弄另水电站大坝碾压混凝土掺合料研究及应用 4页

科研管理水利规划与设计2013年第12期弄另水电站大坝碾压混凝土掺合料研究及应用徐哲(上海勘测设计研究院上海200434)【摘要】随着碾压混凝土筑坝技术的日益成熟，如何在粉煤灰短缺的地区使用粉煤灰以外的活性掺合料，是碾压混凝土筑坝技术发展和追求的一大目标。本文通过工程实际进行了火山灰、磷矿渣双掺及火山灰单掺的配合比试验研究，最终就地取材，在国内首次采用火山灰单掺筑坝技术，并取得了较好的工程效果和经济效益。【关键词】弄另水电站碾压混凝土单掺火山灰应用【DoI编码】1o．3969~．issn．1672．2469．2013．12．009【中图分类号】TV4【文献标识码】B【文章编号】1672．2469(2013)12．0033．031工程概况本工程所用粗、细骨料的天然料场位于坝址下游约5km的勐养镇江心寨龙江河床上，料场合弄另水电站工程位于云南省西部的德宏州计砂砾石储量约136．4万m。。龙江～瑞丽江中段的梁河县勐养镇弄另村以东5km的干流上，是梯级开发规划调整后的第l22坝体结构级电站。水库总库容2．32亿m，正常蓄水位2．1坝体材料分区962．0m，本工程为大(2)型II等工程。工程主大坝共分为12个坝段，坝段横缝间距40m要枢纽建筑物由拦河坝、引水系统、发电厂房及(溢流坝段为44m)。坝体混凝土包括常态混凝开关站等组成。电站开发任务主要为发电，在地土和碾压混凝土两大类，除结构和布置上要求采区电力系统中担负调峰、调频、备用等任务，还用常态混凝土的部位外，坝体内部923．00m高程具有一定的防洪、灌溉等功能。以下为RCC的C】8o15W4F50三级配碾压混凝土，拦河坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高923．00m高程以上为RCC的C18010W4F50三级90．5m，坝项长280．0m，坝顶宽8．0m。坝体碾压配碾压混凝土；上游坝面防渗层采用厚50cm的混凝土29．8万m。工程区属地震动峰值加速度C20二级配变态混凝土和厚2．0m,-~4．5m的RCC0。20g区域，地震动反应谱特征周期为O．45s，相的C9020W8F100二级配碾压混凝土；下游坝面当于地震基本烈度为Ⅷ度。本工程主要建筑物为为厚50cm的C20三级配变态混凝土。大坝基础2级建筑物，设计烈度与基本烈度相同。找平层，河床部位和基础平台部分为C20W8F100引水系统进水口布置在左坝头上游110m左常态混凝土，两岸岸坡找平层为变态混凝土，厚右的河湾处，从进水口至发电厂房引水道长度为1．0m；溢流坝面板为C25F100常态混凝土，溢流566．761m。发电厂房为引水式地面厂房。220kV面板与碾压混凝土接触面设0．8x1．0m(宽×高)开关站采用户内GIS方案。电站装机2台，总容台阶；坝体灌浆廊道与检查廊道外包混凝土为量180MW，保证出力32MW，年利用小时4550h，C20F100常态混凝土，厚1．0m；中孔外包混凝土年电量8．19亿kwh。电站首台机组发电工期为32个月，工程完建工期为40个月。作者简介：徐哲(1964年一)，男，教授级高级工程师。·33·n科研管理水利规划与设计2013年第12期为C35F100常态混凝土，厚1．Om。中孔坝段除中工现场提供，为颗粒状，经试验室球磨机粉磨后孔周边、上游闸门井、下游出口段外均采用碾压使用。凝灰岩属于天然火山灰质材料，天然的或混凝土。坝体内部廊道等孔洞周边采用变态混凝人工的以氧化硅和氧化铝为主要成分的矿物质土进行施工。材料，磨成细粉与石灰混合后再加水拌制成胶泥2．2掺合料使用背景状态，具有水硬性能者，称为火山灰质混合材料。随着碾压混凝土筑坝技术的发展、成熟，如本次配合比所用凝灰岩为云南省腾冲市附近开何扩大碾压混凝土活性掺合料的使用范围，不仅采的凝灰岩，施工现场提供的凝灰岩为褐色块石，使用粉煤灰，还要在粉煤灰短缺或供应不足的情经破碎机破碎后，由球磨机磨至所需粒径，以上况下找到替代品，是碾压混凝土筑坝技术发展和两种掺和料品质检验成果见表1。追求的一大目标。检验结果表明，火山灰与磷矿渣的需水量比(1)气候特性条件相当，28d抗压强度比>62％，火山灰满足活性本流域地处低纬度高原，太阳辐射量大，热混合材的品质指标要求。量丰富，气候温和，属北热带和南亚热带季风气3．2双掺及单掺料具体参数及性能试验候。主要特点是：四季不明显，春温高，夏季长，碾压混凝土双掺料(火山灰、磷矿渣)及单秋多雨，冬季短，雨热同期，干冷同季，年温差掺(火山灰)具体参数及强度性能多组进行试验，小，日温差大。流域内的年平均气温由南向北递结果取其平均值对比见表2。减，南部的瑞丽市可达2O℃，北部的腾冲市为从表2结果对比分析得出：碾压混凝土双掺14．7℃。中东部的潞西站多年平均气温19．5℃，料配合比、单掺料配合比在用水量上没有多大差极端最高气温36．2℃，极端最低气温．0．6℃。异，用水量相同的情况下，VC值相差1～2S；从(2)工程位置条件弄另水电站位于该流域的中偏下游的德宏抗压强度检测结果来看，双掺料(火山灰、磷矿州梁河县勐养镇，距省会昆明785km。当地粉煤渣)碾压混凝土抗压强度比单掺料(火山灰)碾灰资源极为短缺，尽管昆明等地区有一定量的粉压混凝土抗压强度略高一些，尤其是混凝土强度煤灰资源，但由于云南水电建设处于高潮期，各等级越高，龄期越长这种关系越明显。大水电站建设工地需求量均较大，供应得不到很3_3极限拉伸试验好的保证。单掺及双掺时碾压混凝土极限拉伸均采用弄另水电站又距离产灰地约600km，路途遥1OOmm~lOOmmx515mm试件多组进行试验，变远且多数属于山道，运输难度较大，成本较高。形用电测干分表测得。试验结果取其平均值对比同时鉴于大朝山、漫湾等水电站在筑坝时混凝土见表3。掺合料很好地利用了当地的火山灰、磷矿渣等材由表3的试验结果可见，从C901OW4F50碾料，并且取得了很好的工程效果和经济效益，因压混凝土极限拉伸试验结果来看，碾压混凝土双此，本工程拟对此进行研究并应用。掺料配合比极限拉伸值比单掺料配合比极限拉本工程附近约60km的云南腾冲市有充足的伸值略高。火山灰矿藏，经过现场调查，矿山四处也分布着3．4干缩试验许多大小不一的开采工厂和企业，有的已经形成单掺及双掺时碾压混凝土干缩均采用了规模化生产供应链条，其质量和数量均可满足100~100~515mm棱柱体试件多组进行试验，试本工程的要求，而且运输火山灰的道路等交通条验结果取其平均值对比见表4。件良好，因此本着因地制宜，就地取材，节约成本的宗旨，进行了双掺火山灰、磷矿渣及单掺火由表4的试验结果可见，混凝土7d的干缩山灰的配合比试验研究，并最终采用单掺火山灰率在140．54～146．24x10曲之间，28d的干缩率在的试验成果应用于工程实际。311．83～320．43x10．。之间，90d的干缩率在369．19～377．65x10曲之间，双掺磷矿渣、火山灰3碾压混凝土双、单掺料配合比试验情况的碾压混凝土干缩与单掺火山灰的碾压混凝土3．1掺合料品质检验干缩率未见明显差别。可见，单掺该火山灰并未掺合料有磷矿渣及凝灰岩两种。磷矿渣由施显著增加碾压混凝土的干缩性。n科研管理水利规划与设计2013年第l2期表1大坝碾压混凝土掺合料品质检验结果掺合料品种细度需水量比烧失量(抗压强度比(％)％)SO3(％)45~rn筛筛余(％)801an筛筛余(％)(％)14d28d60d火山灰6-35．496．42．0o0．O387．275．590．9磷矿渣7．73．896．82．070．33|1o4．O142．4DT5144．2001对火山灰的品质要求5—7<10冬3>62DT5055．1996对I级粉煤灰的要求Sl2三．9553表2碾压混凝土双掺料与单掺强度对比表编号水胶比减水剂引气剂掺合料掺砂率抗压强度(MPa：劈拉强度(MPa)(％]HC．3(％)HC．9(％]量(％)7d28d60d90d7d28d60d90dC9015W4F50一双掺0．490．7O．O25830l1．617．122．526．70．721．18l-291．80C9015W4F50．单掺0．490．7O．O2583ll0．714．918．722．20．66O．851．121．40表3双、单掺的碾压混凝土极限拉伸与轴拉强度结果对比表编号配合比情况极限拉伸(×10)轴拉强度28d90d28dC9010W4F50．双掺Rccl0P30％+T3O％0．75O．92l-3lC9010W4F50．单掺Rccl5T6O％0．65O．83l-27表4双掺、单掺的碾压混凝土干缩试验结果对比表表5碾压混凝土绝热温升检测结果对比表编号配合比情况干缩率(×10)温升值(℃)7d28d90d龄期(d)C9015、Ⅳ4F50C9015W4F50C9015W4F50-Rcc15(Reel5P28．3％+T28．3％双掺)(Reel5T56．6％单掺)140．543l1．83369．19双掺(T28．3％+J8．3％)711．811．9C9015W4F50-Rcc1520l5．5118．52单掺(T56146-24320．43377．65．6％)2816．1ll9．57注：混凝土干缩龄期以试件成型后两天为基准。90l7．8919．93表6大坝C15碾压混凝土芯样检测各项指标与设计值对照表序号抗渗等级极限拉伸￡抗压强度((MPa)表观密度kg／m相对压实度弹性模量(MPa)×104)芯样检测值(180d)W80．8421．7241l98．2％2．59x104设计值(180d)W4_-20．8015>240098％2．2xl04注：180d强度保证率80％。3．5绝热温升碾压混凝土配合比90天强度17．6MPa，能够满碾压混凝土绝热温升试验结果见表5。从表足碾压混凝土坝设计15MPa的强度要求。5可看出，绝热温升20d龄期后基本趋于平缓，5应用成果及结论其28d、90d绝热温升值均在2O℃以内，差别已很小。弄另电站大坝碾压混凝土总量29．8万m，经计算，使用火山灰总量3．6万t。工程于20084单掺火山灰现场试验年8月竣工后，混凝土质量评定合格率100％，根据原材料特点及施工现场情况，利用大坝优良率87％。其中，对大坝选取了4个孔8组的下游消力池的二道坝作为试验对象，对试验室提C】8015W4F50混凝土芯样检测结果与设计值对照供的碾压混凝土配合比进行了现场碾压复核试见表6，表中芯样试验各项控制指标均满足设计验，并在此基础上对配合比中的掺合料掺量和砂要求，而且大坝外观上尚未出现任何干缩裂纹等率做了相应的调整。从试验结果看，C9ol5W4F50不良现象。(下转第40页)n科研管理水利规划与设计2013年第12期{i—～、l十e4L～妲慨、』／，一叁{．．一∞I}辑■瓠妇&一一2～^*、砷。—■、f—臻酬嬲“寸一》静～‘妇》0～》一——《》一—》—一《‘～观测日期(年一月一日)图1l桩土荷载b匕测值过程线比较图13C4土压力位置处。静载试验与监测数据桩土荷图l2c3土压力位置处，监测数据桩土荷载比分布图载比分布图图14C5土压力位置处。监测数据桩土荷载比分布图图15桩土荷载比回归分析并结合试验及理论分析，进一步分析桩土荷载分中国水利水电出版社．2001．龚晓南，复合地基，浙江大学出版社，1992．配比的变化状态，为相似工程提供指导性意见。4水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基的设计．建筑技参考文献术，Vo1．21．5马骥，张东刚等．CFG桩复合地基设计有关问题非探讨．1Isenhower，WM，Arrellaga，J．A，Wang，S．T，Johnson，工程勘察，2001．J．0．ExperienceswithGeoJetpilesinsandyclays．Soil6阎明礼，吴春林，杨军．水泥粉煤灰碎石桩复合地基试验ImprovementforBigDigsGeotechnicalSpecialPublication研究．岩土工程学报．1996．ASCE，1998．7张晶，李斌，CFG桩复合地基承载力的试验研究．合肥工2阎明礼，张东刚编著．CFG桩复合地基技术及工程实践，业大学出版社(自然科学版)，1999．(上接第35页)在技术上是可行的。弄另电站大坝碾压混凝土单掺火山灰为国截止目前，工程竣工已近5年，大坝表面尚内首次在工程实际中的开展应用，无可借鉴的工未出现裂纹等异常情况，本工程中各项主要技术程案例和技术资料，设计在初期室内试验成果的指标均满足设计和规范要求。同时，本工程单掺基础上经调整配合比并做了充分的现场碾压试火山灰后仅掺合料一项，使建设单位也取得了可验研究，实践证明，碾压混凝土筑坝单掺火山灰观的经济效益。