王鵬程 王志明

(武警警種學(xué)院，北京 102202)

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堆石混凝土技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

王鵬程 王志明

(武警警種學(xué)院，北京 102202)

結(jié)合堆石混凝土技術(shù)的概念，介紹了其分類及施工工藝，對(duì)寶泉電站上水庫(kù)副壩工程、向家壩水電站沉井群、中山長(zhǎng)坑水庫(kù)重建工程中的堆石混凝土技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，并分析了堆石混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

堆石混凝土技術(shù)，水利水電，自密實(shí)混凝土，水電站

堆石混凝土技術(shù)(Rock-Filled Concrete，簡(jiǎn)稱RFC)是一種新型的大體積混凝土施工技術(shù)，由清華大學(xué)水利水電工程系發(fā)明并獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)，其技術(shù)特征是利用自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)充填堆石空隙形成完整密實(shí)的混凝土。自密實(shí)混凝土中粗骨料最大粒徑要求不大于20 mm，便于它通過堆石的空隙而不被堵塞。堆石料要求質(zhì)地堅(jiān)硬，粒徑不宜小于300 mm，目的是在堆石之間能形成較大的空隙。堆石混凝土中堆石的體積占到了55%～60%，單方堆石混凝土水泥用量少，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保，綜合成本低。

1 堆石混凝土的分類及施工工藝

堆石入倉(cāng)和澆筑自密實(shí)混凝土是堆石混凝土技術(shù)最主要的兩道施工工序，根據(jù)堆石入倉(cāng)、澆筑自密實(shí)混凝土的施工順序不同，分為普通型堆石混凝土和拋石型堆石混凝土。

1.1 普通型堆石混凝土

普通型堆石混凝土是先將滿足粒徑及施工規(guī)范要求的塊石(或卵石)自然堆滿倉(cāng)面，然后再往堆石體中澆筑專用自密實(shí)混凝土，整個(gè)澆筑過程不需要振搗而是依靠其自重充填堆石體的空隙形成完整密實(shí)的混凝土，適合澆筑大倉(cāng)面的大體積混凝土，如大壩的壩體、圍堰、堤防、擋土墻。

普通型堆石混凝土工藝流程：1)模板架立：使用的模板及其支承結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。根據(jù)需要，還可以使用漿砌石墻代替模板架立；2)堆石入倉(cāng)：堆石的運(yùn)輸宜采用自卸車直接入倉(cāng)的方式，當(dāng)沒有合適的入倉(cāng)道路時(shí)，堆石可采用吊車、纜車、塔機(jī)、挖掘機(jī)等其他方式入倉(cāng)；3)自密實(shí)混凝土制備與運(yùn)輸：自密實(shí)混凝土的制備應(yīng)當(dāng)使用強(qiáng)制式拌和機(jī)，水平運(yùn)輸應(yīng)使用混凝土攪拌車；4)自密實(shí)混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土輸送泵，混凝土攪拌車直接卸料，溜槽、串筒澆筑，吊罐澆筑，裝載機(jī)、挖掘機(jī)挖斗澆筑等。

1.2 拋石型堆石混凝土

拋石型堆石混凝土是先將自密實(shí)混凝土澆筑入倉(cāng)面，然后將石料均勻拋入專用自密實(shí)混凝土中自然堆積，無需振搗所形成的完整密實(shí)的混凝土，適合在深度較深部位大體積混凝土的施工，如沉井、抗滑樁、擋墻等部位的混凝土回填。

拋石型堆石混凝土工藝流程：1)自密實(shí)混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸：應(yīng)使用強(qiáng)制式拌和機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，水平運(yùn)輸采用混凝土攪拌車；2)自密實(shí)混凝土澆筑：澆筑方法主要包括混凝土攪拌車直接卸料、溜槽、串筒澆筑等多種澆筑方式；3)堆石入倉(cāng)：將石料均勻拋入自密實(shí)混凝土中自然堆積，采用拋石型堆石混凝土技術(shù)進(jìn)行回填施工，對(duì)石料粒徑無要求，但應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量。

2 堆石混凝土技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

堆石混凝土工藝簡(jiǎn)便，質(zhì)量易控，單位體積水泥用量少，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保，已在多個(gè)水利水電工程中得到推廣應(yīng)用。

2.1 寶泉電站上水庫(kù)副壩工程中的應(yīng)用

寶泉電站位于河南省新鄉(xiāng)市，是一座抽水蓄能電站，寶泉電站上水庫(kù)工程主要包括主壩、副壩、庫(kù)盆等，由武警水電部隊(duì)負(fù)責(zé)施工。上水庫(kù)副壩壩體原設(shè)計(jì)為C20細(xì)石混凝土砌石壩，施工過程主要依靠大量人工進(jìn)行砌石作業(yè)，質(zhì)量控制受人為因素影響大，施工速度慢，導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。為確保施工進(jìn)度滿足計(jì)劃要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，確定使用普通型堆石混凝土技術(shù)替代細(xì)石混凝土砌石壩，這也是堆石混凝土技術(shù)第一次在水利水電工程中應(yīng)用。普通型堆石混凝土簡(jiǎn)化了施工工藝，主要工序只有兩道，堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土澆筑。堆石由自卸車運(yùn)輸至倉(cāng)面后用挖機(jī)和裝載機(jī)輔助進(jìn)行堆積入倉(cāng)，自密實(shí)混凝土從攪拌、運(yùn)輸都是機(jī)械作業(yè)，有效減少了人工作業(yè)，施工機(jī)械化程度高，能大幅提高副壩大體積混凝土的施工進(jìn)度。副壩使用普通型堆石混凝土技術(shù)，歷時(shí)1個(gè)月，就完成堆石混凝土施工4 460 m3，確保副壩工程進(jìn)度能按期完工。寶泉電站上水庫(kù)工程使用普通型堆石混凝土表明，使用堆石混凝土不僅可以保證質(zhì)量，加快施工速度，還可以降低造價(jià)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 向家壩水電站沉井群中的應(yīng)用

向家壩水電站是規(guī)劃在金沙江河段的最末一個(gè)梯級(jí)電站，電站位于云南省水富縣和四川省宜賓縣交界的金沙江下游河段。整個(gè)工程分二期施工，為確保二期縱向圍堰地基開挖能完全到位且保證一期土石圍堰穩(wěn)定，在一期圍堰和二期圍堰之間布置有沉井群。沉井群由10個(gè)沉井組成，沉井下沉最大深度56 m，最淺為43 m，每個(gè)沉井內(nèi)分6個(gè)筒體空腔，10個(gè)沉井井體混凝土總量為9.32萬m3。為確保沉井自身穩(wěn)定及圍堰的整體抗滑穩(wěn)定要求，沉井下沉結(jié)束后要使用混凝土回填。原設(shè)計(jì)采用C10等級(jí)素混凝土回填，后因進(jìn)度滯后，采用拋石型堆石混凝土施工方案。每個(gè)沉井回填工期從原方案20 d～30 d縮短到5 d～7 d。同普通混凝土相比，拋石型堆石混凝土施工工藝簡(jiǎn)單，能大幅提高施工進(jìn)度，降低工程成本，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.3 中山長(zhǎng)坑水庫(kù)重建工程中的應(yīng)用

原長(zhǎng)坑水庫(kù)是1972年建成投入使用的，總庫(kù)容131萬m3，是小(Ⅰ)型水庫(kù)，水庫(kù)以防洪、供水為主，同時(shí)兼有發(fā)電功能，大壩由漿砌石壩和土壩組成。由于水庫(kù)已運(yùn)行40多年，漏水明顯且日趨嚴(yán)重。該水庫(kù)位于廣東中山長(zhǎng)坑，所處地理位置非常重要，如果水庫(kù)發(fā)生事故，將會(huì)造成不可估量的損失。經(jīng)過對(duì)多種方案的綜合論證，決定拆除原水庫(kù)進(jìn)行重建，重建后的長(zhǎng)坑三級(jí)水庫(kù)總庫(kù)容為161.32萬m3，壩高26.5 m，壩頂寬5.5 m，大壩壩體使用普通型堆石混凝土技術(shù)。

水庫(kù)重建工程中，大壩主體全部使用普通型堆石混凝土技術(shù)，利用舊壩體拆除中符合要求的石塊作為堆石料重新利用，不僅節(jié)約工程成本，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。20世紀(jì)50年代～70年代，是我國(guó)水利工程建設(shè)的一個(gè)高峰期，建設(shè)完成了眾多的中小水庫(kù)，我國(guó)現(xiàn)有的8.7萬座水庫(kù)，大多都是在那個(gè)時(shí)期建設(shè)的，運(yùn)行多年，相繼出現(xiàn)了一系列病險(xiǎn)問題。長(zhǎng)坑水庫(kù)重建利用舊壩拆除中的塊石料，運(yùn)用堆石混凝土建壩，不僅節(jié)約工程成本，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，為病險(xiǎn)水庫(kù)重建提供了一種更好的解決方案。

3 堆石混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

堆石混凝土技術(shù)工藝簡(jiǎn)便，質(zhì)量易控，單位體積水泥用量少，已入圍第一批《國(guó)家鼓勵(lì)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)》名目，被水利部列入《水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)》進(jìn)行推廣，在多個(gè)水利水電工程、公路工程及港口工程中得到推廣應(yīng)用，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面:

1)節(jié)能低碳，綠色環(huán)保。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，減少了混凝土用砂石料場(chǎng)的工作量；同普通混凝土相比，單方堆石混凝土中只需要拌和小于總體積一半的自密實(shí)混凝土，單位體積水泥用量顯著減少，同時(shí)還可以利用河道中的天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環(huán)境負(fù)荷小，節(jié)能低碳，綠色環(huán)保。

2)工藝簡(jiǎn)便，施工高效。由于堆石混凝土簡(jiǎn)化了施工工藝，主要工序只有堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土澆筑，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，能大幅提高大倉(cāng)面素混凝土的施工效率，縮短工期。

3)質(zhì)量易控，體積穩(wěn)定。堆石混凝土施工中，降低了倉(cāng)面的施工人員數(shù)量和機(jī)械工作量，取消了混凝土振搗過程，消除了人為的不利干擾，由于單位體積堆石混凝土中水泥含量少，水化溫升小，溫控措施簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制管理更加簡(jiǎn)便易行，并且由于有大塊石構(gòu)成骨架，整體收縮小、體積穩(wěn)定性好。

4)節(jié)約投資，綜合成本低。由于堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量顯著減少，降低了綜合成本。同時(shí)取消了混凝土振搗過程，降低了倉(cāng)面的施工人員數(shù)量和機(jī)械工作量，同普通混凝土相比，可節(jié)約20%左右的成本。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是世界上水泥和混凝土使用量最多的國(guó)家，盡管水泥和混凝土為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可估量的貢獻(xiàn)，但資源消耗也大，給環(huán)境造成了重大污染。堆石混凝土使用大量的塊石作為原材料，單位體積水泥用量少，同時(shí)還可以利用天然石料及舊壩拆除中的固廢材料作為堆石料，能源消耗低，環(huán)境負(fù)荷小，可以廣泛推廣應(yīng)用于水利水電工程、公路、鐵路及港口工程領(lǐng)域，是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的混凝土施工新技術(shù)。

[1] 安雪暉，黃綿松，周 虎,等.堆石混凝土施工技術(shù)綜述[A].全國(guó)混凝土新技術(shù)及其工程應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)暨2007年年會(huì)[C].2007.

[2] 曹中升，齊界夷，張家濤.向家壩工程大型沉井群混凝土施工技術(shù)[J].水力發(fā)電,2010，36(2)：63-64.

[3] 李風(fēng)亮.堆石混凝土技術(shù)在長(zhǎng)坑三級(jí)水庫(kù)應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù),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

王鵬程(1975- )，男，講師； 王志明(1975- )，男，副教授

TV212

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