堆石混凝土(RFC)在布尔津山口电站围堰方案中的设计与应用

丁照祥 李新江 李海涛

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

布尔津山口电站工程规模为大(2)型，工程等别为Ⅱ等，总库容2.22亿m3。布尔津河发源于阿尔泰山脉，主河道呈“V”形，主河床比较狭窄，河道呈转弯状，施工导流采用河床一次断流、上下游围堰挡水、左岸导流隧洞全年导流的方式。导流设计洪水标准采用P=10%(10年一遇)的全年洪水，相应洪峰流量为1594m3/s。

该工程2007年开工后，到2010年初，阿勒泰地区遭受60年不遇大雪，在汛期中，据该河各支流水文站点实测数据汇总最大洪峰流量为1950 m3/s，超过原设计洪水标准P=10%(10年一遇)的洪峰流量，反映出了土石型围堰抵御超标准洪水的不足，对土石型围堰的设计方案进行了调整。经分析及咨询后，围堰采用10年一遇度汛标准、混凝土结构。围堰设计的标准应为:可以挡10年一遇洪水，解决遭遇超过10年以上超标准洪水时堰顶溢流下泄洪水能力的问题，避免围堰溃决时对河道下游和工程本身形成大的安全隐患，同时具有工艺简单、施工速度快以及经济合理的特性。

2 混凝土围堰方案研究选型

2.1 围堰设计原则

a.围堰为临时建筑物，建筑物等级为4级，

能够满足拦蓄P=10%洪水的设计要求。

b.考虑施工场地的限制，充分利用施工场地，减少不必要工程投资。

c.考虑利用现场的砂石骨料、块石弃渣等筑坝材料，减少弃料的环境影响。

d.充分考虑气象条件对施工的影响以及施工单位的实际情况。

2.2 围堰浇注方式的比选

a.常态混凝土:振捣、冷却水管等工序多，水化热高，温控复杂，容易开裂，成本高。

b.混凝土砌石、埋石混凝土:技术要求低，材料成本低，适合中小型工程，但机械化程度低，质量控制难，人工成本越来越高，逐渐淘汰。

c.碾压混凝土:要求大仓面，重型机械，仅适合大中型工程，工程量小时没有优势。

d.压浆混凝土:成本高，应用范围窄，主要是水下混凝土等特殊部位。

e.自密实混凝土:新技术，施工方便，但水化热高，温控困难，成本高，难以适应大体积混凝土。

f.堆石混凝土:施工工艺简单，综合单价低，水化温升低，易于现场质量控制，施工效率高，工期短，现场石渣量大，块石材料丰富。

g.胶凝砂砾石:骨料就地取材，胶凝材料用量少，施工工艺简单。

3 围堰基本方案的比选

经过各方面分析、咨询结果，围堰形式初步拟定为混凝土围堰，挡水标准为P=10%，综合本工程的实际现状，考虑经济、工期及混凝土浇筑方式，初步拟定为堆石混凝土与胶凝砂砾石两种方案，并进行技术、经济的比选。

3.1 堆石混凝土方案

围堰基本断面拟定以P=10%洪水标准为例，经过计算，初拟围堰断面为三角形:围堰顶高程597.0m，建基面高程569.33m，围堰顶宽度为6m，围堰上游面直立，围堰下游起坡点高程为堰顶高程603.00m，下游坡度1∶0.75，浇筑层高1.8m(见图1)。

图1 堆石混凝土型围堰标准断面

3.2 胶凝砂砾石方案

围堰基本断面拟定以P=10%洪水标准为例，经过计算初拟围堰断面为梯形，围堰顶高程597.0m，建基面高程569.33m，围堰顶宽度为6m，围堰上游面边坡坡度为1∶0.30，围堰下游边坡坡

度为1∶0.75，浇筑层高1.8m，分缝长度40m(见图2)。

图2 堆胶结砂砾石型围堰标准断面

3.3 工程量及投资

在工程量的比较上，堆石围堰与胶凝砂砾石围堰均按能够满足拦蓄P=10%洪水的相同标准进行比选，工程量及投资见表1。

表1 两种方案工程量及投资对比

4 堆石混凝土与胶凝砂砾石应用情况分析

4.1 堆石混凝土性能特点及应用实例

a.堆石混凝土利用具有高流动、抗分离性以及自密实性能好的混凝土，不需要人工振捣，靠混凝土的自重流动填充到粒径较大的块石(块石粒径在300～1200mm)体内，形成密实的稳定的混凝土堆石结构体，故简称堆石混凝土(rock-filled concrete，RFC)。

b.堆石混凝土的特点及性能优势:低水泥用量与低水化热;高密实度与高强度保证率;施工速度快，工效高，缩短工期;施工工艺简单，单方成本低;良好的体积稳定性;层间抗剪能力强，简化凿毛工序;现场块石选材方便，数量丰富;利用了弃渣，减少了对周边环境的影响。

c.应用堆石混凝土的工程有:山西晋城围滩水电站工程、山西临汾清峪水库、宝泉抽水蓄能电站、恒山水库除险加固等。

4.2 胶凝砂砾石性能特点及应用实例

a.胶凝砂砾石是在天然级配砂砾石料或者爆破石渣中掺加少量水泥，反铲设备现场搅拌，洒水碾压，使砂砾石或者石渣从散粒体变成连续体，水泥的固结作用增大了材料的抗剪强度，从而可以缩小坝体断面，使用类似于土石坝施工的连续方法，施工简单，速度快，施工期短，单方成本低于碾压混凝土。

b.胶凝砂砾石的优点:水泥用量低，则水化热温升低，施工不存在温控问题;对骨料要求低，可以就地取材，直接利用坝址河床开挖出来的砂卵石及枢纽建筑物开挖丢弃的砂砾石、石渣等;由于对骨料要求的降低，使得造价大大降低;利用工程弃料，减轻了工程施工对周围环境的破坏程度;硬填料是介于CSG与面板堆石坝之间的全新施工工艺，骨料来自开挖石渣，无需另外加工;骨料粒径大，最大骨料粒径达70cm;施工简易快速，硬填料可利用反铲现场拌制。

c.应用胶凝砂砾石的工程有:贵州乌江沙沱水电站下游过水围堰、福建洪口水电站上游围堰、福建街面水电站下游围堰等。

4.3 堆石混凝土和胶凝砂砾石的技术比较

堆石混凝土和胶凝砂砾石两种方案的技术比较见表2。

表2 两种方案的技术比较

4.4 比选结果

综合以上的分析情况，考虑施工流程、工期要求、现场材料、造价及咨询意见等，混凝土型围堰确定采用堆石混凝土填筑。

5 堆石混凝土围堰的应用及评价

堆石混凝土用于围堰施工后，取得了较好的效果，达到了预期的目标:

5.1 施工特点

施工主要工序有清基、立模、堆石备仓、自密实混凝土拌制以及泵送入仓，工艺简单，不需要人工振捣，充分发挥了机械的作用，减少了现场操作人工，施工速度快，每日可完成的堆石混凝土浇筑量在900～1100m3，月浇筑量在26000 m3以上。

5.2 无温控措施

围堰每一仓的量在1300～1900m3，属于大体积混凝土，经核算，已浇筑的堆石混凝土中自密实混凝土所占比例为45%，其自密实混凝土单方水泥用量为160kg/m3，水胶比为0.3，单方堆石混凝土的水泥用量为72kg/m3，单方混凝土水泥用量远低于其他混凝土，减少水化热的产生，混凝土的绝热温升大幅降低，未采取温控措施，当年浇筑完成后未发现混凝土裂缝，外观质量良好。

5.3 质量满足要求

堆石混凝土中自密实混凝土的强度为C15，扩散度检测60次，最小值56cm，最大值72cm;28天抗压强度取样60组，最小值18MPa，最大值25.2MPa，均值20.6MPa，标准差1.75，离差系数0.09，合格率100%，各项指标均满足设计要求。

5.4 造价较低

经过筛分的块石入仓以后，对空隙率进行了控制，单位体积填充的自密实混凝土量为45%，机械化程度高，单价中的人工费相对较少，完成的堆石混凝土每立方单价在280元，低于其他常态混凝土150元以上。

5.5 环保作用突出

核算到单方混凝土的水泥用量为72kg，远低于常规混凝土的用量，其强度也满足筑坝要求，块石为现场筛选的石渣弃料，同时减少了石渣的堆放场地及相关处理费用，该施工技术符合目前的低碳环保施工要求，大大减轻了因工程建设对环境造成的影响，是一种性能较好的绿色环保混凝土技术，有较大的社会经济效益。

6 结语

a.冬季实际运行情况:经过一个冬天的冻融循环考验后，对围堰阳面、阴面的堆石混凝土表面进行了细部观察，整体未发现有裂缝及冻融破坏，结构完好。

b.度汛运行:通过近一个月的挡水过洪检验，堆石混凝土结构的围堰具有较好的防渗性，层间接合处未发现渗水现象，施工质量控制良好，较好地实现了坝体防洪度汛的目标。

通过实际结果看，该工程条件选择堆石混凝土技术方案是正确的，该技术较好地解决了工程遭遇超标洪水时的土石围堰不能堰顶过流的问题，应用过程充分体现了堆石混凝土技术工艺简单、施工速度快、成本较低、绿色环保的特性，是一项值得在水利工程上推广应用的技术。

1 吴永锦，刘清.C20自密实混凝土在堆石混凝土中的应用［J］.混凝土，2010(3).

2 张德仑，张改新，等.堆石混凝土在围滩水电站中的应用［J］.科技情报开发与经济，2010(33).