堆石混凝土在乌东德水电站导流围堰中的应用

付红波

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司,西安 710075)

堆石混凝土在乌东德水电站导流围堰中的应用

付红波

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司,西安 710075)

乌东德水电站是长江干流的特大水电站工程，关乎工程度汛安全。其右岸导流洞工期异常紧张，经过研究并结合现场试验，施工全部采用堆石混凝土浇筑，最终大大地缩短了工期，节约了成本，堆石混凝土的浇筑效果完全满足设计要求。

堆石;混凝土;导流围堰;乌东德水电站

1 工程概况

1.1 工程简介

乌东德水电站位于云南省禄劝县和四川省会东县交界的金沙江干流上，右岸隶属云南昆明市禄劝县，左岸隶属四川凉山州会东县，电站距昆明市约240 km。装机容量10 200 MW，正常蓄水位高程975.0 m，相应库容58.63亿m3。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝、坝顶高程988.0 m，最大坝高265 m。其右岸导流隧洞出口围堰堰顶高程842.5 m，最大堰高37.5 m，其中堆石混凝土最高22.5 m。迎水侧为直立坡，背水侧为台阶式。围堰轴线全长约277.7 m，围堰顶宽5.4 m,混凝土方量2.9万m3。

1.2 堆石混凝土简介

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete，简称RFC)技术是由清华大学水利水电工程系发明并获得国家发明专利授权的新型大体积混凝土施工技术，具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点。先将满足一定粒径要求的块石(或卵石)自然堆满仓面，然后在堆石体表面浇注满足特殊要求的专用自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)，无需振捣仅依靠其自重充填堆石体的空隙，所形成完整密实的混凝土，其构成如图1所示。

2 应用背景

由于安全度汛的要求，乌东德水电站右岸导流洞出口围堰主要难点为工期紧，砂石料生产系统中砂生产能力不足，导致混凝土拌和站的常态混凝土拌和能力有限，采用堆石混凝土可有效解决以上问题，另外结合现场原材料及施工条件开展堆石混凝土现场模拟试验，从技术、质量、进度及经济等方面全面考察堆石混凝土在乌东德水电站其他工程中应用的可行性。

图1 专用自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土示意图

3 堆石混凝土施工要求

3.1 原材料

堆石料应新鲜、完整，质地坚硬，不得有剥落层和裂纹；堆石料可以使用毛石、块石、粗料石和卵石，其中部或局部厚度不宜小于30 cm，最大粒径以运输、入仓方便为限，且不宜超过1.0 m；允许使用少量片石但其重量不得超过堆石料总重的10%；堆石料的含泥量、泥块含量应符合表1的指标要求。

表1 堆石料的含泥量和泥块含量指标表

3.2 堆石入仓

堆石料入仓之前，应冲洗干净，确保入仓石块不附着泥土；粒径较大的堆石置于仓面的中下部，粒径较小的堆石置于仓面的中上部；对于粒径超过800 mm的大块石，宜放置在仓面中部，以免影响堆石混凝土表层质量；在堆石过程中，堆石体外露面所含有的粒径小于100 mm的石块数量不得超过10块/m2。

3.3 自密实混凝土生产

(1) 自密实混凝土因采用强制式搅拌机进行拌和，与生产常态混凝土相比应适当延长搅拌时间，生产过程中应测定骨料的含水率，每一个工作班应不少于2次。当含水率有显著变化时，应增加测定次数，并依据检测结果及时调整用水量及骨料用量，不得随意改变配合比。

(2) 自密实性能检测标准。自密实混凝土无需振捣，靠其自重填充密实，因此自密实混凝土工作性能的检测方法与常态混凝土不同，主要采用坍落度、坍落扩展度试验和V形漏斗通过时间试验进行检测，3项指标须满足指标标准(见表2)。

3.4 自密实混凝土的运输

(1) 自密实混凝土的运

输时间应满足规定要求，未作规定时，宜在60 min内卸料完毕。初凝时间应根据运输时间和现场情况加以控制，如需延长运送时间，应采用相应技术措施，并应通过试验验证。

(2) 在自密实混凝土卸料前，如需对自密实混凝土扩展度进行调整时，加入专用外加剂后自密实混凝土搅拌运输车应高速旋转3 min，使自密实混凝土均匀一致，经检测合格后方可卸料。调整后，如仍不能满足性能要求，应按照现场监理工程师指定位置处理。

表2 自密实性能检测标准表

3.5 自密实混凝土的浇筑

(1) 对现场浇筑的混凝土要进行监控，运抵现场的混凝土坍落扩展度低于设计下限值不得施工，可采取经试验确认的可靠方法调整坍落扩展度。

(2) 自密实混凝土浇筑点应均匀布置，浇筑点间距不宜超过2 m。在浇筑过程中应遵循单向逐点浇筑的原则，一个浇筑点浇满后方可移至下一浇筑点，浇筑点不应重复。

(3) 自密实混凝土浇筑中断4 h以上时，应首先浇筑同配合比的自密实砂浆，使其完全覆盖堆石体内已丧失流动性的混凝土表面，然后浇筑自密实混凝土。

4 典型仓号施工过程

4.1 仓号位置及规格

仓号设置为长6 m、宽4 m(围堰顶宽)、高2 m。试验仓与地面间有厚25 cm、宽5 m、长7 m的常态混凝土垫层，与垫层接触面上预留3个水平PVC管爆破孔，PVC管间距为2 m，中下游面模板做成60 cm厚的常态混凝土挡墙，详细情况见图2。

图2 典型仓号横剖面图

4.2 堆石入仓

堆石过程为选石—块石冲洗—堆石入仓—平仓，由于垫层与试验仓间需放置PVC爆破管，为防止堆石时将PVC管砸坏，试验仓的底层堆石为人工堆石，堆石高度达到40 cm后，挖机进行堆石入仓，整仓堆石冲洗干净，粒径符合要求，堆石较饱满。堆石过程照片见图3。

图3 仓内堆石情况图

4.3 SCC生产及浇筑

SCC用强制式搅拌机进行生产，上料系统全自动，生产时设定每盘拌和量为2 m3，拌和时间为90 s，生产配合比见表3。

表3 单方理论配合比及生产配合比表 /kg

4.4 SCC质量

4.4.1 SCC状态检测数据

浇筑过程SCC检测数据及浇筑效果见表4和图4。

表4 SCC检测数据表

图4 浇筑完成照片

从检测数据来看，SCC性能稳定，质量优良，能够满足施工要求。

4.4.2 SCC强度

生产时留取150 mm×150 mm×150 mm的试块3组，标准养护，分别测3、28 d强度,见表5。

表5 3组试块测3、28 d强度具体数值表 /MPa

所检混凝土试块28 d抗压强度为24.7 MPa，达到设计强度等级的164.7%。该配合比能够满足C15的设计要求。

4.5 外观面

浇筑完成18 h后进行拆模，外观面整体效果很好，无蜂窝麻面。

5 压水试验

5.1 压水试验方法

本试验按SL31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》的有关要求进行，采用钻孔成井压水，按3级压力、5个阶段,即P1-P2-P3-P4(=P2)-P5(=P1),P1

图5 压水试验示意图

5.2 试验计算

按下式计算出隔离段的透水率q(由于试验仓均位于地表以上，故省略观测稳定地下水位流程)：

式中：q为试验段的透水率，Lu；Q为稳定计算流量，L/min；L为试验长度，m；P为稳定计算流量对应的试验压水，MPa。

5.3 试验结果分析

从自动记录仪上获得ZK-YS-01孔各级压力下试段的透水率见表6。

表6 各级压力下试段的透水率表

依照SL31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》中的相关要求，对堆石混凝土进行压水试验，水压最大为0.39 MPa，高于围堰最高水头压力0.22 MPa。而在此水压下，堆石混凝土的透水率为0，满足设计值。

6 芯样分析

芯样编号见表7。

表7 芯样编号表

ZK-YS-01号孔共取芯样15段，全长1.5 m，无混凝土与块石断裂面，芯样总体较好,表面光滑，无孔洞及不密实现象，从芯样细节图可以看出，混凝土与块石胶结良好，混凝土中骨料分布均匀。具体照片如图6。

图6 ZK-YS-01号芯样细节照片

7 结 语

乌东德水电站是长江干流的特大水电站工程，其右岸导流洞受因民组第二段薄层-极薄层大理岩化白云岩的影响，工期异常紧张，出口围堰最大堰高37.5 m，混凝土方量2.9万m3，是右岸导流洞工程关键项目，关乎工程度汛安全。经过现场试验和工程应用考验，最终全部采用堆石混凝土浇筑，最终施工工期由原计划的90 d缩短到56 d，节约成本290万元，技术经济效果明显。

[1] 韩健,张彩双,卢玲,包芬芬.堆石混凝土技术的研究与应用[J].中国水运,2013,(12):354-355.

[2] 高鄂湘,王刚.彭水水电站导流洞混凝土封堵施工[J].西北水电，2014，(06)：101-104.

[3] 尹蕾.堆石混凝土的应用现状与发展趋势[J].水利水电技术,2012,(7):1-4.

[4] 王江涛.蜀河水电站工程二期混凝土施工导流水工模型试验研究[J].西北水电，2012，(06)：56-61.

[5] 安雪晖,金峰,石建军.自密实混凝土充填堆石体试验研究[J].混凝土,2005,(1)：3-6.

[6] 金峰,安雪晖,石建军,张楚汉.堆石混凝土及堆石混凝土大坝[J].水利学报,2005,(11):1347-1352.

[7] 曾新华.公伯峡水电站导流隧洞混凝土工程施工[J].西北水电，2003，(03)：40-43，57.

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

付红波(1978- ),男,河南省三门峡市人,工程师,建设部注册监理工程师,建设部注册一级建造师,建设部注册造价工程师,主要从事水利水电工程项目管理工作.

TV544.923;TV551.3

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.014