堆石混凝土技術在水利水電工程中的應用

王鵬程 王志明

(武警警種學院，北京 102202)

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堆石混凝土技術在水利水電工程中的應用

王鵬程 王志明

(武警警種學院，北京 102202)

結合堆石混凝土技術的概念，介紹了其分類及施工工藝，對寶泉電站上水庫副壩工程、向家壩水電站沉井群、中山長坑水庫重建工程中的堆石混凝土技術的應用進行了探討，并分析了堆石混凝土技術的優勢。

堆石混凝土技術，水利水電，自密實混凝土，水電站

堆石混凝土技術(Rock-Filled Concrete，簡稱RFC)是一種新型的大體積混凝土施工技術，由清華大學水利水電工程系發明并獲得國家發明專利授權，其技術特征是利用自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)充填堆石空隙形成完整密實的混凝土。自密實混凝土中粗骨料最大粒徑要求不大于20 mm，便于它通過堆石的空隙而不被堵塞。堆石料要求質地堅硬，粒徑不宜小于300 mm，目的是在堆石之間能形成較大的空隙。堆石混凝土中堆石的體積占到了55%～60%，單方堆石混凝土水泥用量少，節能低碳，綠色環保，綜合成本低。

1 堆石混凝土的分類及施工工藝

堆石入倉和澆筑自密實混凝土是堆石混凝土技術最主要的兩道施工工序，根據堆石入倉、澆筑自密實混凝土的施工順序不同，分為普通型堆石混凝土和拋石型堆石混凝土。

1.1 普通型堆石混凝土

普通型堆石混凝土是先將滿足粒徑及施工規范要求的塊石(或卵石)自然堆滿倉面，然后再往堆石體中澆筑專用自密實混凝土，整個澆筑過程不需要振搗而是依靠其自重充填堆石體的空隙形成完整密實的混凝土，適合澆筑大倉面的大體積混凝土，如大壩的壩體、圍堰、堤防、擋土墻。

普通型堆石混凝土工藝流程：1)模板架立：使用的模板及其支承結構應具有足夠的強度、剛度和穩定性。根據需要，還可以使用漿砌石墻代替模板架立；2)堆石入倉：堆石的運輸宜采用自卸車直接入倉的方式，當沒有合適的入倉道路時，堆石可采用吊車、纜車、塔機、挖掘機等其他方式入倉；3)自密實混凝土制備與運輸：自密實混凝土的制備應當使用強制式拌和機，水平運輸應使用混凝土攪拌車；4)自密實混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土輸送泵，混凝土攪拌車直接卸料，溜槽、串筒澆筑，吊罐澆筑，裝載機、挖掘機挖斗澆筑等。

1.2 拋石型堆石混凝土

拋石型堆石混凝土是先將自密實混凝土澆筑入倉面，然后將石料均勻拋入專用自密實混凝土中自然堆積，無需振搗所形成的完整密實的混凝土，適合在深度較深部位大體積混凝土的施工，如沉井、抗滑樁、擋墻等部位的混凝土回填。

拋石型堆石混凝土工藝流程：1)自密實混凝土生產與運輸：應使用強制式拌和機進行生產，水平運輸采用混凝土攪拌車；2)自密實混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土攪拌車直接卸料、溜槽、串筒澆筑等多種澆筑方式；3)堆石入倉：將石料均勻拋入自密實混凝土中自然堆積，采用拋石型堆石混凝土技術進行回填施工，對石料粒徑無要求，但應嚴格控制含泥量。

2 堆石混凝土技術在水利水電工程中的應用

堆石混凝土工藝簡便，質量易控，單位體積水泥用量少，節能低碳，綠色環保，已在多個水利水電工程中得到推廣應用。

2.1 寶泉電站上水庫副壩工程中的應用

寶泉電站位于河南省新鄉市，是一座抽水蓄能電站，寶泉電站上水庫工程主要包括主壩、副壩、庫盆等，由武警水電部隊負責施工。上水庫副壩壩體原設計為C20細石混凝土砌石壩，施工過程主要依靠大量人工進行砌石作業，質量控制受人為因素影響大，施工速度慢，導致工程進度嚴重滯后。為確保施工進度滿足計劃要求，經現場試驗論證，確定使用普通型堆石混凝土技術替代細石混凝土砌石壩，這也是堆石混凝土技術第一次在水利水電工程中應用。普通型堆石混凝土簡化了施工工藝，主要工序只有兩道，堆石入倉和自密實混凝土澆筑。堆石由自卸車運輸至倉面后用挖機和裝載機輔助進行堆積入倉，自密實混凝土從攪拌、運輸都是機械作業，有效減少了人工作業，施工機械化程度高，能大幅提高副壩大體積混凝土的施工進度。副壩使用普通型堆石混凝土技術，歷時1個月，就完成堆石混凝土施工4 460 m3，確保副壩工程進度能按期完工。寶泉電站上水庫工程使用普通型堆石混凝土表明，使用堆石混凝土不僅可以保證質量，加快施工速度，還可以降低造價，創造良好的經濟效益。

2.2 向家壩水電站沉井群中的應用

向家壩水電站是規劃在金沙江河段的最末一個梯級電站，電站位于云南省水富縣和四川省宜賓縣交界的金沙江下游河段。整個工程分二期施工，為確保二期縱向圍堰地基開挖能完全到位且保證一期土石圍堰穩定，在一期圍堰和二期圍堰之間布置有沉井群。沉井群由10個沉井組成，沉井下沉最大深度56 m，最淺為43 m，每個沉井內分6個筒體空腔，10個沉井井體混凝土總量為9.32萬m3。為確保沉井自身穩定及圍堰的整體抗滑穩定要求，沉井下沉結束后要使用混凝土回填。原設計采用C10等級素混凝土回填，后因進度滯后，采用拋石型堆石混凝土施工方案。每個沉井回填工期從原方案20 d～30 d縮短到5 d～7 d。同普通混凝土相比，拋石型堆石混凝土施工工藝簡單，能大幅提高施工進度，降低工程成本，具有明顯的技術優勢。

2.3 中山長坑水庫重建工程中的應用

原長坑水庫是1972年建成投入使用的，總庫容131萬m3，是小(Ⅰ)型水庫，水庫以防洪、供水為主，同時兼有發電功能，大壩由漿砌石壩和土壩組成。由于水庫已運行40多年，漏水明顯且日趨嚴重。該水庫位于廣東中山長坑，所處地理位置非常重要，如果水庫發生事故，將會造成不可估量的損失。經過對多種方案的綜合論證，決定拆除原水庫進行重建，重建后的長坑三級水庫總庫容為161.32萬m3，壩高26.5 m，壩頂寬5.5 m，大壩壩體使用普通型堆石混凝土技術。

水庫重建工程中，大壩主體全部使用普通型堆石混凝土技術，利用舊壩體拆除中符合要求的石塊作為堆石料重新利用，不僅節約工程成本，還實現了節能減排。20世紀50年代～70年代，是我國水利工程建設的一個高峰期，建設完成了眾多的中小水庫，我國現有的8.7萬座水庫，大多都是在那個時期建設的，運行多年，相繼出現了一系列病險問題。長坑水庫重建利用舊壩拆除中的塊石料，運用堆石混凝土建壩，不僅節約工程成本，還實現了節能減排，為病險水庫重建提供了一種更好的解決方案。

3 堆石混凝土技術的優勢

堆石混凝土技術工藝簡便，質量易控，單位體積水泥用量少，已入圍第一批《國家鼓勵的循環經濟技術》名目，被水利部列入《水利先進實用技術》進行推廣，在多個水利水電工程、公路工程及港口工程中得到推廣應用，其技術優勢主要體現在以下幾方面:

1)節能低碳，綠色環保。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，減少了混凝土用砂石料場的工作量；同普通混凝土相比，單方堆石混凝土中只需要拌和小于總體積一半的自密實混凝土，單位體積水泥用量顯著減少，同時還可以利用河道中的天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環境負荷小，節能低碳，綠色環保。

2)工藝簡便，施工高效。由于堆石混凝土簡化了施工工藝，主要工序只有堆石入倉和自密實混凝土澆筑，可以實現機械化作業，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率，縮短工期。

3)質量易控，體積穩定。堆石混凝土施工中，降低了倉面的施工人員數量和機械工作量，取消了混凝土振搗過程，消除了人為的不利干擾，由于單位體積堆石混凝土中水泥含量少，水化溫升小，溫控措施簡單，現場質量控制管理更加簡便易行，并且由于有大塊石構成骨架，整體收縮小、體積穩定性好。

4)節約投資，綜合成本低。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量顯著減少，降低了綜合成本。同時取消了混凝土振搗過程，降低了倉面的施工人員數量和機械工作量，同普通混凝土相比，可節約20%左右的成本。

4 結語

我國是世界上水泥和混凝土使用量最多的國家，盡管水泥和混凝土為我國的經濟發展做出了不可估量的貢獻，但資源消耗也大，給環境造成了重大污染。堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量少，同時還可以利用天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環境負荷小，可以廣泛推廣應用于水利水電工程、公路、鐵路及港口工程領域，是一項具有廣闊應用前景的混凝土施工新技術。

[1] 安雪暉，黃綿松，周 虎,等.堆石混凝土施工技術綜述[A].全國混凝土新技術及其工程應用技術交流會暨2007年年會[C].2007.

[2] 曹中升，齊界夷，張家濤.向家壩工程大型沉井群混凝土施工技術[J].水力發電,2010，36(2)：63-64.

[3] 李風亮.堆石混凝土技術在長坑三級水庫應用[J].水科學與工程技術,2010(6):79-80.

Application of rock-filled concrete technology in water conservancy and hydropower engineering

Wang Pengcheng Wang Zhiming

(CollegeofArmedPolice,Beijing102202,China)

Combining with the identification of rock-filled concrete technology, the paper introduces its categories and construction technology, explores the application of rock-filled concrete technology in vice-dam engineering of Shang reservoir of Baoquan power station, open caisson group of Xiang Family dam hydropower station and Zhongshan Chang reservoir reconstruction engineering, and analyzes advantages of rock-filled concrete technology.

rock-filled concrete technology, water conservancy and hydropower, self-compacted concrete, hydropower station

1009-6825(2017)18-0212-02

2017-03-21

王鵬程(1975- )，男，講師； 王志明(1975- )，男，副教授

TV212

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