高流态混凝土胶结堆石筑坝技术在电站建设中的应用

文江云

（新疆奎屯农七师勘测设计研究院（有限公司），新疆奎屯833200）

静海水电站位于恩宣东南部静海乡月亮河，坝址以上集水面积487.7 km2，多年平均流量11.58 m3/s，水库总库容71万m3，砌石重力坝最大坝高18.5 m，引水系统全长3.942 km，为无压引水式电站，电站装机容量9.6 MW；大坝于2010年5月完成混凝土胶结堆石坝浇筑。

大坝设计为C15细石混凝土砌毛石重力坝（见图1），最大坝高18.5 m，坝顶高程为823.5 m，上游面设50 cm厚C20素混凝土防渗，下游面设50 cm厚C35混凝土护面，坝顶宽4 m，溢流堰净宽27 m，堰顶高程815.00 m。传统的细石混凝土砌毛石施工工法需花费大量人工，不仅要求工人具有一定的砌筑技术，而更要求有较强的责任心，从目前砌石施工工程所反映出主要的问题是施工质量难以控制，砌石空隙普遍偏高，加之受地形条件限制，施工难度较大。为了提高施工质量和加快进度，经对石龙沟水库现场进行的堆石坝混凝土试验的调研，特提出将静海水电站C15细石混凝土砌毛石改为C15高流态混凝土胶结堆石技术筑坝。

1 关于混凝土胶结堆石坝技术

早些年国内外工程中研究和运用了流动性和稳定性高的混凝土，如自流平混凝土[1]和自密实混凝土[2-6]的名词见诸于某些刊物，它依靠混凝土的自重，在免碾的条件下进行混凝土及钢筋混凝土结构施工。以往用于砌石坝的细石常态混凝土，其坍落度（SL）5~8 cm，几乎无流动性，砌筑时需人工振捣密实，在施工中，混凝土入仓铺料不均匀，或振捣不到位，都是造成砌体质量缺陷的原因，加上耗费人力较多，施工进度慢，使其工程造价的优势逐渐丧失。

关注砌石坝技术的工程师提出采用高流态混凝土作为砌石坝胶凝材料，替代传统的常态混凝土，希望通过工程实践的应用，以达到利用混凝土自身的高流动性能，不离析均匀性和稳定性填充到堆石的空隙中，形成完整、密实的混凝土砌石体。故确定在本水电站砌石重力坝工程中应用研究。

2 高流态混凝土配合比

2.1 混凝土配合比试验

图1 堆石重力坝典型断面图Fig.1 The typical cross-section diagram of rockfill gravity

大坝混凝土按C9010、C9015、C9020进行一级配配合比试验[7-8]，掺粉煤灰、XH型聚羧酸减水剂，粉煤灰掺量按30%、40%、50%、60%，坍落度控制在250~280 mm进行试验，按各个粉煤灰掺量选择3个水胶比进行试配试验。

根据试配试验结果，分别对粉煤灰掺量为30%、40%、50%、60%的混凝土进行复核试验。结合规范《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203-2006）在对试配的配合比进行复核试验时，要按自密实混凝土的性能进行选择；在满足其高流动度、不离析、均匀性和稳定性的条件下，达到设计要求的自密实混凝土配合比，为最终复核推荐混凝土配合比，见表1。

2.2 混凝土配合比现场试验

采用腾越牌P·C32.5水泥、野马寨电厂Ⅰ级粉煤灰、贵州星恒外加剂XH型聚羧酸高效减水剂，砂及骨料采用料场的厚层泥质灰岩现场加工。

混凝土胶结料的性能与原材料的性能密切相关，根据室内试验的配合比，结合现场实际进行生产性试验，通过试掺30%、40%、50%、60%的对粉煤灰量反复试验，得到大坝自密实混凝土配合比见表2，混凝土胶料性能检测结果见表2，胶凝材料性能见表3，各表数据反映混凝配合比设计和施工应用要求。

表1 混凝土胶结料设计配合比Fig.1 The mixture ratio design of concrete cementing material kg/m3

表2 混凝土胶结料设计配合比Fig.2 The construction mixture ratio of concrete cementing material kg/m3

表3 混凝土胶结料性能检测结果Fig.3 Performance test results of concrete cementing material

3 混凝土施工

1）堆石入仓。块石入仓前应先进行冲洗，保持块石干净，以达到浆砌石规范要求。块石粒径控制在30~100 cm，最小粒径不得小于15 cm，同时还应控制小颗粒石料不得集中或大量分布在底层，避免表层堆石空隙过大，尽量将堆石空隙控制在40%左右。仓位周边采用浆砌石砌筑边墙作模板，使用机械将块石自然堆放入仓，局部由人工辅助调整堆积状态，包括剔除不满足要求的小粒径石料和分散集中堆放的小粒径石料，每仓堆石厚度控制在0.7~1.0 m。

2）混凝土拌制。大坝混凝土土拌制系统布置在大坝下游右岸，该拌合站设0.5 m3的强制式拌和机，并配置电子称量系统。混凝土在拌制过程中，严格控制配合比及原材料的质量和拌制时间，确保混凝土施工质量，水泥、粉煤灰的称量误差不得超过±1%，砂石的称量误差不得超过±2%。水、外加剂为±1%。拌合混凝土的用水量除应在施工配合比的基础上扣除骨料含水，配备专人根据拌合情况及时调整用水量，加水和加外加剂需有专人操作，对该人员进行相应的培训，以保证加量的准确和及时。

3）混凝土浇筑。混凝土胶材由混凝土泵送至仓面，在每一浇筑点的混凝土填满后移至下一浇筑点浇筑，浇筑顺序为单向顺序，不可在仓面上往复浇筑。浇筑过程应连续，时间应小于混凝土的初凝时间。每一仓面（面）的浇筑顶面有块石棱角，块石棱角的高度应高于自密实混凝土顶面50 mm，以便与下一仓连接。

4）混凝土养护。浇筑完成后的堆石混凝土，根据天气情况及时洒水进行养护，养护方法及标准参照普通混凝土养护要求。

4 混凝土综合性能的检测

1）混凝土胶结材料强度检测。混凝土胶结材料检测参照常态混凝土检验方法检验，强度的检测采用现场浇注时取样，用150 mm×150 mm×150 mm的试模直接从浇注现场取样，试块在自然条件下养护，检测结果见表4，该强度满足设计要求。

表4 混凝土强度检测结果Fig.4 Detection result of concrete strength

2）试坑容重检测。混凝土胶结材料体的容积关系大坝设计安全，试坑容重检测是堆石混凝土现场试验的检测内容之一，测结果能够直观快速地判定堆石混凝土的质量。堆石体容重采用现场挖坑法进行检测，待堆石体浇筑后混凝土达到初凝状态时，进行现场挖坑试验测体坝体的容重，通过挖坑过程中观察堆石体内部混凝土的密实度情况、孔洞和架空现象，评价浇筑的质量。本工程对溢流坝段选取2个高程选用2个试坑，采用7~8次挖坑，3~4次注水测试堆石混凝土容重，经测定为2.39~2.43 kg/m3，大坝设计结构计算设计容重取2.2 kg/m3，满足设计要求。检测成果见表5。

5 胶结堆石混凝土的材料消耗及单价分析

1）胶结堆石混凝土的材料消耗统计。为获得胶结堆石混凝土的材料消耗，在施工过程中进行了各种消耗的统计，每仓堆石混凝土浇筑前测量基面高程，浇筑完成后测量出堆石体体积，混凝土在入机口统计记录，通过换算得出埋石占堆石体的比例。统计结果见表6。从统计结果看出，方胶结堆石混凝土中胶结材料用量占34.36%，块石占比例，65.64%。

表5 堆石混凝土试坑容重检测结果Fig.5 Detection result of unit weight at pile of stone concrete trial pit

2）人员及机械消耗情况。从施工过程来看，每层浇筑投入人工平均为4～5人，施工工人主要是局部调整堆石和对混凝土泵送管的移位和调整，每层堆石时间为平均8 h左右，浇筑时间为3 h左右。通过测算，0.06工日/m3。

施工机械主要用在堆石运料和堆石入仓，堆石运料采用自卸汽车一台，堆石入仓机械采用挖机，机械数量为1台。

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

3）胶结堆石混凝土的单价分析。根据胶结堆石混凝土的材料接人工、机械消耗，通过测算，胶结堆石混凝土综合单价为225元/m3，浆砌石单价为245元/m3，比混凝土有较大优势。

6 结语

1）利用高流态混凝土替代常态混凝土进行砌石坝砌筑，施工工艺简单，减少人工投入，综合单价低，坝体砌筑速度快，有利于缩短工期。

2）与常态混凝土砌石坝相比，坝体密度有所提高，挖坑检测砌体容重大于设计容重2.2 kg/m3，提高了重力坝的安全度，基本达到预期质量控制目的。

3）由于是初次运用，而工程规模不大，施工场地狭窄，现场存在个别部位控制不到位的问题，有待总结经验、调整和完善施工工法。

4）在水电站砌石重力坝采用高流态混凝土替代常态混凝土进行砌筑，工程投入运行后，坝体无渗水挂浆现象，表明坝体质量可靠。该技术的应用取得的成功实践，为今后砌石坝的设计和施工提供了有益的经验。

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