2.4　工程应用

贵阳院在“十二五”期间深化改革，加快转型，深入实施“主业西移、多元经营、国际发展”三大战略，期间参与了多个高寒地区的水电水利工程，高寒地区碾压混凝土筑坝材料研究得到了较好的应用。主要工程情况见表2.4-1。

从表2.4-1中可以看出，上述工程均处于西部地区，其自然环境都具有高寒地区的特点，即昼夜温差大，年降雨量少，风速较高，日蒸发量大，空气相对湿度较小，寒冷季节持续时间较长。所以上述工程筑坝所用材料及其混凝土配合比均需要满足高寒地区的特殊自然条件，才能保证工程质量的安全。

2.4.1　甘肃龙首水电站

龙首水电站工程位于甘肃黑河干流出山口的莺落峡峡口处，坝址距张掖市约30km，有公路直通坝址，交通便利。龙首水电站是黑河上游最后一个梯级电站，该工程以发电为主。黑河是甘肃省河西地区最大的一条内陆河，发源于祁连山与大通山之间，河流总长800km，流域面积为69000km2，坝址以上流域面积10009km2，占黑河总流域面积14.5%。径流主要由祁连山降水和融冰化雪补给，多年平均年径流量15.89亿m3，多年平均年流量50.4m3/s，多年平均年输沙量246万t（其中推移质为25万t），多年平均年含沙量1.4kg/m3，汛期输沙量占年输沙量的94.50%。该流域地处西北内陆腹地，属大陆性气候，夏季酷热，雨量稀少，蒸发强盛，冬季严寒，冰期长达4个月之久，最大冻土深度1.5m。多年平均年降水量为171.6mm，多年平均年水面蒸发量为1378.7mm，平均气温为8.5℃，极端最高气温37.2℃（1961年6月），极端最低气温-33.0℃。每年11月中旬河流开始流冰，2月底封冻，春季流冰3月底结束，最大河冰厚度0.8m。

1.水泥

经技术经济比较试验，该工程碾压混凝土选用永登水泥厂生产的“祁连”牌525号硅酸盐水泥（原国标标准）。经室内试验，永登水泥厂生产的“祁连”牌525号硅酸盐水泥化学成分见表2.4-2，物理性能见表2.4-3。

2.粉煤灰

该工程选用永昌火电厂生产的粉煤灰，该火电厂生产的原状粉煤灰品质较差，主要是粉煤灰太粗，需水量比达105%以上，因此未直接使用原粉煤灰，选用了该家通过技术改造的风选粉煤灰，其风选粉煤灰的化学成分分析见表2.4-4，品质鉴定试验结果见表2.4-5。

3.骨料

龙首水电站附近有大量的古河床冲积层，天然砂砾石骨料可作为混凝土骨料使用，根据地质勘察结果，适合工程混凝土骨料开采的砂砾石料产地有三处。龙首水电站工程开工后，经过充分调查、补充勘察比较后，选取开采条件优越、储备丰富、质量较好的Ⅲ1、Ⅲ2料场作为混凝土骨料料场。

由于砂中极细颗粒对混凝土单位用水量影响很大，在砂的生产过程中，需尽可能减少极细颗粒含量，降低混凝土单位用水量。实际工程中砂料筛分加工工艺分别采用了水冲洗法和风吹除灰法以降低砂中极细颗粒含量。两种方法生产砂子的颗粒级配物理性能试验结果见表2.4-6。

4.外加剂

该工程碾压混凝土外加剂应具有强缓凝、减水和引气等综合性能，以满足高抗冻、高蒸发的要求。由于碾压混凝土中液相含量少，粉煤灰掺量大，粉煤灰中的碳对外加剂又有强力吸附作用，因此对碾压混凝土的含气量有较大的影响。经室内试验研究，该工程选用了贵州高峡科技开发有限公司生产的具有高减水和强缓凝的碾压混凝土专用外加剂NF-A和引气能力强、气泡结构优良的NF-C引气剂，其对碾压混凝土用水量、抗压强度比、凝结时间的影响见表2.4-7。

5.碾压混凝土配合比特性

龙首水电站工程二级配碾压混凝土和三级配碾压混凝土设计指标具体见表2.4-8，碾压配合比见表2.4-9。

经大量的室内和现场试验，其各项性能见表2.4-10～表2.4-13。

从各个相关性能表中可以看出，该工程的碾压混凝土力学性能、热学性能和抗冻性能均满足设计要求，其绝热温升值也较低。

且经大量的室内试验以及现场调试，各项性能指标均满足设计要求，Vc值较低，有利于抗高蒸发；浆体较富裕，有利于碾压混凝土层面结合。外掺轻烧MgO延迟膨胀剂，其自生体积呈膨胀型，经施工实践证明，对温控和防止碾压混凝土裂缝产生十分有利。

2.4.2　新疆山口水电站

新疆伊犁特克斯河山口水电站是特克斯河下游流域梯级开发的最末一级，工程位于恰甫其海水利枢纽下游16.2km，距巩留县县城27km，距伊宁市125km，距乌鲁木齐市818km。任务以发电为主，并承担上游恰甫其海水电站的发电反调节。

特克斯河山口水电站工程由拦河坝、泄水建筑物和发电引水系统及电站厂房等主要建筑物组成。工程规模属大（2）型，工程等别为Ⅱ等，大坝、泄水建筑物、引水建筑物的进水口采用2级。最大坝高51.0m，水库总库容为1.06亿m3。拦水坝体为混合坝，坝0＋000～坝0＋507.758为碾压混凝土重力坝段，在碾压混凝土重力坝段上布置发电引水系统进水口、表孔、底孔。底孔位于左岸阶地，厂房坝段布置在右岸阶地，采用坝后式，坝0＋507.758～坝0＋963.10为黏土心墙坝坝段，坝0＋425.708～坝0＋526.900为重力坝和上游坝连接段，碾压混凝土重力坝坝段最大坝高51m，黏土心墙砂砾石坝坝段最大坝高38.26m。

该区域呈大陆性气候，表现为温和湿润、雨量充沛，昼夜温差大、夏热少酷暑、冬冷少严寒、春温回升迅速，秋温下降快等特征，工程所在地区多年平均气温8.8℃，极端最高气温39℃，极端最低气温-32℃。

贵阳院进行了该工程碾压混凝土配合比设计试验研究工作。

1.水泥

该工程使用南岗水泥厂生产的P.O 42.5硅酸盐水泥，其化学成分见表2.4-14，水泥的碱含量见表2.4-15，物理力学性能见表2.4-16。

2.粉煤灰

该工程选用玛纳斯火电厂生产的Ⅰ级粉煤灰为主，以独山子火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰为辅。两个火电厂取样的粉煤灰化学成分试验结果见表2.4-17，粉煤灰的品质鉴定试验结果见表2.4-18。

3.砂石骨料

该工程采用C2砂砾料场筛分的天然砂和天然粗骨料，C2砂砾料场天然砂颗粒级配试验结果见表2.4-19，品质鉴定试验结果见2.4-20。天然粗骨料品质鉴定见表2.4-21。

4.外加剂

该工程混凝土外加剂采用山西凯迪建材公司生产的KDNOF-2缓凝高效减水剂和KDSF引气剂，其性能检测结果见表2.4-22。

5.碾压混凝土配合比特性

山口水电站碾压混凝土配合比试验结果见表2.4-23，其各项性能试验结果见表2.4-24。

2.4.3　新疆喀腊塑克水利枢纽

新疆地区喀腊塑克水利枢纽工程自216国道到乌鲁木齐市528.5km，向西距已建的“635”水利枢纽直线距离35km，河道距离41.5km。枢纽以上集水面积15107km2，多年平均年径流量33.27亿m3，坝址处多年平均年流量105m3/s。

本工程主要任务是在保证和改善额尔齐斯河流域社会经济发展及生态环境用水的条件下，向乌鲁木齐经济区供水，并兼顾发电和防洪。水库正常蓄水位739.00m，总库容24.19亿m3，正常蓄水位下库容20.45亿m3，调节库容19.18亿m3，死水位680.00m，死库容1.27亿m3，电站装机容量140MW，保证出力12.3MW，有效发电量4.82亿k W·h。工程等级为Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型。

坝址区分布的地层主要以上石炭统喀喇额尔齐斯组的变质砂岩、变质砂岩夹石英片岩为主，均属中—厚层状结构。坝基微风化层—新鲜基岩岩体完整，属中坚硬岩。

坝址处多年平均气温为2.7℃，极端最高气温40.1℃，极端最低气温-49.8℃，多年平均降水量183.9mm，多年平均蒸发量1915.1mm，多年平均风速1.8m/s，最大风速25m/s，最大积雪深75cm，最大冻土深175cm。5—10月平均水温为13.1℃，最高水温为25℃。

1.水泥

该工程使用天山水泥厂生产的P.O 42.5水泥，水泥的物理力学性能试验结果见表2.4-25。

2.粉煤灰

粉煤灰选用玛纳斯火电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的化学成分及品质鉴定分别见表2.4-26及表2.4-27。

3.砂石骨料

本次试验采用的砂子为天然砂，粗骨料为片麻花岗岩加工的人工骨料。天然砂的颗粒级配试验结果见表2.4-28。

表2.4-28的试验表明，现场用天然砂的细度模数为2.70，为中砂，小于0.16mm的含量为1.82%。

该工程所用石粉是天山水泥厂将工地现场的石屑利用小磨加工而成，其0.08mm筛余量为10%。

天然砂的品质鉴定试验结果见表2.4-29，人工粗骨料的品质鉴定试验结果见表2.4-30。

4.外加剂

该工程碾压混凝土中减水剂选用的是新疆五杰化工有限公司生产的PMS-3缓凝高效减水剂和PMS-NEA3引气剂，其性能检测结果见表2.4-31。

5.碾压混凝土设计配合比特性

喀腊塑克水利枢纽工程主要的二级配碾压混凝土和三级配碾压混凝土配合比，见表2.4-32。主要碾压混凝土力学性能见表2.4-33。

2.4.4　新疆石门子水库

石门子水库水利枢纽位于天山北麓塔西河中游U形峡谷地段，工程以灌溉为主，兼顾发电、防洪和旅游，是一座综合利用的中型水利枢纽工程。大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高109m。各主要建筑物为三级建筑物，大坝为二级建筑物。大坝坝顶高程1394.00m，建基面高程1285.00m。坝顶最大弧线长为176.5m。坝体混凝土总量21.1万m3，其中碾压混凝土18.8万m3，占混凝土总量的89%；坝址地区月平均气温在零度以下的时间长达5个月，极端最高气温33.2℃，极端最低气温-31.5℃；多年平均年降水量430mm，多年平均年蒸发量1410.8mm。

1.水泥

根据石门子水库所处的地理位置，以及项目合同中建议使用的水泥品种，工程选用了昌吉州屯河水泥厂生产的硅酸盐525号水泥（原国标标准），其化学成分和水泥的物理力学性能见表2.4-34、表2.4-35。

2.粉煤灰

根据石门子水库工程附近火电厂粉煤灰灰源的实际情况和项目合同的建议，本工程选用了玛纳斯火电厂生产的磨细粉煤灰，其化学成分及品质鉴定见表2.4-36及表2.4-37。

3.砂石骨料

石门子水库工程选取的料场在坝址下游1km处，储量丰富。现场所取砂石骨料进行试验的砂石骨料性能详见表2.4-38。

4.外加剂

根据该工程实际和试验结果，建议使用原北京焦化厂（后改名为北京赛迪四洋有机化工厂）生产的FE-C型缓凝高效减水剂，其性能见表2.4-39。

5.碾压混凝土设计配合比特性

该工程坝体混凝土按照设计要求分为3种：一是坝体内部三级配碾压混凝土；二是坝体上游面死水位以上及下游面（表层1m范围）二级配碾压混凝土；三是坝体上游面（表层1m范围）死水位以下碾压二级配混凝土。各部位碾压混凝土配合比性能技术指标要求详见表2.4-40，碾压混凝土配合比参数见表2.4-41，碾压混凝土性能见表2.4-42。

2.4.5　西藏果多水电站

果多水电站位于西藏地区昌都县境内，为扎曲水电规划“两库五级”中第二个梯级电站，坝址以上控制流域面积33470km2，坝址多年平均年流量303m3/s，多年平均年径流量95.7亿m3。该电站以发电为主，水库正常蓄水位为3418.00m，死水位3413.00m。正常蓄水位以下库容7959万m3，调节库容1746万m3，具有周调节性能，电站装机容量160MW（4×40MW），保证出力33.54MW，年发电量8.319亿k W·h。工程等别为三等工程，工程规模为中型。

扎曲河段地处澜沧江上游，属高原寒温带半湿润气候，平均气温较同纬度其他地区低，日照时间长，昼夜温差大，空气较为干燥，相对湿度在39%～59%，流域所处地区地势较高，重峦叠嶂，呈西北东南或南北走向，阻挡着孟加拉湾水汽的输入，降水量很少，多年平均降水量499.5mm。降雨多集中在5—9月，占全年降雨量的83%，且多为阵雨、暴雨。冬季寒冷，降雨稀少，水边有结冰现象，河面有时封冻，春季3月气候转暖，水面有上游解冻的浮冰顺流而下。

该流域气候主要受印度洋暖湿气流和西风南支急流控制，每年11月至次年4月，受西风气候影响，整个澜沧江流域降水稀少，空气干燥；5—10月印度洋暖湿气流带来大量水汽，区域空气湿润降水量增加，降水集中，为汛期。但由于深切割地形影响，不同海拔高度对水热状况产生的重新分配，使气候呈现明显的垂直差异，海拔3000～4000m地带，气候温凉；海拔4000m以上地区，气候寒冷。

1.水泥

该工程所用水泥为云南华新（迪庆）水泥有限公司生产的“堡垒”牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其化学分析及物理性能见表2.4-43。

2.粉煤灰

该工程使用的粉煤灰由业主统一采购供应，为攀枝花利源粉煤灰制品有限公司生产的Ⅱ级F类粉煤灰，其化学分析及物理性能见表2.4-44。

3.骨料

根据设计文件的要求，热曲料场天然细骨料所占比例为12.71%，且有部分属于水下开挖，导致天然细骨料在开挖过程中流失严重，同时，作为辅助补充料源的坝基开挖料，为人工爆破毛料，其中不含细骨料。因此在砂石加工系统生产的混合砂中，所含天然砂比例较小，大部分成分为机制砂。该工程砂石加工系统投入运行至2014年12月31日，混凝土生产系统细骨料仓抽检按人工砂（碾压砂）标准要求控制其质量。细骨料（碾压砂）物理性能见表2.4-45，粗骨料物理性能见表2.4-46。

4.外加剂

该工程所用外加剂为石家庄长安育才有限公司生产的GK-4A缓凝高效减水剂和江苏博特新型材料有限公司生产引气剂，减水剂及引气剂性能检测结果见表2.4-47。

5.碾压混凝土设计配合比特性

果多水电站工程主要的二级配碾压混凝土和三级配碾压混凝土，其设计指标具体见表2.4-48，碾压混凝土配合比见表2.4-49，各项性能见表2.4-50及表2.4-51。

从上述相关性能表中可以看出，该工程的碾压混凝土的力学性能和抗冻性能均满足设计要求。