高流態混凝土膠結堆石筑壩技術在電站建設中的應用

文江云

（新疆奎屯農七師勘測設計研究院（有限公司），新疆奎屯833200）

靜海水電站位于恩宣東南部靜海鄉月亮河，壩址以上集水面積487.7 km2，多年平均流量11.58 m3/s，水庫總庫容71萬m3，砌石重力壩最大壩高18.5 m，引水系統全長3.942 km，為無壓引水式電站，電站裝機容量9.6 MW；大壩于2010年5月完成混凝土膠結堆石壩澆筑。

大壩設計為C15細石混凝土砌毛石重力壩（見圖1），最大壩高18.5 m，壩頂高程為823.5 m，上游面設50 cm厚C20素混凝土防滲，下游面設50 cm厚C35混凝土護面，壩頂寬4 m，溢流堰凈寬27 m，堰頂高程815.00 m。傳統的細石混凝土砌毛石施工工法需花費大量人工，不僅要求工人具有一定的砌筑技術，而更要求有較強的責任心，從目前砌石施工工程所反映出主要的問題是施工質量難以控制，砌石空隙普遍偏高，加之受地形條件限制，施工難度較大。為了提高施工質量和加快進度，經對石龍溝水庫現場進行的堆石壩混凝土試驗的調研，特提出將靜海水電站C15細石混凝土砌毛石改為C15高流態混凝土膠結堆石技術筑壩。

1 關于混凝土膠結堆石壩技術

早些年國內外工程中研究和運用了流動性和穩定性高的混凝土，如自流平混凝土[1]和自密實混凝土[2-6]的名詞見諸于某些刊物，它依靠混凝土的自重，在免碾的條件下進行混凝土及鋼筋混凝土結構施工。以往用于砌石壩的細石常態混凝土，其坍落度（SL）5~8 cm，幾乎無流動性，砌筑時需人工振搗密實，在施工中，混凝土入倉鋪料不均勻，或振搗不到位，都是造成砌體質量缺陷的原因，加上耗費人力較多，施工進度慢，使其工程造價的優勢逐漸喪失。

關注砌石壩技術的工程師提出采用高流態混凝土作為砌石壩膠凝材料，替代傳統的常態混凝土，希望通過工程實踐的應用，以達到利用混凝土自身的高流動性能，不離析均勻性和穩定性填充到堆石的空隙中，形成完整、密實的混凝土砌石體。故確定在本水電站砌石重力壩工程中應用研究。

2 高流態混凝土配合比

2.1 混凝土配合比試驗

圖1 堆石重力壩典型斷面圖Fig.1 The typical cross-section diagram of rockfill gravity

大壩混凝土按C9010、C9015、C9020進行一級配配合比試驗[7-8]，摻粉煤灰、XH型聚羧酸減水劑，粉煤灰摻量按30%、40%、50%、60%，坍落度控制在250~280 mm進行試驗，按各個粉煤灰摻量選擇3個水膠比進行試配試驗。

根據試配試驗結果，分別對粉煤灰摻量為30%、40%、50%、60%的混凝土進行復核試驗。結合規范《自密實混凝土應用技術規程》（CECS203-2006）在對試配的配合比進行復核試驗時，要按自密實混凝土的性能進行選擇；在滿足其高流動度、不離析、均勻性和穩定性的條件下，達到設計要求的自密實混凝土配合比，為最終復核推薦混凝土配合比，見表1。

2.2 混凝土配合比現場試驗

采用騰越牌P·C32.5水泥、野馬寨電廠Ⅰ級粉煤灰、貴州星恒外加劑XH型聚羧酸高效減水劑，砂及骨料采用料場的厚層泥質灰巖現場加工。

混凝土膠結料的性能與原材料的性能密切相關，根據室內試驗的配合比，結合現場實際進行生產性試驗，通過試摻30%、40%、50%、60%的對粉煤灰量反復試驗，得到大壩自密實混凝土配合比見表2，混凝土膠料性能檢測結果見表2，膠凝材料性能見表3，各表數據反映混凝配合比設計和施工應用要求。

表1 混凝土膠結料設計配合比Fig.1 The mixture ratio design of concrete cementing material kg/m3

表2 混凝土膠結料設計配合比Fig.2 The construction mixture ratio of concrete cementing material kg/m3

表3 混凝土膠結料性能檢測結果Fig.3 Performance test results of concrete cementing material

3 混凝土施工

1）堆石入倉。塊石入倉前應先進行沖洗，保持塊石干凈，以達到漿砌石規范要求。塊石粒徑控制在30~100 cm，最小粒徑不得小于15 cm，同時還應控制小顆粒石料不得集中或大量分布在底層，避免表層堆石空隙過大，盡量將堆石空隙控制在40%左右。倉位周邊采用漿砌石砌筑邊墻作模板，使用機械將塊石自然堆放入倉，局部由人工輔助調整堆積狀態，包括剔除不滿足要求的小粒徑石料和分散集中堆放的小粒徑石料，每倉堆石厚度控制在0.7~1.0 m。

2）混凝土拌制。大壩混凝土土拌制系統布置在大壩下游右岸，該拌合站設0.5 m3的強制式拌和機，并配置電子稱量系統。混凝土在拌制過程中，嚴格控制配合比及原材料的質量和拌制時間，確保混凝土施工質量，水泥、粉煤灰的稱量誤差不得超過±1%，砂石的稱量誤差不得超過±2%。水、外加劑為±1%。拌合混凝土的用水量除應在施工配合比的基礎上扣除骨料含水，配備專人根據拌合情況及時調整用水量，加水和加外加劑需有專人操作，對該人員進行相應的培訓，以保證加量的準確和及時。

3）混凝土澆筑。混凝土膠材由混凝土泵送至倉面，在每一澆筑點的混凝土填滿后移至下一澆筑點澆筑，澆筑順序為單向順序，不可在倉面上往復澆筑。澆筑過程應連續，時間應小于混凝土的初凝時間。每一倉面（面）的澆筑頂面有塊石棱角，塊石棱角的高度應高于自密實混凝土頂面50 mm，以便與下一倉連接。

4）混凝土養護。澆筑完成后的堆石混凝土，根據天氣情況及時灑水進行養護，養護方法及標準參照普通混凝土養護要求。

4 混凝土綜合性能的檢測

1）混凝土膠結材料強度檢測。混凝土膠結材料檢測參照常態混凝土檢驗方法檢驗，強度的檢測采用現場澆注時取樣，用150 mm×150 mm×150 mm的試模直接從澆注現場取樣，試塊在自然條件下養護，檢測結果見表4，該強度滿足設計要求。

表4 混凝土強度檢測結果Fig.4 Detection result of concrete strength

2）試坑容重檢測。混凝土膠結材料體的容積關系大壩設計安全，試坑容重檢測是堆石混凝土現場試驗的檢測內容之一，測結果能夠直觀快速地判定堆石混凝土的質量。堆石體容重采用現場挖坑法進行檢測，待堆石體澆筑后混凝土達到初凝狀態時，進行現場挖坑試驗測體壩體的容重，通過挖坑過程中觀察堆石體內部混凝土的密實度情況、孔洞和架空現象，評價澆筑的質量。本工程對溢流壩段選取2個高程選用2個試坑，采用7~8次挖坑，3~4次注水測試堆石混凝土容重，經測定為2.39~2.43 kg/m3，大壩設計結構計算設計容重取2.2 kg/m3，滿足設計要求。檢測成果見表5。

5 膠結堆石混凝土的材料消耗及單價分析

1）膠結堆石混凝土的材料消耗統計。為獲得膠結堆石混凝土的材料消耗，在施工過程中進行了各種消耗的統計，每倉堆石混凝土澆筑前測量基面高程，澆筑完成后測量出堆石體體積，混凝土在入機口統計記錄，通過換算得出埋石占堆石體的比例。統計結果見表6。從統計結果看出，方膠結堆石混凝土中膠結材料用量占34.36%，塊石占比例，65.64%。

表5 堆石混凝土試坑容重檢測結果Fig.5 Detection result of unit weight at pile of stone concrete trial pit

2）人員及機械消耗情況。從施工過程來看，每層澆筑投入人工平均為4～5人，施工工人主要是局部調整堆石和對混凝土泵送管的移位和調整，每層堆石時間為平均8 h左右，澆筑時間為3 h左右。通過測算，0.06工日/m3。

施工機械主要用在堆石運料和堆石入倉，堆石運料采用自卸汽車一臺，堆石入倉機械采用挖機，機械數量為1臺。

表6 膠結堆石混凝土的材料消耗Fig.6 Materials consumption of cementation pile of stone concrete

3）膠結堆石混凝土的單價分析。根據膠結堆石混凝土的材料接人工、機械消耗，通過測算，膠結堆石混凝土綜合單價為225元/m3，漿砌石單價為245元/m3，比混凝土有較大優勢。

6 結語

1）利用高流態混凝土替代常態混凝土進行砌石壩砌筑，施工工藝簡單，減少人工投入，綜合單價低，壩體砌筑速度快，有利于縮短工期。

2）與常態混凝土砌石壩相比，壩體密度有所提高，挖坑檢測砌體容重大于設計容重2.2 kg/m3，提高了重力壩的安全度，基本達到預期質量控制目的。

3）由于是初次運用，而工程規模不大，施工場地狹窄，現場存在個別部位控制不到位的問題，有待總結經驗、調整和完善施工工法。

4）在水電站砌石重力壩采用高流態混凝土替代常態混凝土進行砌筑，工程投入運行后，壩體無滲水掛漿現象，表明壩體質量可靠。該技術的應用取得的成功實踐，為今后砌石壩的設計和施工提供了有益的經驗。

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