丁照祥 李新江 李海濤

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布爾津山口電站工程規(guī)模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等，總庫(kù)容2.22億m3。布爾津河發(fā)源于阿爾泰山脈，主河道呈“V”形，主河床比較狹窄，河道呈轉(zhuǎn)彎狀，施工導(dǎo)流采用河床一次斷流、上下游圍堰擋水、左岸導(dǎo)流隧洞全年導(dǎo)流的方式。導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%(10年一遇)的全年洪水，相應(yīng)洪峰流量為1594m3/s。

該工程2007年開(kāi)工后，到2010年初，阿勒泰地區(qū)遭受60年不遇大雪，在汛期中，據(jù)該河各支流水文站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)匯總最大洪峰流量為1950 m3/s，超過(guò)原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)P=10%(10年一遇)的洪峰流量，反映出了土石型圍堰抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水的不足，對(duì)土石型圍堰的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)整。經(jīng)分析及咨詢后，圍堰采用10年一遇度汛標(biāo)準(zhǔn)、混凝土結(jié)構(gòu)。圍堰設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為:可以擋10年一遇洪水，解決遭遇超過(guò)10年以上超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)堰頂溢流下泄洪水能力的問(wèn)題，避免圍堰潰決時(shí)對(duì)河道下游和工程本身形成大的安全隱患，同時(shí)具有工藝簡(jiǎn)單、施工速度快以及經(jīng)濟(jì)合理的特性。

2 混凝土圍堰方案研究選型

2.1 圍堰設(shè)計(jì)原則

a.圍堰為臨時(shí)建筑物，建筑物等級(jí)為4級(jí)，

能夠滿足攔蓄P=10%洪水的設(shè)計(jì)要求。

b.考慮施工場(chǎng)地的限制，充分利用施工場(chǎng)地，減少不必要工程投資。

c.考慮利用現(xiàn)場(chǎng)的砂石骨料、塊石棄渣等筑壩材料，減少棄料的環(huán)境影響。

d.充分考慮氣象條件對(duì)施工的影響以及施工單位的實(shí)際情況。

2.2 圍堰澆注方式的比選

a.常態(tài)混凝土:振搗、冷卻水管等工序多，水化熱高，溫控復(fù)雜，容易開(kāi)裂，成本高。

b.混凝土砌石、埋石混凝土:技術(shù)要求低，材料成本低，適合中小型工程，但機(jī)械化程度低，質(zhì)量控制難，人工成本越來(lái)越高，逐漸淘汰。

c.碾壓混凝土:要求大倉(cāng)面，重型機(jī)械，僅適合大中型工程，工程量小時(shí)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

d.壓漿混凝土:成本高，應(yīng)用范圍窄，主要是水下混凝土等特殊部位。

e.自密實(shí)混凝土:新技術(shù)，施工方便，但水化熱高，溫控困難，成本高，難以適應(yīng)大體積混凝土。

f.堆石混凝土:施工工藝簡(jiǎn)單，綜合單價(jià)低，水化溫升低，易于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制，施工效率高，工期短，現(xiàn)場(chǎng)石渣量大，塊石材料豐富。

g.膠凝砂礫石:骨料就地取材，膠凝材料用量少，施工工藝簡(jiǎn)單。

3 圍堰基本方案的比選

經(jīng)過(guò)各方面分析、咨詢結(jié)果，圍堰形式初步擬定為混凝土圍堰，擋水標(biāo)準(zhǔn)為P=10%，綜合本工程的實(shí)際現(xiàn)狀，考慮經(jīng)濟(jì)、工期及混凝土澆筑方式，初步擬定為堆石混凝土與膠凝砂礫石兩種方案，并進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比選。

3.1 堆石混凝土方案

圍堰基本斷面擬定以P=10%洪水標(biāo)準(zhǔn)為例，經(jīng)過(guò)計(jì)算，初擬圍堰斷面為三角形:圍堰頂高程597.0m，建基面高程569.33m，圍堰頂寬度為6m，圍堰上游面直立，圍堰下游起坡點(diǎn)高程為堰頂高程603.00m，下游坡度1∶0.75，澆筑層高1.8m(見(jiàn)圖1)。

圖1 堆石混凝土型圍堰標(biāo)準(zhǔn)斷面

3.2 膠凝砂礫石方案

圍堰基本斷面擬定以P=10%洪水標(biāo)準(zhǔn)為例，經(jīng)過(guò)計(jì)算初擬圍堰斷面為梯形，圍堰頂高程597.0m，建基面高程569.33m，圍堰頂寬度為6m，圍堰上游面邊坡坡度為1∶0.30，圍堰下游邊坡坡

度為1∶0.75，澆筑層高1.8m，分縫長(zhǎng)度40m(見(jiàn)圖2)。

圖2 堆膠結(jié)砂礫石型圍堰標(biāo)準(zhǔn)斷面

3.3 工程量及投資

在工程量的比較上，堆石圍堰與膠凝砂礫石圍堰均按能夠滿足攔蓄P=10%洪水的相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比選，工程量及投資見(jiàn)表1。

表1 兩種方案工程量及投資對(duì)比

4 堆石混凝土與膠凝砂礫石應(yīng)用情況分析

4.1 堆石混凝土性能特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例

a.堆石混凝土利用具有高流動(dòng)、抗分離性以及自密實(shí)性能好的混凝土，不需要人工振搗，靠混凝土的自重流動(dòng)填充到粒徑較大的塊石(塊石粒徑在300～1200mm)體內(nèi)，形成密實(shí)的穩(wěn)定的混凝土堆石結(jié)構(gòu)體，故簡(jiǎn)稱堆石混凝土(rock-filled concrete，RFC)。

b.堆石混凝土的特點(diǎn)及性能優(yōu)勢(shì):低水泥用量與低水化熱;高密實(shí)度與高強(qiáng)度保證率;施工速度快，工效高，縮短工期;施工工藝簡(jiǎn)單，單方成本低;良好的體積穩(wěn)定性;層間抗剪能力強(qiáng)，簡(jiǎn)化鑿毛工序;現(xiàn)場(chǎng)塊石選材方便，數(shù)量豐富;利用了棄渣，減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響。

c.應(yīng)用堆石混凝土的工程有:山西晉城圍灘水電站工程、山西臨汾清峪水庫(kù)、寶泉抽水蓄能電站、恒山水庫(kù)除險(xiǎn)加固等。

4.2 膠凝砂礫石性能特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例

a.膠凝砂礫石是在天然級(jí)配砂礫石料或者爆破石渣中摻加少量水泥，反鏟設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)攪拌，灑水碾壓，使砂礫石或者石渣從散粒體變成連續(xù)體，水泥的固結(jié)作用增大了材料的抗剪強(qiáng)度，從而可以縮小壩體斷面，使用類似于土石壩施工的連續(xù)方法，施工簡(jiǎn)單，速度快，施工期短，單方成本低于碾壓混凝土。

b.膠凝砂礫石的優(yōu)點(diǎn):水泥用量低，則水化熱溫升低，施工不存在溫控問(wèn)題;對(duì)骨料要求低，可以就地取材，直接利用壩址河床開(kāi)挖出來(lái)的砂卵石及樞紐建筑物開(kāi)挖丟棄的砂礫石、石渣等;由于對(duì)骨料要求的降低，使得造價(jià)大大降低;利用工程棄料，減輕了工程施工對(duì)周圍環(huán)境的破壞程度;硬填料是介于CSG與面板堆石壩之間的全新施工工藝，骨料來(lái)自開(kāi)挖石渣，無(wú)需另外加工;骨料粒徑大，最大骨料粒徑達(dá)70cm;施工簡(jiǎn)易快速，硬填料可利用反鏟現(xiàn)場(chǎng)拌制。

c.應(yīng)用膠凝砂礫石的工程有:貴州烏江沙沱水電站下游過(guò)水圍堰、福建洪口水電站上游圍堰、福建街面水電站下游圍堰等。

4.3 堆石混凝土和膠凝砂礫石的技術(shù)比較

堆石混凝土和膠凝砂礫石兩種方案的技術(shù)比較見(jiàn)表2。

表2 兩種方案的技術(shù)比較

4.4 比選結(jié)果

綜合以上的分析情況，考慮施工流程、工期要求、現(xiàn)場(chǎng)材料、造價(jià)及咨詢意見(jiàn)等，混凝土型圍堰確定采用堆石混凝土填筑。

5 堆石混凝土圍堰的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

堆石混凝土用于圍堰施工后，取得了較好的效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo):

5.1 施工特點(diǎn)

施工主要工序有清基、立模、堆石備倉(cāng)、自密實(shí)混凝土拌制以及泵送入倉(cāng)，工藝簡(jiǎn)單，不需要人工振搗，充分發(fā)揮了機(jī)械的作用，減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人工，施工速度快，每日可完成的堆石混凝土澆筑量在900～1100m3，月澆筑量在26000 m3以上。

5.2 無(wú)溫控措施

圍堰每一倉(cāng)的量在1300～1900m3，屬于大體積混凝土，經(jīng)核算，已澆筑的堆石混凝土中自密實(shí)混凝土所占比例為45%，其自密實(shí)混凝土單方水泥用量為160kg/m3，水膠比為0.3，單方堆石混凝土的水泥用量為72kg/m3，單方混凝土水泥用量遠(yuǎn)低于其他混凝土，減少水化熱的產(chǎn)生，混凝土的絕熱溫升大幅降低，未采取溫控措施，當(dāng)年澆筑完成后未發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫，外觀質(zhì)量良好。

5.3 質(zhì)量滿足要求

堆石混凝土中自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度為C15，擴(kuò)散度檢測(cè)60次，最小值56cm，最大值72cm;28天抗壓強(qiáng)度取樣60組，最小值18MPa，最大值25.2MPa，均值20.6MPa，標(biāo)準(zhǔn)差1.75，離差系數(shù)0.09，合格率100%，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 造價(jià)較低

經(jīng)過(guò)篩分的塊石入倉(cāng)以后，對(duì)空隙率進(jìn)行了控制，單位體積填充的自密實(shí)混凝土量為45%，機(jī)械化程度高，單價(jià)中的人工費(fèi)相對(duì)較少，完成的堆石混凝土每立方單價(jià)在280元，低于其他常態(tài)混凝土150元以上。

5.5 環(huán)保作用突出

核算到單方混凝土的水泥用量為72kg，遠(yuǎn)低于常規(guī)混凝土的用量，其強(qiáng)度也滿足筑壩要求，塊石為現(xiàn)場(chǎng)篩選的石渣棄料，同時(shí)減少了石渣的堆放場(chǎng)地及相關(guān)處理費(fèi)用，該施工技術(shù)符合目前的低碳環(huán)保施工要求，大大減輕了因工程建設(shè)對(duì)環(huán)境造成的影響，是一種性能較好的綠色環(huán)保混凝土技術(shù)，有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

a.冬季實(shí)際運(yùn)行情況:經(jīng)過(guò)一個(gè)冬天的凍融循環(huán)考驗(yàn)后，對(duì)圍堰陽(yáng)面、陰面的堆石混凝土表面進(jìn)行了細(xì)部觀察，整體未發(fā)現(xiàn)有裂縫及凍融破壞，結(jié)構(gòu)完好。

b.度汛運(yùn)行:通過(guò)近一個(gè)月的擋水過(guò)洪檢驗(yàn)，堆石混凝土結(jié)構(gòu)的圍堰具有較好的防滲性，層間接合處未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象，施工質(zhì)量控制良好，較好地實(shí)現(xiàn)了壩體防洪度汛的目標(biāo)。

通過(guò)實(shí)際結(jié)果看，該工程條件選擇堆石混凝土技術(shù)方案是正確的，該技術(shù)較好地解決了工程遭遇超標(biāo)洪水時(shí)的土石圍堰不能堰頂過(guò)流的問(wèn)題，應(yīng)用過(guò)程充分體現(xiàn)了堆石混凝土技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、成本較低、綠色環(huán)保的特性，是一項(xiàng)值得在水利工程上推廣應(yīng)用的技術(shù)。

1 吳永錦，劉清.C20自密實(shí)混凝土在堆石混凝土中的應(yīng)用［J］.混凝土，2010(3).

2 張德侖，張改新，等.堆石混凝土在圍灘水電站中的應(yīng)用［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010(33).