付紅波

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司,西安 710075)

堆石混凝土在烏東德水電站導(dǎo)流圍堰中的應(yīng)用

付紅波

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司,西安 710075)

烏東德水電站是長(zhǎng)江干流的特大水電站工程，關(guān)乎工程度汛安全。其右岸導(dǎo)流洞工期異常緊張，經(jīng)過研究并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工全部采用堆石混凝土澆筑，最終大大地縮短了工期，節(jié)約了成本，堆石混凝土的澆筑效果完全滿足設(shè)計(jì)要求。

堆石;混凝土;導(dǎo)流圍堰;烏東德水電站

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

烏東德水電站位于云南省祿勸縣和四川省會(huì)東縣交界的金沙江干流上，右岸隸屬云南昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川涼山州會(huì)東縣，電站距昆明市約240 km。裝機(jī)容量10 200 MW，正常蓄水位高程975.0 m，相應(yīng)庫容58.63億m3。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩、壩頂高程988.0 m，最大壩高265 m。其右岸導(dǎo)流隧洞出口圍堰堰頂高程842.5 m，最大堰高37.5 m，其中堆石混凝土最高22.5 m。迎水側(cè)為直立坡，背水側(cè)為臺(tái)階式。圍堰軸線全長(zhǎng)約277.7 m，圍堰頂寬5.4 m,混凝土方量2.9萬m3。

1.2 堆石混凝土簡(jiǎn)介

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete，簡(jiǎn)稱RFC)技術(shù)是由清華大學(xué)水利水電工程系發(fā)明并獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)的新型大體積混凝土施工技術(shù)，具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉、施工速度快等特點(diǎn)。先將滿足一定粒徑要求的塊石(或卵石)自然堆滿倉面，然后在堆石體表面澆注滿足特殊要求的專用自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)，無需振搗僅依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實(shí)的混凝土，其構(gòu)成如圖1所示。

2 應(yīng)用背景

由于安全度汛的要求，烏東德水電站右岸導(dǎo)流洞出口圍堰主要難點(diǎn)為工期緊，砂石料生產(chǎn)系統(tǒng)中砂生產(chǎn)能力不足，導(dǎo)致混凝土拌和站的常態(tài)混凝土拌和能力有限，采用堆石混凝土可有效解決以上問題，另外結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原材料及施工條件開展堆石混凝土現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，從技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)等方面全面考察堆石混凝土在烏東德水電站其他工程中應(yīng)用的可行性。

圖1 專用自密實(shí)混凝土充填堆石體形成堆石混凝土示意圖

3 堆石混凝土施工要求

3.1 原材料

堆石料應(yīng)新鮮、完整，質(zhì)地堅(jiān)硬，不得有剝落層和裂紋；堆石料可以使用毛石、塊石、粗料石和卵石，其中部或局部厚度不宜小于30 cm，最大粒徑以運(yùn)輸、入倉方便為限，且不宜超過1.0 m；允許使用少量片石但其重量不得超過堆石料總重的10%；堆石料的含泥量、泥塊含量應(yīng)符合表1的指標(biāo)要求。

表1 堆石料的含泥量和泥塊含量指標(biāo)表

3.2 堆石入倉

堆石料入倉之前，應(yīng)沖洗干凈，確保入倉石塊不附著泥土；粒徑較大的堆石置于倉面的中下部，粒徑較小的堆石置于倉面的中上部；對(duì)于粒徑超過800 mm的大塊石，宜放置在倉面中部，以免影響堆石混凝土表層質(zhì)量；在堆石過程中，堆石體外露面所含有的粒徑小于100 mm的石塊數(shù)量不得超過10塊/m2。

3.3 自密實(shí)混凝土生產(chǎn)

(1) 自密實(shí)混凝土因采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行拌和，與生產(chǎn)常態(tài)混凝土相比應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，生產(chǎn)過程中應(yīng)測(cè)定骨料的含水率，每一個(gè)工作班應(yīng)不少于2次。當(dāng)含水率有顯著變化時(shí)，應(yīng)增加測(cè)定次數(shù)，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整用水量及骨料用量，不得隨意改變配合比。

(2) 自密實(shí)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。自密實(shí)混凝土無需振搗，靠其自重填充密實(shí)，因此自密實(shí)混凝土工作性能的檢測(cè)方法與常態(tài)混凝土不同，主要采用坍落度、坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)和V形漏斗通過時(shí)間試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，3項(xiàng)指標(biāo)須滿足指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

3.4 自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸

(1) 自密實(shí)混凝土的運(yùn)

輸時(shí)間應(yīng)滿足規(guī)定要求，未作規(guī)定時(shí)，宜在60 min內(nèi)卸料完畢。初凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)情況加以控制，如需延長(zhǎng)運(yùn)送時(shí)間，應(yīng)采用相應(yīng)技術(shù)措施，并應(yīng)通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

(2) 在自密實(shí)混凝土卸料前，如需對(duì)自密實(shí)混凝土擴(kuò)展度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，加入專用外加劑后自密實(shí)混凝土攪拌運(yùn)輸車應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)3 min，使自密實(shí)混凝土均勻一致，經(jīng)檢測(cè)合格后方可卸料。調(diào)整后，如仍不能滿足性能要求，應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師指定位置處理。

表2 自密實(shí)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)表

3.5 自密實(shí)混凝土的澆筑

(1) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土要進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的混凝土坍落擴(kuò)展度低于設(shè)計(jì)下限值不得施工，可采取經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)的可靠方法調(diào)整坍落擴(kuò)展度。

(2) 自密實(shí)混凝土澆筑點(diǎn)應(yīng)均勻布置，澆筑點(diǎn)間距不宜超過2 m。在澆筑過程中應(yīng)遵循單向逐點(diǎn)澆筑的原則，一個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后方可移至下一澆筑點(diǎn)，澆筑點(diǎn)不應(yīng)重復(fù)。

(3) 自密實(shí)混凝土澆筑中斷4 h以上時(shí)，應(yīng)首先澆筑同配合比的自密實(shí)砂漿，使其完全覆蓋堆石體內(nèi)已喪失流動(dòng)性的混凝土表面，然后澆筑自密實(shí)混凝土。

4 典型倉號(hào)施工過程

4.1 倉號(hào)位置及規(guī)格

倉號(hào)設(shè)置為長(zhǎng)6 m、寬4 m(圍堰頂寬)、高2 m。試驗(yàn)倉與地面間有厚25 cm、寬5 m、長(zhǎng)7 m的常態(tài)混凝土墊層，與墊層接觸面上預(yù)留3個(gè)水平PVC管爆破孔，PVC管間距為2 m，中下游面模板做成60 cm厚的常態(tài)混凝土擋墻，詳細(xì)情況見圖2。

圖2 典型倉號(hào)橫剖面圖

4.2 堆石入倉

堆石過程為選石—塊石沖洗—堆石入倉—平倉，由于墊層與試驗(yàn)倉間需放置PVC爆破管，為防止堆石時(shí)將PVC管砸壞，試驗(yàn)倉的底層堆石為人工堆石，堆石高度達(dá)到40 cm后，挖機(jī)進(jìn)行堆石入倉，整倉堆石沖洗干凈，粒徑符合要求，堆石較飽滿。堆石過程照片見圖3。

圖3 倉內(nèi)堆石情況圖

4.3 SCC生產(chǎn)及澆筑

SCC用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，上料系統(tǒng)全自動(dòng)，生產(chǎn)時(shí)設(shè)定每盤拌和量為2 m3，拌和時(shí)間為90 s，生產(chǎn)配合比見表3。

表3 單方理論配合比及生產(chǎn)配合比表 /kg

4.4 SCC質(zhì)量

4.4.1 SCC狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)

澆筑過程SCC檢測(cè)數(shù)據(jù)及澆筑效果見表4和圖4。

表4 SCC檢測(cè)數(shù)據(jù)表

圖4 澆筑完成照片

從檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，SCC性能穩(wěn)定，質(zhì)量?jī)?yōu)良，能夠滿足施工要求。

4.4.2 SCC強(qiáng)度

生產(chǎn)時(shí)留取150 mm×150 mm×150 mm的試塊3組，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，分別測(cè)3、28 d強(qiáng)度,見表5。

表5 3組試塊測(cè)3、28 d強(qiáng)度具體數(shù)值表 /MPa

所檢混凝土試塊28 d抗壓強(qiáng)度為24.7 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的164.7%。該配合比能夠滿足C15的設(shè)計(jì)要求。

4.5 外觀面

澆筑完成18 h后進(jìn)行拆模，外觀面整體效果很好，無蜂窩麻面。

5 壓水試驗(yàn)

5.1 壓水試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)按SL31-2003《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)要求進(jìn)行，采用鉆孔成井壓水，按3級(jí)壓力、5個(gè)階段,即P1-P2-P3-P4(=P2)-P5(=P1),P1

圖5 壓水試驗(yàn)示意圖

5.2 試驗(yàn)計(jì)算

按下式計(jì)算出隔離段的透水率q(由于試驗(yàn)倉均位于地表以上，故省略觀測(cè)穩(wěn)定地下水位流程)：

式中：q為試驗(yàn)段的透水率，Lu；Q為穩(wěn)定計(jì)算流量，L/min；L為試驗(yàn)長(zhǎng)度，m；P為穩(wěn)定計(jì)算流量對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)壓水，MPa。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

從自動(dòng)記錄儀上獲得ZK-YS-01孔各級(jí)壓力下試段的透水率見表6。

表6 各級(jí)壓力下試段的透水率表

依照SL31-2003《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)要求，對(duì)堆石混凝土進(jìn)行壓水試驗(yàn)，水壓最大為0.39 MPa，高于圍堰最高水頭壓力0.22 MPa。而在此水壓下，堆石混凝土的透水率為0，滿足設(shè)計(jì)值。

6 芯樣分析

芯樣編號(hào)見表7。

表7 芯樣編號(hào)表

ZK-YS-01號(hào)孔共取芯樣15段，全長(zhǎng)1.5 m，無混凝土與塊石斷裂面，芯樣總體較好,表面光滑，無孔洞及不密實(shí)現(xiàn)象，從芯樣細(xì)節(jié)圖可以看出，混凝土與塊石膠結(jié)良好，混凝土中骨料分布均勻。具體照片如圖6。

圖6 ZK-YS-01號(hào)芯樣細(xì)節(jié)照片

7 結(jié) 語

烏東德水電站是長(zhǎng)江干流的特大水電站工程，其右岸導(dǎo)流洞受因民組第二段薄層-極薄層大理巖化白云巖的影響，工期異常緊張，出口圍堰最大堰高37.5 m，混凝土方量2.9萬m3，是右岸導(dǎo)流洞工程關(guān)鍵項(xiàng)目，關(guān)乎工程度汛安全。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程應(yīng)用考驗(yàn)，最終全部采用堆石混凝土澆筑，最終施工工期由原計(jì)劃的90 d縮短到56 d，節(jié)約成本290萬元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯。

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Application of Rockfill Concrete in Diversion Cofferdam, Wudongde Hydropower Project

FU Hong-bo

(China Hydro Consulting Engineering Corporation, Northwest Branch, Xi'an 710075,China)

Wudongde Hydropower Project is a super large one on the main stream of the Yangtze River. Its safety during the flood season is very crucial. The construction period of the diversion tunnel on right bank is very short. Through careful study and in combination of site test, the cofferdam is completely built with rockfill concrete, which largely shortens the construction period and reduce the cost. The placement of the rockfill concrete fully satisfied design requirements.

rockfill; concrete; river diversion cofferdam; Wudongde Hydropower Project

1006—2610(2015)02—0056—04

2014-12-28

付紅波(1978- ),男,河南省三門峽市人,工程師,建設(shè)部注冊(cè)監(jiān)理工程師,建設(shè)部注冊(cè)一級(jí)建造師,建設(shè)部注冊(cè)造價(jià)工程師,主要從事水利水電工程項(xiàng)目管理工作.

TV544.923;TV551.3

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.014