我国堆石混凝土筑坝技术的新发展.pdf

水利水电技术第 4 3卷2 0 1 2 年第7期 我国堆石混凝土筑坝技术的新发展 潘 自恒 ， ( 1 南阳市水利建筑勘测设计院，河南 南阳4 7 3 0 0 0 ；2 张春 霞 北京新闻文化研究所 水文化研究中心，北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘要：通过相关的工程案例，分析 了堆石混凝土筑坝新技术 的发展轨迹，并提 出了新 的研 究课题 ， 希望给技术使用者提供帮助，给机械、材料研 究者一些技术思路 。 关键 词 ：堆石 混凝 土 ；发展 ；工程 案例 ；研 究课题 中图分类号 ：T V 6 4 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 1 0 0 4 Ne w d e v e l o pme nt o f r oc k- f i l l e d c on c r e t e da m c o ns t r uc t i on t e c hn o l og y i n Ch i na PAN Z i h e n g ， ZHANG Ch u nx i a ( 1 N a n y a n g S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s ， N a n y a n g 4 7 3 0 0 0 ，H e n a n ， C h i n a ； 2 Wa t e r C u h n r e R e s e a r c h C e n t e r o f B e i j i n g J o u r n a l i s m a n d C u h u r e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： B a s e d o n t h e c a s e s o f t h e r e l e v a n t c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s ，t h e d e v e l o p m e n t t r a c k o f t h e n e w t e c h n o l o g y o f r o c k fi l l e d c o n c r e t e d a m c o n s t r u c t i o n i s a n a l y z e d ，a n d t h e n s o m e n e w s t u d y s u b j e c t s a r e p u t f o r w a r d h e r e i n ，S O a s t o g i v e r e l a t e d a s s i s t a nc e t o t he u s e r s of t he t e c h no l o g y a n d p r o v i d e s o me t e c hn i c a l c o nc e p t s f o r t he r e s e a r c h e r s o f t h e ma c hi ne r i e s a nd ma t er i a l s co n c e r ne d Ke y wo r d s ： r o c k - fi ll e d c o n c r e t e d a m； d e v e l o p m e n t ； p r o j e c t c a s e ； s t u d y s u b j e c t 1 引言 堆石混凝土技术 ( R o c k fi l l e d C o n c r e t e ，R F C) 在 2 0 1 0年之后 的发 展速度 超过 了前 7年 ，使 用项 目数量 和方 量 ，翻 了好 几倍 ；使用 部 位 也 开始 从 2 0 0 5年前后 的临建部位 、加固项 目发展 到了现在 的 在主坝建设上应用 。应用范 围与解决方案也扩展到 了堤防和挡土墙 、回填 工程 、固废资源化利用 、岩 基处理等。 2 各具特点的堆石混凝土坝 2 1 河卵石做堆石料采用防渗面板与坝体一次性成 型项 目吉利水电站溢流坝工程 2 1 1 工程概 况 吉利水 电站位于甘肃省康乐县莲麓 乡的洮 河干 流上 ，最大坝高 1 4 6 m。工 程 主体 于 2 0 0 9年 3月 开工建设 ，计划 于 2 0 1 2年 上半年 实现首 台机 组投 产发 电。2 0 1 1年 3月至 6月进行溢流坝堆石混凝土 技术施工 。 1 0 2 1 2堆石 混凝 土施 工技 术 两项创新 吉利水电站因人工费用 的不断上涨和工期的要求 使原设计方案 中溢流坝现浇 C 1 5埋石混凝土坝体方 案实施起来较为困难 。设计结合本工程枢纽布置的特 点、现场施工条件 ，并充分考虑工程建设的经济性 ， 在本工程枢纽右岸溢流坝段采用堆石混凝土技术建 坝。该项 目充分利用了当地河卵石作为堆石料 ，降低 了施工成本 ，并且采用防渗面板与坝体一次成型 ，简 化了施工程序 J 。 2 2取消温控措施减少人为干预成为减碳样板项 目 清峪水库工程 2 2 1工程概 况 清峪水库地处 山西省 临汾市 乡宁县 ，是一 座以 城镇生活及 工业供水为主兼顾农业灌溉 的小 ( 1 ) 型 水库 ，设计为堆石混凝土重力坝 ，坝高 4 2 6 m，水 库总库容 2 3 3万 m。 。混凝 土浇筑量 约 7万 m ，除 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 5 3 0 作者简介 ：潘 自恒 ( 1 9 6 8 一 ) ，男 ，高级工程师 ，总工程师 。 Wa te r Re s o u r ce s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo l 4 3 No 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 了防渗面板和下游溢流坝段面板 外均采用堆石混凝 -t - E 。 2 2 2堆 石混凝 土技 术优 势及创 新 堆石混凝 土在清峪水库的使用 ，降低 了成本 ( 材 料成本节省 1 4 8 1 ，综合单价节省近 2 4 ) ，施工 工艺简单易行 ，无需振捣 、温控等措施 ，减少了人为 干预 ，保证了施工质量 。 清峪水 库 项 目所 在地 河 道 卵石 丰 富 ，通 过 收 集 当地农 民从 河 道捡 拾来 的符 合粒 径 、强度 要求 的卵石 ，既清 理了河 道 ，也节 约了石材 开采成 本 。 卵石在 清峪水库 的使 用成 为各 地 减碳 工 程学 习 的 样板 。 2 3高寒地 带极端温 差条件 下取消振捣 工序 项 目 恒山水库加 固工程 2 3 1 工程 概 况及 堆石 混凝 土设 计方 案的 确定缘 由 恒山水库大坝位 于山西 省大同市浑源县悬空寺 景 区内 ，是我国第一座混凝土双 曲拱 坝 ，最大 坝高 6 9 m，于 1 9 6 4年建成 ，2 0 0 2年经 水利部 鉴定 为病 险水库。中国水利 水 电科学研究 院 ( 以下 简称 中国 水科 院) 进行除 险加 固设计 时考 虑到大坝 位于悬空 寺景区 ，除险加 固采用 的混凝土必须保证水化 温升 低 ，适应小仓 面施工 ，对周围环境影响小 的施工 技 术 。传统 的常态混凝土和碾压混凝土均很难满 足要 求 ，经过对 比研究 和仿真分析 ，中国水科院采用 了 堆石混凝 土 作为 加 固方 案 ，并 得 到 了水利 部 的批 准 。 2 3 2堆石 混凝 土施 工工 艺流程 结合本工程的具体情 况 ，自密实堆石混凝 土的 施工内容和工艺流程为 ：原坝面凿毛一 与原坝体结 合面锚筋及 钢筋 网安装 一 基础 面处理 一 测量 放线 一 模板安装一 堆石料填筑 一 堆 石仓平 仓整理 一 白 密实混凝土浇筑一 混凝土收仓 、养 护。在基础 面处 理和堆石 仓平 仓整 理 完成后 均 需 经监 理工 程 师验 收 ，验收合格后方可进行下一道工序 的施工 。如为 新建大坝 ，无原坝面凿毛和锚筋 、钢筋网的安装这 两道工序 。 2 3 3最具盛 名 的堆石 混凝 土技 术加 固项 目 恒山水库加固工程地处 在高寒地带 ，面临温控 复杂 ，极端温差易造成新老坝体张开 ，加 上施工场 地狭小 ，施工不得干扰景 区等 问题 ，给除险加 固施 工带来很多不便 。在这种复杂 的施工条件下 ，在堆 石混凝土技术工程师亲 自指导下 ，在项 目各方密切 配合下 ，经过多种试验研究 ，取消 了振捣工序 ，不 仅有效地保证 了工程质量 、加快 了施工进度 ，而且 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第 7期 潘自恒， 等我国堆石混凝土筑坝技术的新发展 降低 了施 工成 本 ，可 为工 程 降低 直接 费约 1 3 0万 元 ，取得了良好的社会 效益和经济效 益。该项技术 所产生的效果受到 了建设 、监理 和设计 等单位 的高 度评价和关注 ，又一次证 明了技术有 广阔的推 广和 应用价值。 2 4 旧坝体材料重新使用循环经济典范项 目长 坑三级水库重建工程 2 4 1 工程 概 况 长坑三级水库位于广东省中山市五桂山镇北台涌 支流长坑上 ，隶属中山市小水电管理总站。是一座拆 除旧坝并在原址上重建的水利工程 。建成后的长坑水 库是一座 以防洪 、供水为主 的小 ( 1 ) 型水库 ，总库容 为 1 6 1 3 2万 m ，水库正常水位 6 2 8 m。设计方案确 定大坝采用 堆石混凝 土重力坝 ，最大坝 高 2 6 5 m， 坝顶长 8 8 m。坝轴线布置为圆弧形。溢洪道宽 1 5 m， 并设置 b型驼峰溢流堰 。 2 4 2堆石 混凝 土施 工 的创 新 亮点 长坑水库实现 了旧坝拆除石料的重复使用，降低 了水库重建的成本 ，堆石混凝土较小的水化热温升免 去了复杂 的温控措施 ，保证了施工进度和质量 ；对建 成坝体进 行钻 孔压水试 验 ，坝体 透水率小 于 1 L u ， 防渗性能 良好 ；大坝未设置单独的防渗面板 ，而是采 用了薄层 自密实混凝土与堆石混凝土一体化浇筑的防 渗方案 ，有效地加快了施工速度 ，为工程按时完工争 取 _宝贵时间。 3 多种基础回填的应用项 目 3 1 冲沟回填项 目宝泉抽水蓄能电站工程 3 1 1 项 目概 况 河南宝泉抽水蓄能电站是装机 1 2 0万 k W 的大型 抽水蓄能电站，电站的主要建筑物包括上下水库 大 坝 、引水道 、地下厂房洞群系统及地面开关站等。其 中上水库位于宝泉水库峪河左岸支流东沟内，距宝泉 村约 1 k m，引水道进 出水 口位 于水库左岸 ，距大坝 左坝头约 2 0 0 m。原设计上水库副坝坝体采用细石混 凝土砌石 ，细石混凝土砌石施工需花费大量人工 ，且 技术要求较高 ，施工速度慢 ，另外 ，在库岸发育有几 条冲沟 ，其中 1号冲沟回填方量高达 1 3万 m 。为加 快工程施工进度并推广新工艺 ，经现场试验论证使用 自密实堆石混凝土的可行性 ，确定在副坝及 冲沟部位 使用 自密实堆石混凝土施工_ 5 J 。 3 1 2 施工工艺及优势 自密实堆石混凝土是砌石体施 工 的新工艺 ，经 过在宝 泉抽水 蓄 能 电站 副 坝及 1号 冲 沟 的应用 表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 潘自恒， 等我国堆石混凝土筑坝技术的新发展 明，其具有施工效率高 、经济效益好 、质量 稳定等 优点。冲沟回填的现场具有仓面大 ，垂直距 离高的 特点。堆石混凝土 回填时 ，采 用了 自卸汽 车运输堆 石 ，挖掘机进行堆石入仓 ，罐车经溜槽将 自密实混 凝土溜人仓面 ，挖掘机水平运输 自密实混凝土 。在 上库副坝及上库冲沟 回填等部位 ，堆石混凝土使用 总量 近 5万 m 。 3 2 沉井填芯项 目 向家坝水 电站工程 3 2 1项 目概 况 四川向家坝水电站工程是三峡上游金沙江梯级 电 站的最后一个梯级 ，为 I等大 ( 1 ) 型工程。向家坝工 程中的 1 0个沉井为国内最大的沉井群，其 回填混凝 土共约 8万 r n ，最大回填高度达 5 7 4 m。 3 2 2 抛 石 型堆石 混凝 土技 术应 用项 目 向家坝水 电站 由于坝基地质条件复杂 ，沉井施工 的实际进度相 比计划进度滞后 ，工期约延后半年。是 为了缩短工期 ，提高施工速率而由原素混凝土 回填方 案改为堆石混凝土回填。沉井最终除钢筋混凝土部分 外 ，全部采用抛石型堆石混凝土回填 ，回填方量共约 7万 m。 。在浇筑质量满足设计要求 的情况下 ，单 个 沉井回填工期由原素混凝 土回填方案的 2 03 0 d缩 短到 57 d ，将工期缩短了 7 0 8 0 ，为项 目带 来了巨大的经济效益。 3 3 溶洞回填项 目隘口工程 3 3 1项 目概 况 隘 口水库位于重庆市秀山土家族苗族 自治县隘 口 镇的平江河河段上 ，是一座以灌溉为主具有综合效益 的中型水 利工程 ，总库容为 3 5 8 0万 m ，最大坝高 8 3 2 m，城镇年供水 9 3 3 5万 m ，电站总装机 3 6 0 0 k W，多年平均发 电量 1 0 7 2 8万 k W h 。 3 3 2 复杂条件下的溶洞处理首选解决方案 隘口水库坝区岩溶极其发育 ，大坝右岸山体内部 有溶洞群 ，溶洞发育形态复杂 ，使开挖工作和大坝工 程存在很大风险和困难 ，同时由于溶洞内部发育较强 烈 ，如采用普 通混凝土或砂浆 回填很难保证填充质 量 ，且无法控制混凝土充填量 ，经济成本较高。采用 自密实混凝土技术进行溶洞处理 ，依靠 自密实性保证 充填质量的同时通过对 自密实材料的流动性能进行控 制来有效控制灌注量从而降低了成本。该 回填项 目为 我们总结 出了 白密实混凝土溶洞处理专项方案的三大 优势 ：不仅降低了施工成本 ，简化了工艺 ，而且显著 缩短了工期 ，是复杂条件下 的溶洞处理首选解决方 案 。 1 2 4 自密实灌浆、衬砌的应用项目 4 1 自密实砂浆基础灌浆斜卡水 电站工程 4 1 1 项 目概 况 斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境 内，是九 龙河左岸支流踏卡河上规划的龙头水库电站 ，电站装 机容量 1 3 0 MW，多年平均发 电量 5 2 1 1亿 k W h ， 水库总库容 8 4 8 5万 m ，具有季调节能力 。大坝为混 凝土面板堆石坝 ，水库正常蓄水位 3 1 6 5 O 0 m，校核 洪水位 3 1 6 5 1 0 m，坝顶高程 3 1 6 8 O 0 m，最大坝高 1 1 0 0 m，坝顶 长度 5 5 0 m。 4 1 2 自密实砂浆 的创新使 用 斜卡大坝基础裂隙发育 ，透水率较大 ，且地下水 丰富 ，采用常规灌浆方法的灌浆量很大，材料利用效 率低 ，部分灌段使用常规灌浆方法经过多次复灌后仍 达不到要求而采用了 自密实砂浆替代常规灌浆材料进 行斜卡大坝基础灌浆。 斜卡水 电站防渗 帷幕灌浆总工程量约 1 0万 m ， 预计砂浆总注入量约 5万 I l l 。 4 2 自密实混凝土衬砌窄 口水库泄洪洞工程 4 2 1 项 目概 况 窄口水库位于河南省宝泉市南 2 3 k m处弘农涧河 上 ，是黄河支流弘农涧河中游的一座大( 2 ) 型水库。是 1 9 7 3 年4月建成的水库项目。大坝为粘土心墙砂砾石外壳 块石护坡混合坝型，坝顶长 2 5 8 m，坝顶宽 8 m，坝顶高 程 6 5 7 m，最大坝高7 7 m。在2 1 3 0 9 年进行的窄口水库除险 加固工程三期工程中，需要对泄洪洞进行重新衬砌加固。 4 2 2狭 小 、异型 空间 的混凝 土衬砌典 型案例 窄口水库泄洪洞在坝体内部距地面高达 6 9 m，洞 径设计尺寸甚小仅为 3 5 m，从而导致车辆无法进入洞 内，进而给混凝土运输带来了很大困难。此外 ，由于 衬砌混凝土厚度仅 1 5 e m，且钢筋保护层为 5 c m，混 凝土厚度仅 1 0 c m。泄洪洞长约 3 0 0 m，根据原洞 内分 缝情况 ，每仓浇筑 1 5 m，不考虑钢筋所占体积和损耗 ， 每仓需浇筑混凝土 2 3 m 。若采用常态混凝土，不仅浇 筑施工难度大，而且无法解决振捣密实这一难题而采用 了以自密实混凝土材料为基础的完整的施工方案。该方 案不仅解决了施工过程中的难题 ，而且拆模后混凝土表 面光滑 ，无气泡 ，质量优良。该工程是在施工条件复 杂，狭小、异型空间的混凝土衬砌应用中的典型案例。 5 结语 堆石混凝土技术通过对设计和施工中存在的重大 ( 下转第 1 6页) 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第7期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵超一种降雨异常值探测的新方法 1 坦 粘 蘸 图 4 无异常值时数据小于下“ 触须” 的探测风险 2 4有异常数据的探测 在七里街流域 1 9 9 71 9 9 8年间的 6场 降雨序列 中，将样本 中 5 的数据人工添加右偏异常误差 ，获 得有异常值的降雨序列。比较改造箱形 图和经典箱形 图的探测效果 。两种方法的探测效果见图 5 。 图 5有异 常值 时两种方 法的探测效果 由图 5可见，当 5 的数据存 在异常值时 ，改造 箱形图异常值 的探测百分 比位 于 5 附件 ，而经典箱 形图的探测百分 比位于 8 附近。 3 结论 本文引入既可反映数据偏态 ，又对异常值不敏 感的参数 MC，对经典箱 形 图进行 改造 ，获得新 的 触须区间。此方法在运用过程 中较经典箱形 图更适 应于偏态数据 ，减少异常值探测风险 ，提 高探测效 率 。 针对降雨数据序列 ，何种形式 的函数-厂 m ( MC ) ， ( MC ) 异常值效果最好将是本研究下一阶段 的主要 任务。 参考文献： 【 1 赵超 ，包为民，孟永国 遥测降雨的抗差修正研究 J 水 电能 源科学 ， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 6) ： 2 1 - 2 4 2 Z h a o C ，H o n g H S ，Z h u M L A t h r e e - s t e p w i s e r o b u s t s t a t i s t i c a l m e t h o d f o r o u t l y i n g r a i n f a l l o b s e r v a t i o n J 中科 院研究生院学报 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ：1 7 2 6 3 赵超 ，郭丽君 降雨抗差统计方法的风险分析 J 人 民黄河 ， 2 0 1 1 ( 6) ：4 0 4 1 4 B r y s G，Hu b e r t M，S t r u Iy f A A r o b u s t m e a s u r e o f s k e w n e s s J J o u rna l o f c o mp u t a t i o n a l a n d g r a p h i c a l s t a t i s t i c s 2 0 0 4 1 3：9 9 6 1 01 7 5 Hu b e r M，V a n d e r v i e r e n E A n a d j u s t e d b o x p l o t f o r s k e w e d d i s t r i b u t i o n s J C o mp u t a t i o n a l s t a t i s t i c s d a t a a n a l y s i s 2 0 0 8 ，5 2 ： 5 1 8 6 5 2 0 1 ( 责任编辑于尧尧) c 专 c 镓c c 毒 c c c ： 。 每 。 ： 。 c c c c c c c c c ( 上接 第 1 2页) 课题进行攻关 ，来解决特殊工程中的技术难题 ，是集 设计 、科研 、施工之大成 ，代表了我国堆石 昆 凝土技 术从研究到应用以及发展的新水平 。为了深入探讨和 研究 ，通过广泛地实践 ，使堆石混凝土在更广阔的基 础建设领域发挥更大的技术优势 ，提出以下课题供参 考 。 小型 自密实混凝土浇筑机械的开发 。在公路工程 或者一些小型回填工程项 目上 ，堆石 自密实混凝土浇 筑点位多 ，每次浇筑量都不大的项 目上 ，如何使用 自 密实堆石混凝土施工 ，成为施工单位操作的难题。如 果有这样的小型 自密实混凝土生产机械，这个难题就 解决了 ，自密实混凝土应用也就增加了使用范围。 堆石混凝土新 品种掺 和料 的研发 。近年来 ，我 国水 电开发在西部 、西南部和新疆 、西藏 等地 区更 1 6 多一些。这些地 区粉煤灰资源匮乏或者即使有 粉煤 灰也是运距较远 ，石粉代替粉煤灰研发成功后 ，已 经在一些项 目上使用 ，其他新品种掺和料的研 发也 应加强 。 参考文献 ： 1 金峰 ，安雪 晖 堆石混 凝土大 坝施工方 法 P 中国专 利号 ： Z L 0 31 0 2 6 7 4 5，2 0 0 3 2 赵云云 堆石混凝土在吉利水 电站工程 的应 用 J 甘肃水利 水 电技术 ，2 0 1 1 ，4 7 ( 1 1 ) 3 史铁军 堆石混凝土施丁 技术在清峪水 库中的应用 J 山西 水利 ，2 0 1 0 ( 1 ) 4 杨会峰自密实堆石混凝土在恒山水库除险加固二 I 二 程中的应用 J 山西水利科技 ，2 0 1 0 ( 3 ) 5 宋殿海 ，刘剑 自密实堆石混凝 土在宝泉抽水蓄能电站的应用 J 水力发电 ，2 0 0 7 ，3 3 ( 9 ) ( 责任编辑欧阳越 ) 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第 7期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m