高性能喷射混凝土在白莲河抽水蓄能电站中的应用

安 萍，陈 彬

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 工程概况

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县白莲乡境内，电站设计安装4台30万kW可逆式抽水蓄能机组，总装机容量120万kW。

电站枢纽由上水库、下水库、输水发电系统及地面开关站等组成，上水库位于白莲河水库右坝头的山谷凹地，包含1座混凝土面板堆石主坝及3座心墙土石副坝；下水库则利用已有的白莲河水库。输水系统主要包括上下库进 （出）水口、引水隧洞、上游调压室、尾水隧洞等建筑物；地下厂房主要由球阀室、主厂房、主变洞、尾水闸门室、母线洞及其他辅助洞室组成。

在地下厂房及隧道支护施工中决定使用喷射混凝土，常规喷射混凝土分为干喷、潮喷和湿喷3种类型，普遍存在一次喷射厚度小、回弹高、施工效率偏低等问题。为有效控制喷射混凝土质量，白莲河抽水蓄能电站应用了高性能喷射混凝土施工技术。

2 高性能喷射混凝土设计要素

2.1 高性能喷射混凝土主要技术指标

高性能喷射混凝土主要技术指标有：①满足喷射混凝土的早期强度要求，28 d强度等级应达到C25；②坍落度120～140 mm，具有优良的可泵性；③回弹小；④一次喷射厚度不小于15 cm；⑤粉尘少。

2.2 高性能喷射混凝土的材料要求

（1）水泥。强度不低于32.5，最好采用普通硅酸盐水泥。

（2）骨料。级配连续，0.125 mm筛余含量应在4%～9%范围内，粗骨料最优粒径10 mm左右，最大不要超过15 mm，针片状含量应小于10%，这样既可满足湿喷混凝土的泵送要求，又可有效减小回弹。细骨料细度模数宜为2.3～3.0，含水率宜控制在6%左右。粗细骨料混合级配曲线应满足喷射混凝土级配要求，每一级配数量均应小于30%。

（3）掺合料。高性能喷射混凝土通常会加入硅粉、粉煤灰等，尤其是纤维喷射混凝土。此类掺合料比表面积很大，可有效改善混凝土性能，加强新拌混凝土的和易性、增大与围岩的粘结强度、减小回弹量，从而提高喷射混凝土抗渗、抗硫酸盐侵蚀及其他相关性能。掺合料掺量通常不超过水泥用量的10%。

（4）用水量。在满足施工要求的情况下尽量减少用水量，水灰比在一定范围内越小，混凝土凝结效果越好。

（5）塑化剂。可提高喷射混凝土凝结效果及后期强度，节约整体成本。

（6）液体速凝剂。与水泥有较好的相容性，能有效提高混凝土与基底的粘接力，对混凝土的强度损失影响较小。

2.3 原材料性能

（1）水泥。采用华新水泥厂 “堡垒”牌32.5R普通硅酸盐水泥，细度1.6%，密度3.10 g/cm3；初凝时间5 h 20 min，终凝时间 6 h 42 min；3、28 d抗压强度分别为24.3、52.7 MPa； 3、28 d抗折强度分别为5.2、7.9 MPa；标准稠度用水量 29%；安定性合格。

（2）粗骨料。采用罗田县白莲河月山碎石厂生产的人工碎石，粒径为5～15 mm，表观密度2 622 kg/m3，压碎指标9.8%，针片状含量6.2%，含泥量0.4%。

（3）细骨料。采用白莲河天然砂，细度模数3.0，连续级配，表观密度2 553 kg/m3，含泥量1.8%，无泥块。

（4）外加剂。采用LAHE体系外加剂。LAHE体系由LA 100低碱速凝剂、Ricture HE喷射混凝土性能增强剂等组成，有效解决了速凝剂同水泥的适应性问题。其中，LA100低碱速凝剂游离碱含量小于0.6%，且不含氯离子，降低了对人体及环境的损害程度； Ricture HE增强剂为改性活性物质，具有减水、保持坍落度、遇LA100发生促凝的三重功效。LAHE体系同所有普通硅酸盐水泥均相容，水泥适应性好，故喷射混凝土凝结好，与潮湿、渗水基底的粘接效果也非常好；一次喷射厚度大，回弹率小；早期强度非常高，喷射混凝土28 d强度损失小；掺加量少，整体成本低。

（5）水。当地生活饮用水。

2.4 高性能喷射混凝土施工

白莲河抽水蓄能电站高性能喷射混凝土施工采用SPM500PC遥控机械手大型喷射机，用机械手进行喷射作业，效率高，混凝土喷射均匀密实，质量好，同时作业范围广。

因喷射混凝土早期强度高，喷射作业完成后，要及时养护，以免造成质量缺陷。

3 高性能喷射混凝土性能检测

（1）新拌混凝土坍落度经时检测。依据水工混凝土相关规范，对现场新拌混凝土的初始坍落度及相应经时损失进行了测试检验，其30、45 min的坍落度与初始坍落度基本相同，均在143 mm左右，表明掺加有Ricture HE的混凝土30、45 min坍落度基本没有损失。

（2）一次性喷射厚度测试。根据预先安装好的钢筋插杆，经多次检测，一次性喷射厚度完全满足15 cm厚度要求，其中边墙可达30～40 cm，顶拱一次性喷射厚度在20～30 cm之间，提高了喷射效率。

（3）回弹率测试。常规喷射混凝土的回弹率，在边墙部位一般为15%～20%，顶拱部位为20%～30%；而高性能喷射混凝土，根据收集到的每班现场地面回弹物质量折算成方量后、与当班喷射的混凝土方量进行对比，并计算出喷射作业的回弹率，经统计分析，其边墙回弹率在5.5%～6.8%之间，顶拱回弹率在13.9%～16.2%之间，表明边墙回弹率小于顶拱回弹率，干燥粗糙基面回弹率要低于潮湿光滑基面回弹率，这与常规喷射混凝土的规律相同，但其各部位回弹率均明显低于常规喷射混凝土。

（4）抗压强度检测。依据锚喷施工规范，现场采集大板试样及无底试模样块，放置现场24 h后取回实验室标准养护，检测C25喷射混凝土的1、3、28 d抗压强度分别约14、32、43 MPa，表明高性能喷射混凝土的早期强度高、后期强度损失较小。

（5）喷射施工作业区粉尘浓度的测定。使用便携式电动测尘器，采用滤膜法进行粉尘浓度的测定，测得在喷射能力为10～15 m3/h条件下的平均粉尘浓度小于10 mg/m3，表明现场喷射环境良好。

（6）抗渗性试验。作为喷射混凝土耐久性的主要指标，抗渗性能实验结果表明喷射混凝土整体抗渗等级达到W8。

（7）容重密实度。喷射混凝土平均容重2 333 kg/m3，密实度为0.994。

4 结 语

白莲河抽水蓄能电站地下厂房及隧道标段支护施工中采用了高性能喷射混凝土，喷射混凝土泵送性好；一次喷射厚度大且与围岩的粘接性好；凝结效果好，早期强度尤其是一天的强度高，后期强度损失小；回弹率小；粉尘少，现场工作环境好。实践表明，高性能喷射混凝土很好地满足了新奥法施工的要求，为地下洞室开挖中柔性支护的重要组成部分，可有效控制初期支护的围岩变形，为今后推广一次性永久支护提供了可能。

［1］ DL/T 5150—2001 水工混凝土试验规程［S］.

［2］ GB 50086—2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范［S］.