堆石混凝土在石河水庫除險加固工程中的應用

曹麗娟 張楠 李林可 李金濤

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

堆石混凝土在石河水庫除險加固工程中的應用

曹麗娟 張楠 李林可 李金濤

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

石河水庫除險加固工程采用新型的堆石混凝土技術，簡化施工工藝，加快施工速度，保障施工質量。

堆石混凝土 自密實混凝土 石河水庫 除險加固

1 工程概況及存在問題

1.1 工程概況

石河水庫位于秦皇島市山海關西北約6km處，系石河上的一座以供水為主，兼顧防洪、發電、旅游等綜合利用的中型水利樞紐工程。工程等別為Ⅲ等，設計總庫容7000萬m3。由大壩、泄水洞、輸水洞、發電洞和電站等建筑物組成。水庫于1972年動工興建，1975年竣工并投入使用，現已連續運行近40年。

1.2 工程存在的問題

（1）現狀大壩為漿砌石重力壩，壩頂總長365m，其中非溢流壩段長275m，壩體漿砌塊石均勻性較差，局部砂漿不飽滿，壩體滲透性為強透水，局部中透水。壩體漿砌石質量較差，堰面混凝土碳化剝蝕嚴重，鋼筋裸露。大壩結構抗滑安全性評價為C級。

（2）溢流壩段和左壩肩滲漏較嚴重，對壩體安全不利。溢流壩局部出現拉應力。

為保證水庫正常運用，消除水庫自身安全隱患，保障下游地區的防洪安全，亟需進行除險加固防護。

本文主要敘述非溢流壩段除險加固設計。

2 非溢流壩段除險加固設計

2.1 非溢流壩段除險加固結構設計

非溢流壩段設計選定工程投資低、施工簡單、對供水影響較小的下游貼坡加固方案。壩體下游側加厚4.5m～5.0m，下游坡比由1:0.69調整為1:0.7。

2.2 非溢流壩段除險加固材料選擇

2.2.1 常規大壩混凝土技術及其局限性

以大壩為代表的大體積混凝土，在施工中要盡可能的降低水泥用量，以降低混凝土內部水化熱，并節約工程成本。常見的工程措施是通過增加混凝土級配、增大骨料粒徑、添加外加劑以減少單位體積水泥用量和降低水化熱。目前大壩混凝土多采用四級配，骨料最大粒徑可達150mm。但受到拌和能力、振搗能力的限制，常規混凝土難以使用更大粒徑的骨料。一般大體積混凝土技術特點如表1。

綜上可知常規大體積混凝土技術存在繁瑣工序多、勞動量大、人工成本高、水化熱高、溫控措施復雜、容易產生溫度裂縫、施工進度慢等缺點。

2.2.2 自密實混凝土及堆石混凝土施工技術及研究現狀

（1）自密實混凝土技術

自密實混凝土簡稱SCC，起源于八十年代的日本，其主要特點見表2。

表2 自密實混凝土主要特點

綜上可知自密實混凝土作為新技術，雖優點很多，但局限性也很強，如果在大壩等大體積混凝土工程中單獨采用高粉體量和小粒徑骨料的自密實混凝土，不僅無法滿足降低水泥用量、降低內部水化熱的要求，也難以節約工程成本。

（2）堆石混凝土技術

堆石混凝土源于自密實混凝土但又有較大區別。施工時將堆石直接入倉，然后澆注專用的自密實混凝土，利用其高流動性能，自動填充到堆石的空隙中，形成完整、密實、低水化熱的大體積混凝土。

常態混凝土與堆石混凝土的比較如表3。

堆石混凝土技術可完全替代漿砌石壩，運用于堆石混凝土重力壩及堆石混凝土芯墻壩，適合水庫除險加固及高擋土墻工程，亦可利用沉井技術在不放空水庫的情況下澆注壩體水下部位。

為縮短工期和節省工程投資，石河水庫非溢流壩段下游貼坡材料選用堆石混凝土。

表3 常態混凝土與堆石混凝土比較

3 非溢流壩段除險加固施工

3.1 原材料的選擇

（1）水泥

因為自密實混凝土要求水泥凝結速度慢，流動性損失小，適宜使用的水泥類型見表4。

表4 水泥類型

（2）摻合料

自密實混凝土漿體總量較大，如果膠凝材料僅適用水泥容易引起混凝土早期水化熱較大，

硬化后混凝土收縮較大，不利于提高混凝土的耐久性和體積穩定性。常用活性摻合料見表5。

表5 常用活性摻合料

（3）外加劑

宜優先使用聚羧酸系高效減水劑；不建議使用增粘劑（可能會導致凝結時間延緩，用水量增加等問題，且品種多，性能不一，需經過試驗才能確定）；不宜使用速凝劑、促凝劑和早強類型外加劑

3.2 堆石混凝土性能設計的基本參數

堆石混凝土中塊石占總體積50%～60%，自密實混凝土占40%～50%。根據自密實混凝土技術手冊推薦及相關工程經驗，自密實混凝土單位體積水灰比僅為0.8～1.15，配比見表6。

表6 自密實混凝土配比

3.3 堆石混凝土施工中的問題

表7 堆石混凝土施工注意事項

4 其它已建工程經驗

堆石混凝土技術目前已應用于山西臨汾市鄉寧縣清峪水庫、山西省大同市渾源縣恒山水庫除險加固、向家壩水利樞紐、河南寶泉電站等工程中。其中恒山水庫拱壩除險加固工程若按常規技術加固，工期需至少3年，將嚴重影響下游居民生活及農業灌溉，采用堆石混凝土技術后，工期縮短至半年。同時還充分利用了當地豐富的塊石、砂等資源，就地取材，節省了工程造價。恒山水庫新壩孔隙率45%，平均使用水泥100kg/m3。綜合造價僅280元/m3，遠低于常規混凝土400元/m3，取得了良好的經濟效益。

5 結語

雖然理論上堆石混凝土抗滲等級完全滿足壩體抗滲要求，但由于是剛剛開始在國內推廣的新技術，堆石混凝土在與鋼筋、止水交界處需人工局部處理塊石的堆放，或在鋼筋、止水周圍單獨設置常態混凝土澆注區。例如清峪水庫大壩上游臨水側單獨設計了2～1m厚的常態混凝土面板，其間設置銅片及橡膠止水帶，以增加壩體抗滲性能。

而恒山水庫新壩由于所采用塊石粒徑過大（超過50cm），塊石間縫隙較大，自密實混凝土澆筑完成后仍有極少量細微裂縫產生。可見自密實混凝土的收縮性雖遠低于普通砂漿，但仍需繼續深入研究其在實際工程中對工程安全性能的影響。

1 安雪暉等. 自密實混凝土技術手冊. 中國水利水電出版社，2008.

2 安雪暉，金峰，石建軍. 自密實混凝土充填堆石體試驗研究. 混凝土. 2005，183（01）：3-6

3 金峰，安雪暉，石建軍，張楚漢. 堆石混凝土及堆石混凝土大壩. 水力學報，2005,36（11）：1347-1352

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.018

TV544

B

1672-2469(2014)12-0052-03

曹麗娟（1980年—），女，工程師。