胶结材料筑坝技术在白土岭水电站的应用

(陕西省水利厅，西安 710004)

1 技术原理

胶结材料筑坝技术包括胶凝砂砾石坝和堆石混凝土坝筑坝技术。堆石混凝土(RFC)是利用自密实性能混凝土自流填注堆石体的空隙，形成完整、密实，具有设计强度的大体积混凝土。这是近年来被广泛关注的一项施工技术，通过大量块石的使用,可降低水泥用量,有效减少水化热；不需振捣，节约投资，简化温控，施工速度快，还具有混凝土结构收缩性小、抗裂抗剪能力高的优势。《胶结颗粒料筑坝技术导则》(SL 678—2014)于2014年3月28日发布、2014年6月28日实施。

2 堆石混凝土技术在白土岭水电站大坝的应用

2.1 工程概况

白土岭水电站为镇坪县境内南江河梯级开发的第二级电站。坝址位于镇坪县白家乡下游3km处的南江河干流上。坝址以上控制流域面积962km2。坝址多年平均流量21.5m3/s，总装机4.9万kW，年总发电量16550万kW·h，年平均利用小时3378h。白土岭水电站水库总库容2360万m3，为Ⅲ等中型工程，大坝等主要建筑物级别为3级。坝址50年一遇设计、500年一遇校核。洪峰流量分别为2250m3/s、3280m3/s。相应地震基本烈度为Ⅵ度。工程为混合式水电站，首部枢纽为混凝土双曲拱坝，最大坝高65m，采用坝顶3孔表孔和坝体2孔底孔联合泄洪，表孔采用挑流消能，底孔采用宽尾墩窄缝消能。

白土岭水电站大坝混凝土总方量10.3万m3，大坝主体采用C9020W8F100堆石混凝土，堆石混凝土总方量8.3万m3，堆石率55%；坝顶、廊道四周、底孔、闸墩等位置采用C2825W6F100二级配常态混凝土；溢流面、底孔四周、消能工采用C2840W8F100二级配抗冲耐磨混凝土。

2.2 白土岭水电站大坝建筑材料

建筑材料除满足常规要求外，还有以下要求：

a.堆石料。堆石料要求新鲜、完整、质地坚硬。粒径不小于300mm。最大粒径不超过结构断面最小边长的1/4。含泥量不大于0.5%，不允许出现泥块。设计堆石混凝土强度等级C9020W8F100，相应要求堆石料饱和抗压强度不小于40MPa。堆石料为辉长岩，经试验饱和抗压强度为151MPa，满足设计要求。

b.混凝土骨料。由于三个天然料场粗骨料软弱颗粒、细骨料含泥量不符合规程要求，白土岭水电站大坝粗、细骨料采用人工轧制。《胶结颗粒料筑坝技术导则》要求高性能自密实混凝土品质除符合SL 677外，粗骨料最大粒径不超过20mm，针片状颗粒含量不超过8%。

c.白土岭水电站大坝采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

d.掺合料。掺合料可采用粉煤灰、磷渣粉等，白土岭水电站大坝根据实际情况采用石灰石粉，其性能符合GB/T 18736要求。

e.外加剂。主要使用以聚羧酸盐高分子为主要原料的高性能减水剂。

2.3 基础处理

白土岭水电站大坝基岩为辉长岩，石质坚硬，无不稳定结构面组合，坝基置于弱风化中上部岩体上。建基面高程724.00m。坝基进行了固结和帷幕灌浆，透水率按q<3Lu控制。在建基面上浇筑2m厚常态混凝土作为垫层，在垫层上浇筑高性能自密实堆石混凝土。

2.4 坝体构造

2.4.1 坝体分逢

白土岭水电站大坝坝高65m，坝顶弧长203.4m。根据水化热分析，从左至右共设5条横缝，分别位于两拱端、溢流坝两侧和拱冠梁处。横缝将坝体从左至右分为25.6m、37.7m、33.9m、47.3m和25.0m六个坝段，防渗层横缝与堆石混凝土坝体横缝位置相同。缝距符合碾压混凝土或细石混凝土砌块石拱坝的一般温控防裂要求即可。

2.4.2 坝体防渗

白土岭水电站大坝坝高65m，按《胶结颗粒料筑坝技术导则》要求需专设防渗层。防渗层位于坝上游迎水面，用高性能自密实混凝土与堆石坝体一体浇筑，防渗层厚度2m。为防止出现温度裂缝，在上游坝面配置温度钢筋网，规格为φ12@200mm×200mm。

2.4.3 温度控制与防裂措施

坝址区多年平均气温12.0℃,最高月平均气温22.3℃，最低月平均气温1.2℃，相对湿度75%，较利于施工温度控制。白土岭水电站大坝在温度较高的月份，尽量避开高温时段浇筑，仓面采用喷雾措施，降低环境温度，控制浇筑温度不大于15℃。采用薄层短间歇均匀上升，浇筑层厚度1.5～2.0m，间歇期5～7天。在初凝后及时洒水养护，并用塑料薄膜覆盖，防止表面水分蒸发，保持混凝土表面经常处于湿润状态。

2.5 施工工艺

2.5.1 配合比

白土岭水电站大坝高性能自密实堆石混凝土设计强度等级要求为C9020W8F100，配合比采用绝对体积法计算(见下表)。

白土岭水电站大坝高性能自密实混凝土设计配合比表 单位：kg/m3

2.5.2 施工方法

a.堆石入仓。清洗后的堆石成品采用吊索直接入仓，堆石分层厚度1.5～2.0m。

b.平仓。堆石采用人工或挖掘机平仓，靠近模板、底孔通气孔部位的由人工堆放。堆石外露面所含有的粒径小于200mm的石块数量不超过10块/m2。

c.混凝土输送及浇筑。白土岭水电站大坝用混凝土泵输送高性能自密实性能混凝土到仓面。浇筑点均匀布置，间距在3m以内。单向逐点浇筑，每个浇筑点浇满后移至下一浇筑点，浇筑点不重复使用。浇筑时最大自由落下高度不超过5m。收仓时，浇筑顶面可不采用人工平整，使适量石块高出浇筑面50～150mm，不超过石块自身高度的1/3，可以起到啮合作用，提高抗剪能力，加强层面结合。

d.下一仓准备。本层堆石混凝土抗压强度达到2.5MPa以后，一般根据实际判断可以开始承压堆石时，进行下一仓仓面准备。由于该工程坝前有防渗体，因此层面间不需凿毛或冲毛。白土岭水电站大坝5个坝段同时进行2个坝段浇筑，其余3个坝段进行准备，循环浇筑。

e.雨天施工措施。小雨时采取搭棚遮盖措施施工，中雨以上不施工，并对仓面采取防雨和排水措施。

2.6 质量控制及检测

2.6.1 质量控制

堆石混凝土原材料质量控制主要按规范要求的检测项目、频次进行检测，确保达到要求的控制标准。如：水泥每200～400t检测一次，主要检测细度、安定性、标准稠度用水量、凝结时间、强度等级等。对高性能自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度等每4h检测不少于1次。

2.6.2 施工质量检测

施工中，建设单位委托第三方检测单位对白土岭大坝堆石混凝土的强度、抗渗性等进行了钻孔取芯和压水试验检测。在大坝750.00m高程对2号、3号、4号、5号坝段进行钻孔取芯、压水试验。从取出芯样及压水试验数据中分析来看，大坝739.30～750.00m高程各坝段透水率超过了规范允许值。经分析，主要是由该段所用堆石料粒径偏小，堆石间空隙偏小，使高性能自密实混凝土难以自流充填密实所致，属于施工质量缺陷。对其进行了灌浆处理，灌后最大透水率q<1Lu，符合规范要求。

3 技术问题

3.1 优点

a.经济合理性。堆石混凝土中混凝土占50%左右，可以减少砂石骨料用量。在粉煤灰、砂等运输困难但块石料丰富的地区，相比碾压混凝土具有一定的经济合理性。

b.简化温控措施。堆石混凝土中混凝土占50%左右，每立方米堆石混凝土中的水泥用量与碾压混凝土基本相当，可以充分利用粉煤灰、矿渣粉、石粉等活性或惰性掺合料，使水泥用量显著降低。C20堆石混凝土的水泥用量一般不超过80kg/m3，绝热温升不超过15℃，可以显著简化甚至取消温控措施。但每立方米高性能自密实混凝土中的水泥等胶凝材料用量稍高，水灰比较小，在终凝前失水易造成早期收缩裂缝，因此需加强养护。堆石混凝土水泥等胶凝材料用量较低，但高性能自密实混凝土中胶凝材料用量较高，其水化热和自生体积变形略高于常态混凝土，因此仍需采取一定的温控措施。

c.施工速度快。堆石混凝土无需振捣，施工速度快。同时相比碾压混凝土，堆石混凝土施工工艺简单；相比浆砌石，堆石混凝土的质量容易得到保证。

3.2 问题

a.相比常规混凝土，为了增加流动性和黏聚性，高性能自密实混凝土中需添加一定量的外加剂。该技术推广使用仅10年左右，取得的工程监测资料较少，外加剂对混凝土和工程耐久性的影响尚不清楚。

b.堆石混凝土坝对堆石的粒径，粗细骨料粒径、级配，高性能自密实混凝土配合比、拌和、运输、浇筑等各环节均有严格的要求，任一环节都对工程质量有较大影响，必须严格按照《胶结颗粒料筑坝技术》导则要求对材料、混凝土进行检测和施工，确保工程质量。

c.胶结材料筑坝技术属专利技术，须由技术方提供技术支持及服务，收取一定的专利费、服务费，在一定程度上影响了全面技术推广。还需要进一步明确工程质量控制体系中设计、施工、监理、技术提供方等参建各方的质量安全责任。