝土的連續澆筑。在自密實混凝土澆筑過程中，澆筑中斷對混凝土的質量影響極大，中斷時間過長會在堆石內部形成結構性滲漏通道，要做好問題發生的預案，需配備一套備用自密實混凝土運輸及澆筑設備，確保連續澆筑。 ■