堆石混凝土在金橋水電站中的應用

盛登強，賀元鑫

(西藏開投金橋水電開發有限公司，西藏嘉黎852400)

0 引 言

堆石混凝土是利用自密實混凝土充填堆石空隙，形成完整密實的混凝土，具有低碳環保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點。由于施工、收縮變形、基礎約束、溫度應力等諸多因素，混凝土壩容易產生裂縫，其中溫度應力是產生混凝土裂縫的重要因素之一。因堆石混凝土膠凝材料用量少、水化熱低，可以有效防止混凝土溫度裂縫的產生。

金橋水電站工程樞紐主要建筑物由左岸堆石混凝土壩、泄洪沖沙閘、排漂閘、右岸岸邊式電站進水口、引水發電隧洞、調壓井、壓力管道、地下發電廠房及開關站等建筑物成。首部樞紐左岸擋水壩段為重力壩，結構簡單，斷面大，具備堆石混凝土施工條件，故采用堆石混凝土壩。壩段長106 m，壩頂寬5.5～11 m，上游壩坡1∶0.15，下游壩坡1∶0.6，最大高度為26 m。典型結構斷面見圖1。

圖1 擋水壩段典型結構斷面(尺寸：cm；高程：m)

1 堆石混凝土壩

重力壩是依靠自重克服外力以保持穩定的一種常規壩型。采用堆石混凝土建設的重力壩與用純混凝土建設的重力壩在體型設計方面沒有較大的差別，差別在于壩體澆筑材料的使用。一般混凝土重力壩是壩體全部采用純混凝土建造，而堆石混凝土重力壩是用一定比例的塊石替代混凝土，從而減少混凝土的澆筑量，達到節省投資的目的。

埋石混凝土重力壩的埋石量一般規定不超過25%，在混凝土澆筑過程中將塊石投放到混凝土內。而堆石混凝土恰好與之相反，是先把塊石堆放好，再澆筑自密實混凝土，使混凝土填充滿塊石之間的空隙。堆石混凝土中塊石比例為55%～60%，與埋石混凝土相比，更加減少了水泥的用量。

2 堆石混凝土優點

2.1 低碳環保

堆石混凝土中堆石的體積比一般可以達55%～60%，能夠充分利用初級開采的石料或開挖料中的大塊石，最大限度地降低了膠凝材料的用量，還在骨料破碎、混凝土生產澆筑等施工環節上大大的節約了資源，減少了CO2的排放。因此，堆石混凝土技術是一種新型低碳環保的混凝土施工方法。

西藏地區生態環境比較脆弱，一旦破壞，再要恢復難度非常大，生態保護尤為重要。金橋水電站左岸擋水壩段采用堆石混凝土壩，降低了砂石骨料加工系統、混凝土生產系統的生產強度，從而降低了兩大系統的建設規模，有效減少了輔企系統建設用地。此外，部分塊石料用于建壩，減少了渣場占地，保護了當地生態環境。

2.2 有效抑制混凝土裂縫

大體積混凝土產生的裂縫是收縮裂縫和溫度裂縫。混凝土在逐漸散熱和硬化過程引起的收縮，會產生很大的收縮應力，若產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂縫；大體積混凝土結構一般要求一次性整體澆筑，澆筑后水泥因水化引起水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內部的水泥水化熱不容易散發，混凝土內部溫度將顯著升高，而混凝土表面則散熱較快，混凝土內外形成了較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，此時的混凝土齡期短，抗拉強度很低，極易產生裂縫。

金橋水電站所在地多年平均氣溫為-0.2 ℃，極端最高氣溫為21.1 ℃，極端最低氣溫為-30.3 ℃，晝夜溫差達15 ℃左右。由于溫差較大，極易產生混凝土裂縫。采用堆石混凝土可有效防止混凝土裂縫的產生，主要原因為：

(1)堆石混凝土中堆石的體積比一般可達55%～60%，大大減少壩體內混凝土量。塊石在入倉堆放過程中，塊與塊之間搭接堆砌構成的骨架，具有優良的體積穩定性，混凝土在散熱和硬化過程引起的收縮，受到大塊石的約束和抑制，使混凝土體積收縮變小，從而抑制了干縮裂縫的產生。

(2)根據金橋水電站施工配合比，常規C15混凝土水泥用量為198 kg，自密實C15混凝土水泥用量為235 kg。采用堆石混凝土后，壩體每1 m3中水泥用量約為105 kg，比常規混凝土少用93 kg，相應由水泥產生的水化熱要減少約3/5。許多常規混凝土壩施工過程中，由于溫控措施不到位，很難避免溫度裂縫的產生。而采用堆石混凝土壩，由于水泥用量減少，在同體積情況下產生的溫度熱效應就小，再加上塊石的導熱系數與熱擴散系數均較混凝土小，在入倉前及澆筑后產生的熱效應變化不大，故由自身產生的溫度應力相對要小得多，避免了溫度裂縫的產生。此外，由于水泥用量少，堆石混凝土內部最高水化熱溫升小，當堆石混凝土澆筑溫度低于25℃，一般不需要采取溫控措施。堆石混凝土結構示意見圖2。

圖2 堆石混凝土結構示意

2.3 工藝簡便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括2道工序：即堆石入倉和自密實混凝土的生產澆筑。通過合理的施工組織設計，2道工序均可以通過大規模的機械化施工來完成，減少了工人的參與，避免了人為的干擾。在完成一定堆石倉面后，堆石入倉和混凝土生產澆筑可以平行進行，工序間干擾小，生產效率成倍提升的同時，還降低了混凝土生產強度的要求，簡化或取消了溫控措施，混凝土生產、運輸、澆筑量減半，加之自密實混凝土無需振搗，為加快工程建設速度，縮短工期提供了強有力的保證。

2.4 顯著降低施工成本

金橋水電站主要建筑材料水泥、鋼材等從外省采購，運輸道路主要為青藏線和川藏線，運輸費用非常高，加之青藏線唐古拉山口經常大雪封山，川藏線雨季時常發生塌方，材料運輸困難，影響了工程建設的正常進行。采用堆石混凝土后，不但保證了工程正常施工，還降低了工程造價。

堆石混凝土施工的綜合成本在相同條件下較常態混凝土可降低10%～20%，主要通過3個方面實現：①大量使用堆石，減少膠凝材料用量，堆石混凝土的材料成本較常態混凝土有所降低；②由于自密實混凝土的用量不高于50%，故而在混凝土生產、澆筑等工序的施工成本更能顯著降低；③堆石混凝土施工機械化程度高，簡化或取消了溫控措施，澆筑過程中免去了振搗工序，減少了人工成本的投入。

2.5 綜合性能穩定，安全系數高

堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于膠結堆石的自密實混凝土構成，堆石骨架在提高材料抗壓抗剪、抑制干縮變形、提高結構體積穩定性等方面都有著顯著的效果。堆石混凝土容重通常可以達到2 500 kg/m3以上，對重力壩而言，更有利于壩體整體穩定。現場鉆孔取樣進行抗壓強度試驗可知，其抗壓強度可達25.27 MPa，完全滿足設計要求。按照DL/T 5331—2005《水電水利工程鉆孔壓水試驗規程》中的相關規定，對堆石混凝土的抗滲性進行鉆孔壓水試驗檢測，壓水試驗布置2個孔，1號孔透水率為0.43 Lu，2號為0.86 Lu，抗滲性能滿足相關規定。

3 結 語

堆石混凝土施工工藝簡單、綜合單價低、水化溫升低、易于現場質量控制、施工效率高、工期短，特別適合于大體積混凝土工程應用，在水利、水電、公路、市政、港口等領域具有廣闊的發展前景。