HARD—FILL（貧膠混凝土）混凝土技術在N—J項目的應用與研究

摘 要：根據Neelum-Jhelum汛期行洪標準，結合壩基砼施工強度需要，通過參考國際上已經取得的相關成果報告，結合現場貧膠混凝土生產性試驗，擬定相應配合比參數及工藝標準并指導實踐。

關鍵詞：HARD-FILL；N-J項目；圍堰；研究應用

1 概述

Neelum-Jhelum大壩地址位于巴基斯坦Neelum河，接近NAUSERI地區上游41公里處。為保證壩體混凝土施工不受汛期影響，故采用上游圍堰擋水，縱向圍堰汛期導排流方式。

上游圍堰距壩軸線上游97.9m，考慮到汛期流量、堰體基礎、工程進度、過流沖刷、承力荷載及功能年限等因素，本著最大限度利用本地資源，節約成本的原則，利用沉砂池挑選料結合實驗給出的膠凝材料參數，通過現場合理的拌制，最終確認HARD-FILL（貧澆混凝土）配合比，并成功用于N-J圍堰施工。

2 貧膠混凝土筑壩技術國際和國內現狀

貧膠混凝土筑壩技術是國際上近年發展起來的新型筑壩技術，國際工程中關于此類命名也未統一，有的叫做“POOR CEMENTED METERIAL CONCRETE DAM”，N-J工程通俗稱謂“HARD-FILL CONCRETE”其特點是采用少量的膠凝材料和砂礫石材料（包括砂、石、礫石等）拌合筑壩，使用高效率的土石方運輸機械和壓實機械施工，施工快速、節省投資、安全和環境友好。與常規的混凝土或散粒體筑壩比，有獨特的優點，近年在日本、土耳其、希臘、法國、菲律賓等國家的永久工程得到應用。

Hard-Fill CONCRETE（貧膠混凝土）結合了碾壓混凝土壩和混凝土面板堆石壩的優點，具有較好的地基適應性和較高的安全性，近年來在國外已得到一定程度的應用，其中以日本居多，特別是在圍堰中。因為它是一種新型筑壩技術，實踐研究剛剛起步，國際上也無任何認證的施工標準體系，故此技術在國內工程施工中幾乎是空白，有資料可查的是2006年，在中國福建洪口電站上游圍堰運用了貧膠混凝土圍堰施工技術，取得了良好的效果。Hard-Fill CONCRETE （貧膠混凝土）在N-J項目的成功運用給今后國內此類技術的研究及探討墊定了理論依據！

3 圍堰的設計標準及堰體結構形式

3.1 圍堰設計

上游圍堰按照500m3/s擋水標準。過水標準按照十年一遇，洪峰流量1500m3/s。

汛期分三期導流，洪峰由導流隧洞和圍堰堰頂過流。圍堰堰頂長度96.9m，堰高20m，堰底寬度31.85m，堰頂寬度5m。堰體主要骨料來源于沉砂池挑選的沙礫料。總體回填方量18000m3。

3.2 堰體結構

4 生產性實驗分析

為了了解貧膠混凝土性能并確定施工工藝，在施工現場選定合適的場地進行了貧膠混凝土生產性試驗。

4.1 試驗材料

骨料：采用沉砂池高程1046m層面的開挖的砂礫石。采用挖坑的形式對沉砂池的砂礫石進行了顆粒分析，在篩分過程中，骨料不是足夠干燥，有少量的細顆粒粘附在粗骨料表面造成砂礫石中砂的含量比實際稍微偏小。對骨料中的砂做了含泥量試驗，樣品一和樣品二中的含泥量分別為8.3%和10.9%。顆粒分析的結果見表1。

表1 沉砂池砂礫石顆粒分析結果

4.2 配合比

本次現場試驗采用兩種配合比，配合比見表2。

表2 配合比

4.3 現場生產性試驗結果

4.3.1 壓實后的密度

采用配合比一，靜碾2遍→振動碾6遍→靜碾2遍，現場用灌水法檢測的干密度為2.188g/cm3。采用配合比二，靜碾2遍→振動碾8遍→靜碾2遍，現場用灌水法檢測的干密度為2.337g/cm3。

4.3.2 室內成型抗壓強度

從現場配合比二的拌合物中取樣到室內成型?，F場不方便架設振動臺，只能到室內成型，從現場到試驗室距離較遠，又是中午氣溫比較高水分損失比較大，導致室內成型效果不佳。室內成型7D和28d兩個齡期，每個齡期分別成型3個試件。7D試件強度較低，幾乎無抗壓強度。見圖1。28D抗壓強度分別為2.76MPa（50kN）、1.93MPa（35kN）、2.20MPa（40kN），平均抗壓強度為2.30MPa。見圖2

圖1 室內成型7d試件 圖2 室內成型28d試件1

4.3.3 現場取芯

7D齡期時，在現場碾壓試驗的貧膠混凝土中取芯。分別在兩個配合比各取兩個芯樣?？赡芤驗閺姸鹊蛯е聼o法取出適合做抗壓強度的芯樣。見圖3-4

14D齡期時，在兩個配合比中各取四個芯樣，完整取出來的各兩個，適合做抗壓強度的各一個。見圖5-6。

圖5 配合比一中取芯試件 圖6 配合比一中取芯試件

28D齡期時，在兩個配合比中各取三個芯樣，在配合比一中取出兩個芯樣，一個適合做抗壓強度；在配合比二中取出三個芯樣都適合做抗壓強度。芯樣抗壓強度見表3。見圖7-8。

表3 芯樣抗壓強度

圖7 配合比一取芯試件 圖8 配合比二中取芯試件

4.3.4 試驗總結

通過生產性試驗成果來看，保證拌合物拌和均勻的情況下，兩種配合比28D抗壓強度均能達到3MPa以上，均能夠滿足設計要求。如果適當增加骨料的砂率并且選擇合適的碾壓層厚更有利于貧膠混凝土強度。鑒于當地材料價格對比，降低成本，此工程采用第二種配合比（不含礦粉模式）。

為保證貧膠混凝土的質量，用于貧膠混凝土骨料最大粒徑不能大于200mm，通過現場干密度試驗，采用靜碾2遍→振動碾8遍→靜碾2遍碾壓方式效果更佳。

5 HARD-FILL Concret（貧膠混凝土）施工工藝

5.1 拌制、攤鋪、平倉及碾壓工藝

按照事先篩選的骨料，選定合適并有益于現場操作的稱量標準，采用人工控制水泥及摻水量，配合挖裝設備進行充分拌制，拌制時首先干混拌制數遍后再加水拌制。已拌制好的成品混凝土存放等待入倉時間不應超過2個小時。

5.2 薄層碾壓連續上升施工工藝

采用自卸車入倉方式，貧膠料采用平攤法鋪料，推土機平整，以避免自卸車過度碾壓影響砼質量。25T振動碾采用靜碾2遍→振動碾8遍→靜碾2遍碾壓方式，為避免膠結材料與碾壓滾筒粘結，實際操作過程可采用“快進慢退”的碾壓方式。攤鋪厚度35cm-40cm，為保證各碾壓層面的有效結合，現場采用噴霧設備連續作業（溫度高于30度時），每個層面施工必須在12小時內完成，超過12小時做施工縫處理。且最低碾壓密實度不小于98%。

為保證貧膠混凝土的連續上升，圍堰上游面采用模板樣架優先，兩套多卡模板均衡上升模式。圍堰下游采用預制塊吊裝模式。

5.3 新的誘導縫、橫縫成縫方式，更有利于貧膠砼的快速施工

為滿足優質高效的施工，現場采用自行式液壓振動破碎錐改裝的切縫設備，彩條布填縫新的施工工藝，取得了良好的效果。

5.4 變態砼擴大到岸坡建基面進一步簡化了施工，保證了質量，加快了進度

為降低迎水面及岸坡建基面的滲透，采用上下游模板區域及岸坡段1m寬的范圍內加漿人工振搗方式。水泥漿液水灰比1：2按照40L/m3控制加漿量。

6 HARD-FILL Concret（貧膠混凝土）在N-J項目的成功展示

上游貧膠混凝土圍堰施工期僅僅用時一個月，期間包括天氣等諸多因素的干擾。理論中僅僅通過國際相關貧膠混凝土的簡單論述，實踐過程中嚴格按照模擬現場的生產性實驗成果嚴格控制，在施工過程中也總結出了適用于當地氣候條件的施工工藝流程。

圖片一：已經形成的上游圍堰

圖片二：超過500m3/s堰頂沖水口過水照片

圖片三：超過1000m3/s堰頂過流照片

圖片一

圖片二

圖片三

7 研究展望

隨著我國各項工作的深入、設計理論的完善、施工方法的改進，貧膠砼在施工中的技術在國內取得了一定成果。就當前國內已建和在建工程而言，結合我國氣候特征及當前研究成果，仍有一些問題需要深入研究探索，部分工程技術問題需要解決。

貧膠混凝土裂縫是一個普片性的問題。在確定氣溫、大氣相對濕度、風速及太陽輻射等條件下，研究裂縫開展機理、發展規律及相應的解決方法將是未來研究的內容，此外由于貧膠混凝土的獨特方法，層間接觸面是壩體的薄弱環節，層間裂縫及滲水是關鍵問題，應用從材料研究入手，解決新型材料、新老材料層面的粘結性、防滲等問題。

針對嚴寒干旱地區氣候條件及寒冷干旱地區貧膠混凝土特殊施工方法，研究其溫度場及溫度應力的時空分部變化規律，就干旱條件下的水分散失理論進行深入研究，確定現場貧膠砼的各項指標（VC值、水膠比及單位用漿量等）滿足實驗室的設計要求）。

目前對貧膠混凝土施工期及運行期的溫度、徐變應力仿真計算研究的框架剛剛起步，仿真計算參數的選取存在不穩定性，尚待深入研究。

解決上述問題能為我國已建、在建貧膠混凝土工程提供可靠的理論支持和技術保障，是推動貧膠混凝土筑壩技術發展的重要內容。