自密实堆石混凝土在围滩水电站的应用及试验研究

银俊梅

(山西省水利建设开发中心 太原 030002)

1 前言

围滩水电站位于晋城市泽州县金村镇围滩泉附近的丹河干流上，距晋城市区30km，是一座以发电、城市生活和工业供水为主，兼顾生态旅游等综合利用的中型水利工程。枢纽蓄水工程原设计为浆砌石重力坝，由溢流坝段、非溢流坝段及冲沙闸段组成，最大坝高59m，总库容722万m3，电站总装机1500kW，多年平均发电量613万kW·h。2009年4月，大坝工程开工，6月开始坝体浆砌石砌筑，到9月底坝体砌筑至437.0m高程。由于浆砌石坝体施工速度较慢，受地形条件限制，施工难度较大。为了加快施工进度、提高施工质量，经主管部门批准，大坝437.0m高程以上，坝体材料由浆砌石变更为自密实堆石混凝土。

2 自密实堆石混凝土的特点及设计指标

将大粒径的石块入仓、形成有空隙的堆石体，然后从堆石体上部浇入专用的自密实混凝土，利用其特有的高流动、抗离析、强填充黏结性能，依靠自重自动充填到堆石空隙中，形成完整、密实、高强度和低水化热的大体积混凝土。采用自密实堆石混凝土可使用机械进行仓内堆石，减少施工仓面人员，大大加快施工进度，而且可以提高坝体砌筑质量。设计要求自密实堆石混凝土的设计等级为C15F150W8，干密度不小于2400kg/m3。

3 原材料选用与配合比试验

3.1 原材料的选用

原材料选用除混凝土用减水剂外，均采用当地材料(见表1)。对水泥、砂、石子等原材料做了各种性能检测试验，均能满足设计强度要求。

3.2 自密实堆石混凝土配合比试验

对自密实混凝土配合比进行室内试验，用施工现场采集的各种原材料，依据《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)进行了自密实混凝土配合比的验证实验，结果见表2。

表中配合比1为清华大学提供的试验室配合比;配合比2为清华大学提供的围滩水电站堆石混凝土现场试验段的施工配合比。由表中可以看出围滩水电站堆石混凝土大坝施工中采用的自密实混凝土配合比是合适的，自密实混凝土性能良好。

表2 配合比试验

3.3 自密实堆石混凝土试坑检测试验情况

参考《浆砌石坝施工技术规定》(SD 120—84)中的相关规定，对堆石混凝土进行了试坑检测试验。按照设计自密实堆石混凝土施工技术要求，在堆石混凝土坝施工至不同高程时，分别挖了五个试验坑进行试验。所用铁制套环直径为150cm，套环的内径为138cm，环高20cm。挖坑最大直径约110cm，最大深度约60cm。挖坑前坑顶灌水试验分别测试了两次，用水位测针测试两次灌水量误差小于1%。采用先风镐打孔再撬挖取石的办法挖坑;并对挖出的石料和砂浆料分别称重计量。对挖出的石料和混凝土砂浆料取样送实验室分别进行含水量和密度的测试。结果数据见表3。

表3 试坑密度检测试验结果均值

通过五组试坑试验测得堆石混凝土坝体干密度均值为2494kg/m3，数据满足设计要求。

3.4 自密实堆石混凝土大试件物理力学性能试验

为了保证堆石混凝土大试件的质量，大试件的切取是在堆石混凝土满28天龄期切割的，物理力学性能按40天龄期和93天龄期进行试验，结果见表4。

表4 堆石混凝土大试件物理力学性能试验

续表

从表4中可以看出，堆石混凝土大试件各项物理力学性能测试值均达到或超过C15混凝土的标准值。图1～图4为堆石混凝土大试件各项物理力学性能测试的代表性图片。

4 堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的技术经济比较

4.1 堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的施工方案比较

堆石混凝土的堆石料一般应大于300mm，料场简易筛分、冲洗后即可入仓，既可自卸汽车入仓，也可用吊车、缆车入仓堆放。自密实混凝土可泵送直接入仓浇筑。简易和快捷的机械化施工方法，彰显了其独特的优势。堆石混凝土与浆砌石、常规混凝土的施工方案比较，见表5。

表5 堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的施工方案比较

4.2 堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的经济比较

堆石混凝土使用了大量的块石作为原材料，单位堆石混凝土的水泥含量很少，能大量利用当地材料，能源消耗少。围滩水电站坝体堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的单价分析比较，主要是进行直接费的比较，见表6。

表6 自密实堆石混凝土与浆砌石、C15混凝土的直接费比较 单位:100m3

续表

从表6的比较可以看出，自密实堆石混凝土较浆砌石投资多14.76元/m3，主要原因是C15自密实混凝土单价较M10水泥砂浆多83.15元/m3，其中自密实混凝土297.51元/m3中减水剂投资为140元/m3，约占自密实混凝土投资的47%。由于减水剂是清华大学的专利产品，单价较高，一般为20元/kg，按照围滩水电站试验的配合比2，该项投资较大。自密实堆石混凝土较普通C15混凝土投资少82.27元/m3。在今后的工程推广中，该项费用如果能大幅下降，自密实堆石混凝土在造价方面比浆砌石也会有一定的优势，较普通混凝土则有很大的经济空间，有很大的经济优势。

5结语

本文对自密实堆石混凝土的论述是在国内外缺乏相关资料的情况下，为解决工程关键技术问题，而进行的自密实混凝土配合比及强度等方面的研究，为设计和施工提供了必要的依据。虽然自密实混凝土的研究仍有一些问题有待进一步研究完善，但自密实混凝土具有广阔的应用前景。我省在建的恒山水库除险加固工程、清峪水库等均采用了自密实堆石混凝土，效果良好。

1 中国建筑标准设计研究院，等.自密实混凝土应用技术规程［S］.北京:中国计划出版社，2006.

2 安雪晖，黄绵松，大内雅博，金峰.自密实混凝土技术手册［S］.北京:中国水利水电出版社，2008.

3 中华人民共和国国家经济贸易委员会.水工混凝土外加剂技术规程［S］.北京:中国电力出版社，1999.

4 中华人民共和国水利部.水工混凝土试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2006.