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黄家湾水利枢纽工程中堆石混凝土的应用

2020-07-14 378 上传者：管理员

摘要：黄家湾水利枢纽为Ⅱ等大(2)型工程，副坝为堆石混凝土重力坝。对堆石混凝土原材料，配合比设计，堆石混凝土施工工艺、现场质量控制和检测等方面进行了研究。通过现场挖坑试验，自密实混凝土与堆石块体结合密实，各项性能指标均达到设计要求。堆石混凝土在黄家湾水利枢纽工程中的应用，对于堆石混凝土的推广起到了积极的作用，也为其他同类工程提供借鉴。

关键词：
堆石混凝土
水利工程
水工材料
质量控制
黄家湾水利枢纽
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堆石混凝土是根据施工要求将具有高流动性的自密实混凝土随机填充于由较大粒径块石体堆砌的仓面内，混凝土无需振捣仅依靠自重自流填充堆石体内空隙，形成完整密实的混凝土，如图1所示。堆石混凝土主要具有的优点有:1)施工速度快，质量有保证;2)强度高、耐久;3)造价相对较低;4)水化热温升较低，温控措施相对简化;5)适应面广。

图1 堆石混凝土示意图

1、工程概况

黄家湾水利枢纽工程副坝坝址河谷为较对称“V”型横向谷，谷底宽5.6 m，沟底高程1 037.55 m，正常蓄水位1 055.0 m高程时，河谷宽63.4 m，高宽比为3.63。两岸地形较完整，自然边坡为斜向坡，地形坡度25°～30°，坡体稳定。沟底及右岸第四系覆盖层广布，主要为残坡积粘土夹碎石层，一般厚0 m～6 m，局部溶蚀风化深槽，厚度达11.7 m。下伏基岩为二叠系上统长兴组的浅灰、灰色中厚层灰岩，岩层倒转倾上游，产状120°∠45°，垂直强风化层厚度4 m～8 m。沟底地下水位为1 030.5 m，两岸坡地下水位比沟底高，平均水力坡降为3%～5%。坝基(肩)弱风化岩体为灰岩，呈层状结构。

黄家湾水利枢纽工程副坝为堆石混凝土重力坝，坝顶高程为1 056 m，建基面高程为1 025 m，坝高31 m，坝顶轴线长度94 m。坝体迎水面坡比为1∶0.4，背水面坡比为1∶0.45。坝基水平段为1 m厚C25常态混凝土垫层，两坝肩边坡上为1 m厚C20自密实混凝土垫层，坝基设有固结灌浆和帷幕灌浆，坝体中间为堆石混凝土，堆石混凝土分为一、二期，一期堆石混凝土为坝体内浇筑部分，二期混凝土为副坝坝踵及坝址回填部分，堆石混凝土设计等级为C9015。上下游面为C20自密实防渗混凝土，下游坝面和坝顶上设有1 m×1 m C25混凝土排水沟，坝体迎水面与开挖形成的边坡之间的空隙采用堆石混凝土回填，背水面采用堆石回填。

2、堆石混凝土材料要求

2.1 堆石料

采用陇艾料场石料，石料新鲜、完整，质地坚硬，无裂纹，无泥块。石料粒径大于30 cm，最大粒径不超过1.0 m。严格控制片石料入仓，其重量不超过堆石料总重的10%，且均匀分散布置。堆石料的饱和抗压强度满足设计强度30 MPa要求。

2.2 水泥

本工程采用贵州长顺凯峰P.O42.5普通硅酸盐水泥，该水泥各项性能符合GB 175—2007通用硅酸盐水泥的要求，检测结果见表1。

表1 水泥的物理力学性能检测结果

2.3 掺合料

本工程采用的贵州卓圣丰业环保新型材料开发有限公司生产的粉煤灰，粉煤灰各项指标满足GB/T 1596—2017用于水泥和混凝土中的粉煤灰中Ⅱ级粉煤灰的技术要求，检测结果见表2。

表2 掺合料的性能检测结果

2.4 骨料

粗、细骨料为自有砂石料场生产的人工骨料。骨料无碱活性，级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、孔隙率低。砂子细度模数为2.76，属于中砂。自密实混凝土选用5 mm～20 mm粒径的石子作为粗骨料，针片状含量不超过8%，检测结果见表3。

表3 砂石骨料性能检测结果

2.5 外加剂

应选择一种专用优质的外加剂，并考虑水泥与外加剂的适应性，外加剂掺量过高、工作性能损失过快，泌水以及缓凝甚至不凝等问题，保证自密实混凝土具备高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性。本工程选用了北京华石纳固科技有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，型号HSNG-T，外加剂各项检测指标满足GB 8076—2008混凝土外加剂中高性能减水剂的要求，检测结果见表4。

表4 减水剂性能检测结果

3、配合比设计

自密实混凝土配合比设计应采用绝对体积法，按照DL/T 5720—2015水工自密实混凝土技术规程进行设计。应满足以下要求:

1)单位体积骨料量应满足0.27 m3～0.33 m3之间。2)单位体积专用自密实混凝土用水量一般在170 kg/m3～200 kg/m3。3)水粉比取0.80～1.15(体积比)。4)单位体积粉体量为0.16 m3～0.20 m3。5)外加剂掺量应根据所需的专用自密实混凝土性能经过试配确定。通过配合比设计，最终选定的C20自密实混凝土配比参数见表5。

表5 自密实混凝土配合比

4、堆石混凝土施工

4.1 仓面清理

清除基础表面杂物、泥土，撬挖松动石块，清除浮石虚渣，并冲洗干净且无积水。混凝土施工缝必须将混凝土软弱部分完全剔除，包括浮浆，乳皮层及浇筑时产生的无强度泡沫。自密实混凝土浇筑宜以大量块石超过浇筑面50 mm～150 mm为限并加强层间结合作为仓面控制标准。

4.2 模板支立

本工程经过现场生产性试验确定堆石混凝土每仓浇筑高度为1.5 m，即模板支立高度为1.5 m。模板采用组合钢模板，模板尺寸为0.6 m×1.5 m，采用“U”型扣拼装，采用48.3钢管作为内外龙骨，12钢筋作内拉杆拉结加固。满足刚度、强度和稳定性要求的支立模板，能够承受自密实混凝土浇筑时的侧压力。控制刚度、坡度、平整度，特别是外围模板位置的正确性，以确保结构轮廓尺寸与设计图纸相一致是本工程模板工程验收重点。

4.3 堆石入仓

全面检查进仓块石质量，本工程选用新鲜完整，质地坚硬无剥落层、无裂纹的块石。入仓块石遵循“下大上小，中大外小”的原则，对于粒径过大的块石体将其破碎成满足粒径要求的块石后入仓，粒径小于30 cm的块石体要求分开运输并分散堆放于仓面内。在模板附近堆石时，选用粒径小的块石且保持距模板边缘20 cm～50 cm。堆石体外露面所含有的粒径小于200 mm的石块数量不超过10块/m3，如图2所示。

图2 堆石入仓

4.4 自密实混凝土拌和、运输

通过自建的拌合站，严格按照自密实混凝土配合比进行配制。混凝土的工作性能检测可采用坍落度、坍落扩展度试验、V漏斗等试验。自密实混凝土的运输采用混凝土罐车，混凝土出仓后30 min内浇筑完成，保证自密实混凝土的性能效果。

4.5 自密实混凝土浇筑

采用泵送和溜槽相结合的入仓方式输送自密实混凝土，采用多点浇筑法浇筑仓面，如图3所示。为保证堆石混凝土浇筑密实，浇筑点应连续分布，间距不超过3 m，本工程每隔9 m2布置一个浇筑点。待浇筑点处的自密实混凝土灌满后方可移自相邻点位进行浇筑。为了有利于下个仓面的层面结合良好，应控制浇筑高度，保证混凝土面低于堆石面10 cm～20 cm。整个仓面浇筑完成后加强养护，待混凝土强度达到5 MPa后进行下一层浇筑。

图3 自密实混凝土浇筑

4.6 养护

养护采用土工布覆盖洒水湿润养护，有效保持仓面湿润，并派专人负责养护工作。堆石混凝土在浇筑完6 h～18 h开始洒水养护，养护时间不少于28 d。拆除模板后，在表面覆挂麻袋、草帘等覆盖物，避免阳光直照堆石混凝土表面。

5、浇筑质量控制和检测

5.1 自密实混凝土工作性能

可采用坍落度、坍落扩展度、V漏斗等试验检测自密实混凝土的工作性能。经现场检测，坍落度267 mm～275 mm，坍落扩展度732 mm～743 mm,V漏斗通过时间7 s～11 s，如图4所示。从现场性能检测看，自密实混凝土的流动性能较好，浆体富裕，骨料与浆体无分离现象，混凝土基本不泌水，粘聚性较好，满足设计指标要求。

图4 坍落度及扩散度试验

5.2 自密实混凝土抗压强度

自密实混凝土抗压强度采用150 mm标准立方体试模，经标准养护，检测不同龄期下混凝土抗压强度。多组取样检测结果表明，28 d龄期抗压强度最大值27.5 MPa，最小值22.6 MPa，平均值24.9 MPa，满足设计等级要求。

5.3 自密实混凝土抗冻、抗渗

自密实混凝土抗冻、抗渗性能检测参照SL 352—2006水工混凝土试验规程进行。对副坝自密实混凝土成型抗冻抗渗试件，检测结果表明:混凝土抗冻等级达到F50设计等级要求，抗渗等级满足W6设计等级要求。

5.4 堆石混凝土挖坑试验

参照SD 120—84浆砌石坝施工技术规定中的相关规定，在大坝高程1 037.2 m处人工使用风镐和撬棍挖取长、宽各1 m、深度1.05 m的试坑，如图5所示。对堆石混凝土容重、堆石与混凝土的比例进行检测。检测结果表明，堆石混凝土中胶结料占比48%，堆石混凝土干容重2 530 kg/m2，满足设计指标2 500 kg/m2要求。

图5 挖坑试验

6、结语

黄家湾水利枢纽工程副坝堆石混凝土已完工，自密实混凝土流动性能较好，浆体富裕，骨料与浆体无分离现象，粘聚性较好。现场挖坑试验检测结果表明，自密实混凝土与堆石料的胶结致密、良好，堆石混凝土中胶结料占比48%，堆石混凝土干容重2 530 kg/m2，满足设计要求。充分发挥了堆石混凝土施工速度快、造价低、质量有保证等优势，有利于堆石混凝土的推广，为今后同类工程的建设提供借鉴。

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王宇,方伟.堆石混凝土在黄家湾水利枢纽工程中的应用[J].山西建筑,2020,46(14):157-159.

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期刊名称：中国水利水电科学研究院学报

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主管单位：水利部

主办单位：中国水利水电科学研究院

出版地方：北京

专业分类：水利

国际刊号：1672-3031

国内刊号：11-5020/TV

邮发代号：82-54

创刊时间：2003年

发行周期：双月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：1年以上

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