堆石混凝土技术在水利水电工程中的应用

王鹏程 王志明

(武警警种学院，北京 102202)



堆石混凝土技术在水利水电工程中的应用

王鹏程 王志明

(武警警种学院，北京 102202)

结合堆石混凝土技术的概念，介绍了其分类及施工工艺，对宝泉电站上水库副坝工程、向家坝水电站沉井群、中山长坑水库重建工程中的堆石混凝土技术的应用进行了探讨，并分析了堆石混凝土技术的优势。

堆石混凝土技术，水利水电，自密实混凝土，水电站

堆石混凝土技术(Rock-Filled Concrete，简称RFC)是一种新型的大体积混凝土施工技术，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，其技术特征是利用自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)充填堆石空隙形成完整密实的混凝土。自密实混凝土中粗骨料最大粒径要求不大于20 mm，便于它通过堆石的空隙而不被堵塞。堆石料要求质地坚硬，粒径不宜小于300 mm，目的是在堆石之间能形成较大的空隙。堆石混凝土中堆石的体积占到了55%～60%，单方堆石混凝土水泥用量少，节能低碳，绿色环保，综合成本低。

1 堆石混凝土的分类及施工工艺

堆石入仓和浇筑自密实混凝土是堆石混凝土技术最主要的两道施工工序，根据堆石入仓、浇筑自密实混凝土的施工顺序不同，分为普通型堆石混凝土和抛石型堆石混凝土。

1.1 普通型堆石混凝土

普通型堆石混凝土是先将满足粒径及施工规范要求的块石(或卵石)自然堆满仓面，然后再往堆石体中浇筑专用自密实混凝土，整个浇筑过程不需要振捣而是依靠其自重充填堆石体的空隙形成完整密实的混凝土，适合浇筑大仓面的大体积混凝土，如大坝的坝体、围堰、堤防、挡土墙。

普通型堆石混凝土工艺流程：1)模板架立：使用的模板及其支承结构应具有足够的强度、刚度和稳定性。根据需要，还可以使用浆砌石墙代替模板架立；2)堆石入仓：堆石的运输宜采用自卸车直接入仓的方式，当没有合适的入仓道路时，堆石可采用吊车、缆车、塔机、挖掘机等其他方式入仓；3)自密实混凝土制备与运输：自密实混凝土的制备应当使用强制式拌和机，水平运输应使用混凝土搅拌车；4)自密实混凝土浇筑：浇筑方法主要包括混凝土输送泵，混凝土搅拌车直接卸料，溜槽、串筒浇筑，吊罐浇筑，装载机、挖掘机挖斗浇筑等。

1.2 抛石型堆石混凝土

抛石型堆石混凝土是先将自密实混凝土浇筑入仓面，然后将石料均匀抛入专用自密实混凝土中自然堆积，无需振捣所形成的完整密实的混凝土，适合在深度较深部位大体积混凝土的施工，如沉井、抗滑桩、挡墙等部位的混凝土回填。

抛石型堆石混凝土工艺流程：1)自密实混凝土生产与运输：应使用强制式拌和机进行生产，水平运输采用混凝土搅拌车；2)自密实混凝土浇筑：浇筑方法主要包括混凝土搅拌车直接卸料、溜槽、串筒浇筑等多种浇筑方式；3)堆石入仓：将石料均匀抛入自密实混凝土中自然堆积，采用抛石型堆石混凝土技术进行回填施工，对石料粒径无要求，但应严格控制含泥量。

2 堆石混凝土技术在水利水电工程中的应用

堆石混凝土工艺简便，质量易控，单位体积水泥用量少，节能低碳，绿色环保，已在多个水利水电工程中得到推广应用。

2.1 宝泉电站上水库副坝工程中的应用

宝泉电站位于河南省新乡市，是一座抽水蓄能电站，宝泉电站上水库工程主要包括主坝、副坝、库盆等，由武警水电部队负责施工。上水库副坝坝体原设计为C20细石混凝土砌石坝，施工过程主要依靠大量人工进行砌石作业，质量控制受人为因素影响大，施工速度慢，导致工程进度严重滞后。为确保施工进度满足计划要求，经现场试验论证，确定使用普通型堆石混凝土技术替代细石混凝土砌石坝，这也是堆石混凝土技术第一次在水利水电工程中应用。普通型堆石混凝土简化了施工工艺，主要工序只有两道，堆石入仓和自密实混凝土浇筑。堆石由自卸车运输至仓面后用挖机和装载机辅助进行堆积入仓，自密实混凝土从搅拌、运输都是机械作业，有效减少了人工作业，施工机械化程度高，能大幅提高副坝大体积混凝土的施工进度。副坝使用普通型堆石混凝土技术，历时1个月，就完成堆石混凝土施工4 460 m3，确保副坝工程进度能按期完工。宝泉电站上水库工程使用普通型堆石混凝土表明，使用堆石混凝土不仅可以保证质量，加快施工速度，还可以降低造价，创造良好的经济效益。

2.2 向家坝水电站沉井群中的应用

向家坝水电站是规划在金沙江河段的最末一个梯级电站，电站位于云南省水富县和四川省宜宾县交界的金沙江下游河段。整个工程分二期施工，为确保二期纵向围堰地基开挖能完全到位且保证一期土石围堰稳定，在一期围堰和二期围堰之间布置有沉井群。沉井群由10个沉井组成，沉井下沉最大深度56 m，最浅为43 m，每个沉井内分6个筒体空腔，10个沉井井体混凝土总量为9.32万m3。为确保沉井自身稳定及围堰的整体抗滑稳定要求，沉井下沉结束后要使用混凝土回填。原设计采用C10等级素混凝土回填，后因进度滞后，采用抛石型堆石混凝土施工方案。每个沉井回填工期从原方案20 d～30 d缩短到5 d～7 d。同普通混凝土相比，抛石型堆石混凝土施工工艺简单，能大幅提高施工进度，降低工程成本，具有明显的技术优势。

2.3 中山长坑水库重建工程中的应用

原长坑水库是1972年建成投入使用的，总库容131万m3，是小(Ⅰ)型水库，水库以防洪、供水为主，同时兼有发电功能，大坝由浆砌石坝和土坝组成。由于水库已运行40多年，漏水明显且日趋严重。该水库位于广东中山长坑，所处地理位置非常重要，如果水库发生事故，将会造成不可估量的损失。经过对多种方案的综合论证，决定拆除原水库进行重建，重建后的长坑三级水库总库容为161.32万m3，坝高26.5 m，坝顶宽5.5 m，大坝坝体使用普通型堆石混凝土技术。

水库重建工程中，大坝主体全部使用普通型堆石混凝土技术，利用旧坝体拆除中符合要求的石块作为堆石料重新利用，不仅节约工程成本，还实现了节能减排。20世纪50年代～70年代，是我国水利工程建设的一个高峰期，建设完成了众多的中小水库，我国现有的8.7万座水库，大多都是在那个时期建设的，运行多年，相继出现了一系列病险问题。长坑水库重建利用旧坝拆除中的块石料，运用堆石混凝土建坝，不仅节约工程成本，还实现了节能减排，为病险水库重建提供了一种更好的解决方案。

3 堆石混凝土技术的优势

堆石混凝土技术工艺简便，质量易控，单位体积水泥用量少，已入围第一批《国家鼓励的循环经济技术》名目，被水利部列入《水利先进实用技术》进行推广，在多个水利水电工程、公路工程及港口工程中得到推广应用，其技术优势主要体现在以下几方面:

1)节能低碳，绿色环保。由于堆石混凝土使用大量的块石作为原材料，减少了混凝土用砂石料场的工作量；同普通混凝土相比，单方堆石混凝土中只需要拌和小于总体积一半的自密实混凝土，单位体积水泥用量显著减少，同时还可以利用河道中的天然石料及旧坝拆除中的固废材料作为堆石料，能源消耗低，环境负荷小，节能低碳，绿色环保。

2)工艺简便，施工高效。由于堆石混凝土简化了施工工艺，主要工序只有堆石入仓和自密实混凝土浇筑，可以实现机械化作业，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率，缩短工期。

3)质量易控，体积稳定。堆石混凝土施工中，降低了仓面的施工人员数量和机械工作量，取消了混凝土振捣过程，消除了人为的不利干扰，由于单位体积堆石混凝土中水泥含量少，水化温升小，温控措施简单，现场质量控制管理更加简便易行，并且由于有大块石构成骨架，整体收缩小、体积稳定性好。

4)节约投资，综合成本低。由于堆石混凝土使用大量的块石作为原材料，单位体积水泥用量显著减少，降低了综合成本。同时取消了混凝土振捣过程，降低了仓面的施工人员数量和机械工作量，同普通混凝土相比，可节约20%左右的成本。

4 结语

我国是世界上水泥和混凝土使用量最多的国家，尽管水泥和混凝土为我国的经济发展做出了不可估量的贡献，但资源消耗也大，给环境造成了重大污染。堆石混凝土使用大量的块石作为原材料，单位体积水泥用量少，同时还可以利用天然石料及旧坝拆除中的固废材料作为堆石料，能源消耗低，环境负荷小，可以广泛推广应用于水利水电工程、公路、铁路及港口工程领域，是一项具有广阔应用前景的混凝土施工新技术。

[1] 安雪晖，黄绵松，周 虎,等.堆石混凝土施工技术综述[A].全国混凝土新技术及其工程应用技术交流会暨2007年年会[C].2007.

[2] 曹中升，齐界夷，张家涛.向家坝工程大型沉井群混凝土施工技术[J].水力发电,2010，36(2)：63-64.

[3] 李风亮.堆石混凝土技术在长坑三级水库应用[J].水科学与工程技术,2010(6):79-80.

Application of rock-filled concrete technology in water conservancy and hydropower engineering

Wang Pengcheng Wang Zhiming

(CollegeofArmedPolice,Beijing102202,China)

Combining with the identification of rock-filled concrete technology, the paper introduces its categories and construction technology, explores the application of rock-filled concrete technology in vice-dam engineering of Shang reservoir of Baoquan power station, open caisson group of Xiang Family dam hydropower station and Zhongshan Chang reservoir reconstruction engineering, and analyzes advantages of rock-filled concrete technology.

rock-filled concrete technology, water conservancy and hydropower, self-compacted concrete, hydropower station

1009-6825(2017)18-0212-02

2017-03-21

王鹏程(1975- )，男，讲师； 王志明(1975- )，男，副教授

TV212

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