（刊登于《浙江水利水电学院学报》2019年第1期）

张锦灿、邹仕华

（云南省能源投资集团有限公司  云南  昆明  650228）

[摘　要]：色拉龙工程溢流面设计高标号抗冲耐磨混凝土，C40W6F100（二），对骨料和工艺要求相对较高。但当地现有骨料属于砂岩，用于碾压混凝土还能满足要求，而用于高标号混凝土，在通常情况下容易开裂。为了更好解决这类问题，本文研究新方法，改进工艺,或调整标号至C30W6F100（二），或远距离运输，更换骨料，由灰岩替代砂岩，以项目可接受的程度追加投资额，换取工程质量的保障。值得分析研究，值得行业推广。

关键词：色拉龙工程；溢流面；抗冲耐磨；混凝土指标；分析

 

Analysis on index of abrasion resistant concrete on overflow surface of Xelanong Project

Zhang Jincan  ,Zou Shihua

（YunNan Provincial Energy Investment Group Co.LTD. Yunnan  Kunming  650228）

[ Summary] : Xelanong Project overflow surface design high standard anti-impulse wear resistant concrete, C40W6F100（II）, relatively high aggregate and process requirements. However, the existing aggregates in the area are sandstone, which can also meet the requirements for RCC, and for high standard concrete, which is usually prone to cracking. In order to solve this kind of problem, this paper studies new methods, improving the process, or adjust the label to C30W6F100(II),or long-distance transportation, replacing aggregate, replacing sandstone with limestone, in exchange for the project's acceptable additional investment in exchange for the guarantee of project quality. It is worth analyzing and researching, and it is worth promoting in industry.

Key words: Xelanong project; Overflow surface; Punch resistance; Concrete indicators; analysis

 

【收稿日期】2019-1-

【作者简介】张锦灿（1977-8-16），男，云南大理人，硕士研究生，高级工程师，总裁助理兼经管中心总经理，研究方向是国际金融、国际能源经济。

邹仕华（1970-11-21），男，湖北潜江人，工学学士，水利水电工程硕士，经济学硕士，教授级高级工程师，高级职业经理人，省级电力市场监管咨询专家（2018.8.21-2021.8.20），研究方向是水能动力工程、传统能源经济。

1.溢流坝概况

色拉龙工程是一座中型水电站，属二等大（2）型工程，其溢流坝是枢纽工程的主要建筑物之一，溢流面是溢流坝的重要组成部分。充分研究溢流面抗冲耐磨混凝土浇筑的主要指标，做到技术可行、经济合理。

[1]色拉龙工程溢流坝段（10^#-12^#）共3个坝段，各坝段长度分别为23米 、25米和23米。最低建基面▽152.00米 ，最大坝高67.5米，坝基底宽59米，坝顶高程▽219.5米，上游坝坡▽219.50米-▽193.50 米为铅直面，▽193.50米-▽185.50 米为1:1向内倾斜的斜坡，▽185.50米-▽175.00 米为铅直面，▽175.00 米-▽164.00米为1：0.4向外（上游）倾斜的斜坡，▽164.00-▽162.00米为1:1向外（上游）倾斜的斜坡，▽162.00米向外（上游）延伸一个6.60米的平台，再铅直面向下，直抵建基面▽152.00米。共布置4孔14米×17米的泄洪表孔，镶嵌4道直立检修闸门和4道弧形工作闸门，表孔堰顶▽198.00米。堰面采用开敞式堰面曲线[2]，顶部向上游悬出5.5米，原点上游采用1/4椭圆曲线x²/4.02²+(1.80-y)²/1.80²=1，原点下游接方程为Y=0.0523X^1.85冥曲线。堰面曲线与下游反弧段相接，反弧段半径25米，采用挑流消能。闸墩长度36米，闸墩厚度3米，表孔溢流坝同时作为排污通道，参与水库排污。闸墩下游坡面▽219.5米-▽192.00米为直立面，▽192.00米-▽182.00米为1:1向外（下游）倾斜的斜坡，▽182.00米向外（下游）延伸一个10.00米的平台，再铅直面向下至▽168.00米，▽168.00米-▽166.00米为1:1向内倾斜的斜坡，▽166.00米以下为直立边坡，直抵建基面垫层。

溢流坝表孔堰顶▽198.00米，挑流消能底坎▽172.68米，水能溢流落差25.32米。溢流坝溢流面横剖面弧长70.80米，溢流面垂直投影至水平面上沿水流方向的水平长度56米（垂直于坝轴线）。

2.溢流面的主要结构和技术指标

溢流面的主要结构组成有高标号混凝土、Ф25螺纹钢等。工程量不算大，但价值高，部位重要。[3]抗冲耐磨是其主要功能，表面光洁、防止开裂也是不可轻视的美观功能。

溢流面的弧面面积约3965平方米，表面覆盖0.5米厚的抗冲耐磨混凝土C40W6F100（二）（注：C40为混凝土标号；龄期为28天；W6为抗渗0.6MPa；F100为抗冻100次循环；二个级配，骨料粒径5-20,20-40毫米。下同）。0.5米表层以下，覆盖1.5米厚的C25 W6F100（二）溢流面混凝土。 再往下部，在预留阶梯状的碾压混凝土上布设垂直插筋和水平插筋，垂直插筋间排距均为1米，水平插筋间距1米，排距0.9米，插筋伸入台阶与外露的长度均为1.5米。这些是施工准备阶段的设计要求。

溢流面属于溢流坝的重要组成部分，溢流坝的混凝土量144074立方米，包括常态混凝土C20、C25、C30、C40和变态混凝土C₁₈₀20W6F100（二）、碾压混凝土C₁₈₀15W4F50（三）、富胶凝碾压混凝土C₁₈₀20W6F100（二），包含溢流面混凝土在内的溢流坝段混凝土型号多达15种，而且彼此单价相差悬殊，最大者与最小者相差七百多，其经济指标不容小觑。

色拉龙水电站溢流面抗冲耐磨混凝土设计技术指标见表1，骨料级配试验结果见表2。

表1、溢流面抗冲耐磨混凝土配合比设计技术指标

表2、骨料最优级配试验结果

根据表2振实容重的试验结果，骨料级配最佳比例为，二级配小石:中石=40:60（%），该级配比例为最佳级配，其振实容重最大，空隙率最小。

溢流面抗冲耐磨混凝土二级配采用小石:中石=40:60（%），在实际施工过程中根据施工的不同阶段和骨料颗粒级配实际情况予以相应的调整。

3.溢流面的设计优化

设计优化是一个极值的概念，并非“最”，而是“更”，体现技术上更可行，经济上更合理。为增强溢流面表层混凝土抵抗表孔泄洪时产生脉动压力的能力，原设计溢流面表层常态混凝土的厚度为2米；同时为节约工程投资，降低因水泥用量过高导致混凝土开裂的风险，溢流面表层采用0.5米厚C40W6F100（二）混凝土，其下部为1.5米厚C25W6F100（二）混凝土，并要求两种混凝土整体浇筑。

但由于溢流面两种混凝土需整体浇筑，对现场施工工艺要求较高，鉴于现场实际，经复核分析，临近浇筑前10个月的时候，对溢流面混凝土分区进行如下调整。

（1）将原设计1.5米厚C25W6F100（二）混凝土+0.5米厚C40W6F100（二）混凝土调整为1.5米厚C40W6F100（二）常态混凝土。先期浇筑的溢流坝碾压混凝土与溢流面常态混凝土结合部位预留台阶，并且台阶尖角部位进行倒角处理。台阶高度从碾压混凝土分层厚度0.3米调整为1.8米（台阶高度和宽度，临近浇筑前1个月以工作联系单形式，以施工、监理、设计和业主代表签字确认调整 。固化下来，作为现场实施和后续结算依据），便于现场大模板留足施工平台，并保证溢流面C40W6F100（二）常态混凝土厚度不小于1.5米。溢流面常态混凝土浇筑前，对下游侧碾压混凝土密实度进行检测，密实度不满足设计要求者予以凿除。已浇台阶状施工缝面在浇筑二期混凝土前按施工缝处理，进行凿毛处理，清除碾压混凝土施工缝表面的浮浆、污染物、不密实混凝土、松动骨料，并清洗干净，保持清洁湿润，台阶上摊铺2-3厘米M25水泥砂浆后浇筑常态混凝土。

（2）取消预留台阶的水平插筋，调整垂直插筋的位置，呈梅花分布，水平间距1米，伸入一期混凝土1.5米，并与表层钢筋网焊接。若采用钻孔埋设钢筋，则须采用M25以上强度等级的微膨胀砂浆对竖向造孔进行全孔密实封孔，孔内注满砂浆后再插锚筋，确保全孔密实。

（3）溢流坝10^#与11^#坝段之间、11^#与12^#坝段之间溢流面两道铜止水埋设位置，分别调整为距溢流面50厘米和100厘米。

（4）溢流面常态混凝土中埋设铁质冷却水管，管内径34毫米，管壁厚2毫米，管外径38毫米，按照1.5米间距、埋深1.0米、每段300米以内蛇形布置，一般通水时间28天，根据温度监测情况适当延长。浇筑完成的溢流面做好表面养护，养护时间不小于90天。竣工验收前夕，采用高强度微膨胀砂浆封堵冷却水管进口和出口。

设计优化的基本原则，体现工程质量满足合同条款约定的质量标准，技术上能够实施，经济上合理，实现质量、技术和经济方面的综合极优化。

时至浇筑前3个月，迎来了质量咨询和大坝安全鉴定的国内顶级权威专家组，通过他们的巡诊把脉，设计院认为参考国内诸多成功经验，为减少溢流面开裂风险，将第一次优化的溢流面进行第二次优化，将1.5米厚的C40W6F100（二）抗冲耐磨混凝土调整为1.5米后的C30W6F100（二）抗冲耐磨混凝土。

4.混凝土配制强度分析

混凝土配合比要求满足混凝土的主要设计指标，混凝土施工强度保证率，均匀性指标和施工和易性要求，充分考虑到施工质量的不均匀性，导致混凝土强度的波动，为此，混凝土配制强度留有一定的富余度。根据《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2015）、《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）中“配合比选定”的有关要求，混凝土配制强度按下式计算：

ƒ_cu,0=ƒ_cu,k+tσ

式中ƒ_cu,0 -- 混凝土的配制强度，MPa；

ƒ_cu,k -- 混凝土设计龄期的强度标准值，MPa；

t -- 概率度系数；当保证率为P=95%时，t =1.645；

σ-- 混凝土强度标准差，MPa，其取值参照表3。

根据色拉龙工程的混凝土原材料、混凝土生产工艺及生产质量控制水平等实际情况，参照《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2015）、《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）等标准，取其混凝土强度标准差σ见表3。混凝土强度保证率P为95%，则概率度系数t为1.645，混凝土配制强度列于表4。

表3、混凝土、砂浆强度标准差σ

表4、混凝土配制强度  

5.溢流面抗冲耐磨混凝土的骨料分析

色拉龙工程的天然建筑材料有砂岩料场和灰岩料场提供选择，砂岩分布在坝址周围3千米范围以内（4^#料场），灰岩分布在距坝区95千米以外（车邦砂石骨料场）。侧重于经济性考虑，通过比选，砂岩作为非抗冲耐磨混凝土骨料。不过，砂岩料场的致命弱点不得不顾及，比如，砂岩料场中含有无用层的泥质粉砂岩需剥离，砂岩骨料中的细骨料可能存在石粉含量高等，严格轧制试验，确定质量满足设计要求。远距离采购灰岩，相对少量，节省投资，以灰岩作为抗冲耐磨混凝土的骨料。

色拉龙工程4^#料场砂岩经砂石系统破碎加工而成的人工砂及老挝沙湾拿吉省车邦砂石骨料场生产的砂、石骨料。粗骨料按规范及设计要求分为：5_~20mm、20_~40mm二级。砂、石骨料物理性能试验结果见表5，4^#料场人工砂颗粒级配曲线见图（一）、车邦料场人工砂经筛除大于5mm颗粒级配曲线见图（二）。

图（一）4^#料场人工砂颗粒级配曲线

 

 

 

 

 

 

 

图（二）车邦料场人工砂经筛除大于5mm颗粒级配曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

表5、砂、石骨料物理性能试验结果

试验结果表明（如表5），老挝色拉龙一级水电站工程4^#料场砂岩经砂石系统破碎加工而成的人工砂及老挝沙湾拿吉省车邦砂石骨料场生产的砂、石骨料，所检的各项指标符合规范及设计要求。

[4]通过试验，比选砂岩和灰岩，分别作为抗冲耐磨混凝土骨料的各项技术指标的变化，提供现场择优采用，其混凝土配合比见表6。

6.溢流面抗冲耐磨混凝土开裂分析

[5]溢流面混凝土开裂是一种普遍存在的现象，也是施工界和学术界长期争论，无法彻底解决的实际问题，它会影响溢流坝工程的耐久性和实用性。混凝土硬化过程是水泥水化作用的过程,水泥水化伴随着发热的化学反应，水化热升高混凝土温度，引起绝热温升三四十摄氏度。混凝土的导热系数很小，是不良导体。大体积混凝土内部温度升高，散热慢，内外温差和温度梯度过大，胀缩不均，产生温度应力。当温度应力大于混凝土抗裂能力时，混凝土就产生裂缝。混凝土浇筑初期，外界温度骤降，也产生表面裂缝。刚性地基上浇筑混凝土，在降温过程中，受基础约束，也会产生拉应力，导致混凝土开裂。[6]

表6、分别以车帮骨料与4#料场骨料为原材料的抗冲耐磨混凝土试验配合比对比一览表

C30W6F100抗冲耐磨混凝土的配合比比照表6的做法，获得相应的试验数据，指导现场施工，在此省略相关数据。