張 榮 貴， 曾 勇

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

吉牛水電站位于四川省丹巴縣境內(nèi)的革什扎河上，是革什扎河水電規(guī)劃一庫四級方案中的第四個梯級，為低閘引水式電站。水庫正常蓄水位高程2 378 m，總庫容197.5萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)2臺，總裝機(jī)容量240 MW，為單一發(fā)電工程，無灌溉、防洪等要求。

電站首部樞紐建筑物從右至左依次布置右岸擋水壩段、2孔泄洪閘、1孔沖沙閘、左岸取水口及擋水壩段，閘壩軸線全長198.43 m。閘壩建筑物均建于覆蓋層上，閘頂高程為2 380 m，最大閘高23 m，基礎(chǔ)采用混凝土防滲墻防滲，最大深度約47.5 m，閘壩下設(shè)有振沖碎石樁以增加地基承載力。

近年來，堆石混凝土技術(shù)由于具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點，開始在小型水庫大壩、副壩、圍堰、明渠、擋墻和沉井等建筑物中應(yīng)用，但在大中型水電工程主要建筑物中，尤其是大壩等擋水建筑物中應(yīng)用較少。吉牛水電站右岸擋水壩段在設(shè)計中采用了該技術(shù)，進(jìn)行了大膽的工程實踐，將有利于該技術(shù)的總結(jié)和推廣。

2 堆石混凝土技術(shù)

堆石混凝土(Rock Filled Concrete，簡稱RFC)是在自密實混凝土( Self-Compacting Concrete ，簡稱SCC)[1]的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大體積混凝土技術(shù)。該技術(shù)充分利用了自密實混凝土高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機(jī)充填自密實混凝土，形成完整、密實、有較高強(qiáng)度的混凝土堆石體。

配制自密實混凝土的原理是通過外加劑、膠結(jié)材料和粗細(xì)骨料的選擇與配合比設(shè)計，使混凝土流動性增大，可以使混凝土自動流動，同時又具有足夠的塑性粘度，可令骨料懸浮于水泥漿中而不出現(xiàn)離析和泌水問題。自密實混凝土能自由流淌并充分填充模板內(nèi)的空間，形成密實且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)。

堆石混凝土由于其獨特的施工工藝使得其較常規(guī)混凝土具有很多顯著的工程和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：①堆石混凝土大量使用堆石，從而減少了膠凝材料的用量，簡化了施工工藝，降低了混凝土綜合成本；②堆石混凝土降低了水泥用量，水化溫升小，可以簡化甚至取消溫控措施。一般情況下，C20 等級堆石混凝土中的水泥含量不超過80 kg/m3，絕熱溫升不超過15℃；③堆石混凝土工藝簡便，施工快速，可大幅度提高施工效率，縮短工期；④堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于膠結(jié)堆石的專用自密實混凝土構(gòu)成。堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強(qiáng)度，抑制干縮變形，提高結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性等方面都具有一定的優(yōu)勢。

但目前堆石混凝土技術(shù)仍存在一些工程上需要解決的問題，如：①自密實混凝土對材料和配合比的要求較高，對水泥、粉煤灰、減水劑、水的稱量都有嚴(yán)格的誤差要求，在大規(guī)模施工時，質(zhì)量不易控制；②堆石料的入倉方式主要有兩種：一是具備交通道路時，采用自卸汽車直接將堆石運至倉面自然堆積；二是在不具備交通道路時，設(shè)置塔機(jī)、卷揚機(jī)等垂直起重設(shè)備，配合吊斗或鋼筋籠裝運堆石，對于高度不高的施工部位也可使用挖掘機(jī)或裝載機(jī)直接將石料堆放入倉。入倉方式困難是制約堆石混凝土施工效率的一個主要因素，特別是在模板、止水帶、大壩分縫等部位附近0.5～ 1 m 的位置需要人工堆石入倉，以避免機(jī)械施工對這些部位的損傷，施工效率更低；③堆石混凝土的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在大體積無筋混凝土工程部分，而對于布置有鋼筋的混凝土部位，堆石混凝土的大規(guī)?？焖偈┕な芟?，自密式混凝土與鋼筋的結(jié)合性能需要更多的試驗與工程實踐進(jìn)行驗證；④部分堆石混凝土已建工程出現(xiàn)了層面滲水現(xiàn)象，表明堆石混凝土層面是其薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)計與施工中應(yīng)該重點加以注意。

目前，應(yīng)用堆石混凝土技術(shù)的工程主要有河南保全抽水蓄能電站工程上庫副壩和沖溝回填、四川向家壩水電站工程圍堰沉井、山西清峪水庫大壩、山西恒山水庫除險加固工程、山西圍灘水電站工程大壩、洋莊防洪堤工程、西藏藏木水電站工程擋土墻和消力池底部回填、四川枕頭壩水電站導(dǎo)流明渠進(jìn)口巖埂缺口和混凝土圍堰上游側(cè)裹頭與巖埂間缺口部位。堆石混凝土技術(shù)在水電工程擋水大壩等主體建筑中應(yīng)用較少，因此，該技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，特別是在高壩大體積混凝土中的應(yīng)用還需進(jìn)行更多的研究和工程實踐。

3 堆石混凝土擋水壩設(shè)計

吉牛水電站右岸9#、10#、11#擋水壩段全長66.71 m，上游壩坡坡比為1∶0.4，下游壩坡坡比為1∶0.7，頂寬7.5 m，底寬24.2 m。

右岸擋水壩段全部建在覆蓋層上，覆蓋層最大厚度約80.8 m。由于覆蓋層各層均具有中等或強(qiáng)透水性，設(shè)計采用懸掛式混凝土防滲墻防滲，防滲墻深度為47.5 m，厚度為0.8 m。為增強(qiáng)地基承載能力并防止覆蓋層中沙層液化和減少地基不均勻沉降，對地基采用振沖碎石樁措施進(jìn)行了加固處理。

為了解決吉牛水電站工程建設(shè)中工期緊張的問題，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資，在吉牛水電站右岸9#、10#、11#擋水壩段中采用了堆石混凝土?？紤]到堆石混凝土密實性在大規(guī)模施工中不確定因素較多，可能出現(xiàn)滲水；同時，考慮到大壩迎水面部分區(qū)域布置有鋼筋，橫縫兩側(cè)布置有止水，因此大壩迎水面和橫縫兩側(cè)1 m 范圍內(nèi)不進(jìn)行堆石，而直接采用C20自密實混凝土澆筑，以保證迎水面有足夠的防滲性能，保證混凝土與鋼筋緊密結(jié)合，減少鋼筋施工受堆石混凝土的影響，防止因堆石混凝土施工而破壞止水。壩體頂部和壩體下游側(cè)由于有電纜溝、模板架立鋼筋等的影響，為方便施工，也采用厚度為1 m的C20自密實混凝土澆筑。由于基礎(chǔ)面上防滲墻需要與壩體采用止水緊密結(jié)合，且基礎(chǔ)面上如出現(xiàn)貫穿的混凝土滲漏通道極易造成地基滲透破壞而難以補(bǔ)救，為安全起見，大壩下部1.5 m采用C20常態(tài)混凝土。除此以外，全部采用C20堆石混凝土。

右岸9#、10#、11#擋水壩堆石混凝土量共計為12 553 m3，自密式混凝土和常態(tài)混凝土5 647 m3，堆石混凝土使用比例為69%?；炷练謪^(qū)設(shè)計情況見圖1。

圖1 混凝土分區(qū)設(shè)計斷面圖

4 堆石混凝土施工

(1)堆石料。

右岸擋水壩段采用的堆石料主要為河床卵石和開挖料，飽和抗壓強(qiáng)度(Rb)不小于50 MPa。要求最小粒徑不小于30 cm，最大粒徑以運輸、入倉方便為限，一般不大于1 m。施工時，少量堆石最小粒徑小于30 cm，但大于20 cm，少量堆石最大粒徑達(dá)1.5 m左右。由于石塊粒徑大小不一，為了保證堆石質(zhì)量，在現(xiàn)場使用鋼格篩對堆石料進(jìn)行了篩分。鋼格篩的使用提高了堆石效率，保證了堆石質(zhì)量。為了保證堆石料的含泥量滿足要求，現(xiàn)場專門建立了沖洗站對堆石進(jìn)行沖洗，沖洗后的堆石料滿足含泥量要求。

(2)堆石入倉方式。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在不同的高程采用兩種堆石方法。第一種方式是在大壩下部高程2 366 m以下時，采用自卸車?yán)M(jìn)倉，挖機(jī)倒運。這種堆石辦法簡單、有效，有很強(qiáng)的實用性，且堆石施工速度快；第二種是在大壩高程2 366 m以上時，采用挖機(jī)裝籃，汽車履帶吊吊石入倉并輔以人工實施。此方法對于現(xiàn)場有很好的適用性，但明顯降低了施工效率。堆石混凝土施工面貌見圖2。

圖2 堆石混凝土施工面貌

(3)澆筑層厚。

為保證自密實混凝土在不采用振搗手段的情況下填實堆石體，設(shè)計要求堆石層厚度為1.2～ 1.5 m。部分壩段倉面堆石粒徑不達(dá)標(biāo)的主要問題是粒徑太小，隨后采取了降低堆石層厚度的方法，保證了自密實混凝土充填密實。

(4)自密實混凝土的入倉方式。

現(xiàn)場自密實混凝土在拌合站生產(chǎn)，而后由罐車運送至壩前，根據(jù)現(xiàn)場情況使用挖機(jī)輔助入倉或者泵送入倉。

(5)層面處理。

每一倉的澆筑頂面留有塊石棱角，塊石棱角的高度高于自密實混凝土頂面5 ～ 20 cm，以便與下一倉的粘結(jié)。倉面上的混凝土乳皮、表層裂縫、由于泌水造成的低強(qiáng)混凝土(砂漿)以及嵌入表面的松動堆石均要求清除并進(jìn)行鑿毛處理?，F(xiàn)場鑿毛采用水泵沖毛和人工鑿毛兩種方式，根據(jù)倉面情況選擇合適的鑿毛方法，鑿毛效果滿足要求。

施工工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程圖

5 試驗與檢測

5.1 自密實混凝土配合比試驗

根據(jù)吉牛水電站擋水壩工程要求，所設(shè)計的自密實混凝土配合比應(yīng)滿足C20W4F150要求。經(jīng)室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試拌，吉牛水電站使用的自密實混凝土最終的理論配合比見表1，性能測試結(jié)果見表2，工作性能保持紀(jì)錄見表3。根據(jù)性能檢測結(jié)果，配合比能夠滿足設(shè)計強(qiáng)度和工作性能的要求。

表1 專用自密實混凝土配合比表 /kg·m-3

表2 專用自密實混凝土性能測試結(jié)果表

表3 工作性能保持紀(jì)錄表

5.2 堆石混凝土質(zhì)量檢測

為全面了解堆石混凝土質(zhì)量，吉牛水電站工程進(jìn)行了力學(xué)性能試驗、溫控、密實度、抗?jié)B性等檢測，各項檢驗指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，混凝土外觀無明顯缺陷。堆石混凝土28 d抗壓強(qiáng)度平均值為26.8 MPa，強(qiáng)度較高。水化溫升檢測結(jié)果表明堆石混凝土水化熱低，水化溫升小。以9#壩段高程2 366.2 m處溫控數(shù)據(jù)為例，該部位最高溫升溫度為33.21℃，最大水化溫升為8.63℃，該倉具體測溫數(shù)據(jù)見圖4。

6 結(jié) 語

堆石混凝土施工技術(shù)作為一種全新的大體積混凝土施工技術(shù)，由于其自身顯著的特點和優(yōu)勢，目前已開始在工程中推廣應(yīng)用。但在水電工程擋水大壩等主要建筑物中應(yīng)用較少，缺少工程實踐經(jīng)驗，從而制約了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣。吉牛水電站采用該技術(shù)進(jìn)行右岸擋水大壩設(shè)計，縮短了施工工期，節(jié)約了工程投資。施工過程中進(jìn)行了

圖4 9#壩段高程2 366.2 m處溫控數(shù)據(jù)示意圖

大量的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗，采用了多種措施控制工程質(zhì)量，積累了在擋水大壩中應(yīng)用堆石混凝土技術(shù)的經(jīng)驗，對推廣堆石混凝土技術(shù)具有重要的意義。