梅丹

摘 要 貧膠混凝土英文名稱為Hard-Fill Concrete（HFC），或者Cement Sand and Gravel（CSG），此筑壩技術(shù)結(jié)合了面板堆石壩和碾壓混凝土壩的特點，具有適應(yīng)性廣、施工快捷、安全環(huán)保、投資經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性，是一種極富潛力的筑壩新技術(shù)。巴基斯坦NJ工程根據(jù)汛期行洪情況，為充分利用沉砂池開挖料，上游圍堰采用貧膠混凝土筑壩技術(shù)從施工效率和經(jīng)濟(jì)上均是首選。在有效時間30d的情況下圍堰總填筑量1.8萬m3，順利在2012年汛期前完成貧膠混凝土填筑，并順利通過2012年和2013年2個汛期考驗。

關(guān)鍵詞 貧膠混凝土；HFC；CSG；配合比設(shè)計及應(yīng)用

1 概述

貧膠混凝土筑壩技術(shù)結(jié)合了面板堆石壩和碾壓混凝土壩的特點，是國際上近年發(fā)展起來的新型筑壩技術(shù)，其特點是采用少量的膠凝材料（理論不超過100kg/m3水泥）和砂礫石材料拌和筑壩，使用高效率的土石方運輸機(jī)械和壓實機(jī)械施工，施工快速、節(jié)省投資、安全環(huán)保。與常規(guī)的混凝土和土石料筑壩相比，優(yōu)點明顯，近年在日本、土耳其、希臘等國家的水電工程得到應(yīng)用，其中以日本居多，主要應(yīng)用于圍堰筑壩。由于是一種新型筑壩技術(shù)，實踐研究剛剛起步，國際上無任何認(rèn)證的施工標(biāo)準(zhǔn)體系，故此技術(shù)在國內(nèi)工程施工中幾乎是空白，有資料可查的是2006年在福建洪口工程上游圍堰運用了貧膠混凝土筑壩技術(shù)，取得了良好的效果。貧膠混凝土在巴基斯坦NJ工程的成功運用給今后國內(nèi)外此類技術(shù)的研究及探討奠定了理論依據(jù)。

2 工程概況

巴基斯坦NJ工程位于巴基斯坦巴控克什米爾地區(qū)，為長隧洞引水式工程。本工程在尼魯姆河上建攔水壩和取水口，開挖一條軸線長28.6公里的引水隧洞將河水引入地下電站廠房，利用期間河水天然落差發(fā)電，電站尾水經(jīng)尾水洞再次匯入尼魯姆河。電站總裝機(jī)四臺，發(fā)電總?cè)萘?69兆瓦，工作水頭為420米。永久建筑物主要由右岸導(dǎo)流隧洞、混凝土重力壩、左岸進(jìn)水口和沉砂池、左岸引水隧洞、調(diào)壓井、地下廠房、開關(guān)站及附屬設(shè)施等組成。

3 貧膠混凝土配合比設(shè)計

3.1 設(shè)計要求

貧膠混凝土設(shè)計強(qiáng)度為91d齡期3MPa，骨料最大粒徑250mm，全料含泥量小于5%。VB值控制在14s～19s，現(xiàn)場壓實度大于98%。

3.2 試驗材料

水泥采用FAUJI OPC水泥，其物理性能指標(biāo)均滿足要求。

骨料采用來源于沉砂池沙礫料。圖1列出本次室內(nèi)拌和用沙礫料尺寸分布。

圖1 室內(nèi)拌和用沙礫料粒徑尺寸分布

從圖1可以看出，本次試驗用沙礫料級配曲線平滑，說明級配良好，但是沙礫料砂率偏低，僅17.8%，低于試驗研究的理想值27%～35%?？紤]到現(xiàn)場施工操作便利和經(jīng)濟(jì)因素，本次試驗未另外添加人工砂以補(bǔ)充砂率，先進(jìn)行室內(nèi)試驗檢驗強(qiáng)度指標(biāo)是否能達(dá)到設(shè)計要求。

為保證施工質(zhì)量，現(xiàn)場施工用沙礫料料源優(yōu)選含砂率相對豐富的區(qū)域，施工期間實測沙礫料含砂率基本處于20%～30%范圍。從現(xiàn)場碾壓效果情況看，表面平整光滑，局部骨料集中、缺砂的范圍較少。

3.3 配合比設(shè)計

參考國內(nèi)外貧膠混凝土配合比，其容重值一般為2200kg/m3～2400kg/m3，適宜采用容重法進(jìn)行配合比設(shè)計，擬采用理論容重值為2400kg/m3。膠凝材料用量選擇上，參考試驗研究推薦的60～100kg/m3，考慮到本次試驗用砂礫料含砂率偏低，故擬采用100kg/m3水泥用量。水灰比分別采用1.0和0.8。成型方法按照美國ASTM C1176碾壓混凝土成型標(biāo)準(zhǔn)，即試模尺寸選取Φ150×300mm，配重塊為9.1kg，分三層振搗，振搗時間為拌和物表面返漿為準(zhǔn)。由于VB值控制值較大，兩個配合比拌和物均顯得干澀，部分試件表面蜂窩麻面較多，主要是膠凝材料和砂率偏低造成?？傮w成型質(zhì)量水灰比1.0的試件表面相對要略好于水灰比0.8。具體室內(nèi)試驗成果見表1。

從表1試驗成果可以看出，兩個配合比參數(shù)的28d抗壓強(qiáng)度均大于3 MPa，并且水灰比1.0的容重和抗壓強(qiáng)度均大于水灰比0.8。主要由于水泥用量一定，用水量的降低，極易造成拌和物干澀影響成型質(zhì)量，最終影響強(qiáng)度結(jié)果。綜合分析后擬采用水灰比1.0配合比參數(shù)作為施工配合比。

4 現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗

為驗證貧膠配合比適用性并確定生產(chǎn)施工工藝，需在正式施工前進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗。本次使用沙礫料含砂率25.5%，基本接近理想值。以下從四個方面闡述試驗內(nèi)容。

4.1 施工工藝

（1）拌制、攤鋪及碾壓工藝。拌制：砂礫石計量按反鏟斗容量計算水泥用量。為保證水泥拌和均勻性，采用分層投料拌和，并在每層拌和中噴曬適量拌和用水。拌和料現(xiàn)拌現(xiàn)用，現(xiàn)場存放時間不宜超過2小時。

攤鋪：機(jī)械設(shè)備入倉前需在洗車區(qū)內(nèi)將車輪和履帶沖洗干凈方可入倉。貧膠混凝土采用平攤法鋪料，推土機(jī)平整。使用人工及時分散集中的骨料，并將最大粒徑超過250mm骨料剔除。對于攤鋪完成后粗集料集中的表面，采用人工鋪灑細(xì)集料填補(bǔ)。攤鋪厚度控制在40cm～45cm，壓實厚度控制在35cm左右。厚度控制方法參考模板處每35cm標(biāo)示層面線。攤鋪、碾壓完成后，采用方格網(wǎng)測量的方式檢查實際攤鋪厚度和壓實厚度。

碾壓：采用25t輪式振動碾錯輪碾壓方式即后退輪幅覆蓋前進(jìn)輪輻半幅輪距，行駛速度為1～2km/h，行進(jìn)方式錯輪碾壓。碾壓遍數(shù)2+X+2遍意為先2遍靜碾找平，X遍為強(qiáng)振碾壓，在動碾完成后需對貧膠混凝土表面進(jìn)行收面處理，采用輪式振動碾弱振快速行駛碾壓2遍，周邊和局部采用手扶式振動碾碾壓，直至整個幅面返漿充分。

（2）冷縫處理。每個層面施工必須在12小時內(nèi)完成，否則按冷縫處理。參考在用碾壓混凝土冷縫處理方式，層面鋪灑5mm～10mm厚層面砂漿方式處理。

（3）變態(tài)砼。為降低引水面及岸坡建基面的滲透，上下游模板區(qū)域及岸坡段1m寬的范圍內(nèi)進(jìn)行人工表面灑漿振搗方式。參考在用碾壓混凝土加漿量，水泥漿液水灰比0.50，按照40L/m3加漿。拆模后觀察變態(tài)混凝土表面平整、光滑、無蜂窩麻面，說明加漿量充分。

4.2 現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗主要包括VB值和壓實度測試。其中VB值控制均在14s～19s范圍內(nèi)；壓實度測試分別在碾壓遍數(shù)2+6+2和2+8+2后進(jìn)行，現(xiàn)場用灌水法分別檢測的碾壓遍數(shù)2+6+2壓實度度為91.9%（2188kg/m3）、碾壓遍數(shù)2+8+2壓實度為98.2%（2337kg/m3），故選取2+8+2為推薦碾壓遍數(shù)。由于貧膠混凝土為現(xiàn)場拌和，現(xiàn)場加水量不宜控制，影響VB值波動，故施工期間實際動碾遍數(shù)要求不低于8遍，以表面返漿，無明顯車痕控制為準(zhǔn)。統(tǒng)計施工期間實測干密度在2340kg/m3～2422kg/m3范圍、平均值2367 kg/m3。

4.3 室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗主要包括抗壓強(qiáng)度測試。本次成型7d齡期和28d齡期試件，其中7d齡期強(qiáng)度非常低，幾乎無法進(jìn)行試驗，28d齡期強(qiáng)度也僅有1.93MPa、2.20MPa和2.76MPa。分析強(qiáng)度偏低原因，主要是現(xiàn)場不方便架設(shè)振動臺，樣品只能托運回試驗室成型，期間耗時過長，加上8月份中午氣溫較高，水分損失較快，導(dǎo)致室內(nèi)成型效果不佳。以上情況充分說明，現(xiàn)場拌和料只有隨拌隨用，縮短運輸、攤鋪、碾壓工序時間，盡早封閉混凝土表面，避免水分散失是貧膠混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素。施工期間避免水分散失可采取噴霧方式補(bǔ)充水分是行之有效的解決途徑。統(tǒng)計施工期間抗壓強(qiáng)度，其中28d齡期在2.4MPa～5.6MPa范圍、平均值4.0MPa，91d齡期在3.7MPa～8.9MPa范圍、平均值6.5MPa。

4.4 現(xiàn)場取芯

當(dāng)貧膠混凝土達(dá)到28d齡期時，進(jìn)行現(xiàn)場取芯。觀察芯樣表面光滑、平整，主要因為本次生產(chǎn)性試驗用沙礫料含砂率25.5%高于室內(nèi)拌和試驗17.8%， 含砂率的提高，易使骨料間膠結(jié)密實。本次芯樣測試抗壓強(qiáng)度6個，分布在3.6MPa～5.6MPa范圍、平均值4.1MPa，均滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。

5 運行概括

上游貧膠混凝土圍堰施工期僅僅用時一個月，總填筑量1.8萬m3，期間嚴(yán)格按照現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗成果進(jìn)行工藝流程控制，確保了工程質(zhì)量。建成后經(jīng)歷2012年和2013年兩次洪水，均安全度汛，壩體至今安全、穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

貧膠混凝土在高度20m的巴基斯坦NJ工程上游過水圍堰得到了成功應(yīng)用，實踐證明其綜合了面板堆石壩和碾壓混凝土壩兩種主流壩的優(yōu)點，具有壩基適應(yīng)性廣、施工快捷、安全環(huán)保、投資經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性，是一種極富潛力的筑壩新技術(shù)，今后國內(nèi)外工程可以此借鑒，逐步推廣應(yīng)用。