王勇

　　在我国已建的众多水工混凝土建筑物中，因耐久性问题引起的各类病害相当普遍，由于高速水流的冲刷磨损、气蚀而使泄水建筑物出现损坏的工程不少。黄河干流上几座大型水电站和西南地区的水电工程，由于水流流速高、泥沙和推移质含量大，泄水建筑物的磨蚀问题更为突出。

　　万家寨水利枢纽工程由于地处黄河中游，过流泥沙具有含量高、推移质多、硬度大、多棱角等特点。为了满足水库“蓄清排浑”的运作方式和一定的泄流排沙规模，该工程泄水建筑物有较大的泄流能力，溢流面过流流速为25～30ｍ／ｓ，最大含沙量300ｋｇ／ｍ3。因此泄水建筑物的抗冲磨问题是万家寨水利枢纽工程的主要技术问题之一。由于万家寨工程坝址天然建筑材料匮乏，工程选用以灰岩为主的人工砂石骨料。用该人工砂石骨料配制的混凝土，虽抗压强度可以满足要求，但90ｄ抗磨强度仅为0．23～0．27ｈ／（ｋｇ·ｍ2），即使是掺10％硅粉后，90ｄ抗磨强度也只有0．27ｈ／（ｋｇ·ｍ2）。

　　在人工骨料的制备过程中，软弱岩体和裂隙岩体易先被破碎、轧制，其生产为小砾石、人工砂的几率也相应增大。所以，要提高泄水建筑物抗冲磨性就应提高骨料抗冲磨性，特别是提高小骨料和细骨料的抗冲磨性。

　　考虑到降低工程造价和施工工艺简单等问题，万家寨工程利用铁矿砂（石）作为替换骨料。

　　铁矿砂（石）混凝土是以铁矿砂（石）为骨料的高密度混凝土，具有较高的力学强度和抗冲磨性，其冲击韧性和抗冲磨性均优于普通砂石混凝土。同时，铁矿砂（石）是Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2为主要成分的人工骨料，其中的ＳｉＯ2为石英结晶，有良好的化学稳定性，不会产生碱骨料反应。

　　万家寨水利枢纽工程泄水建筑物抗冲磨混凝土采用天然砂、小铁矿石完全取代人工小碎石，中碎石采用本工程人工骨料的配比方案。

　　万家寨水利枢纽工程原设计抗冲磨混凝土共计10．37万ｍ3，混凝土标号Ｒ90300Ｄ200及Ｒ90350Ｄ200，硅粉掺量10％。1997年12月底，浇筑了部分抗冲磨混凝土。

　　1998年2月，黄万公司、工程监理、水电四局万家寨施工局、天津设计院等单位研究决定万家寨水利枢纽工程剩余部分抗冲磨混凝土采用天然砂、铁矿石小石、人工中碎石拌制的抗冲磨混凝土。设计厚度35ｃｍ，设计标号Ｒ90500Ｄ200抗冲，抗磨强度不小于1．20ｈ／（ｋｇ·ｍ2），硅粉含量5～8％，水灰比0．35～0．40。原设计抗冲磨混凝土表层35ｃｍ以外改为基底（过渡）混凝土，取消掺硅粉，设计标号维持不变。

　　考虑到抗冲磨混凝土与基底混凝土在强度与弹模上相差较大，同时为避免增加施工缝面处理工作量，取消缝面钢筋及基底混凝土预留插筋，抗冲磨混凝土与基底混凝土同层浇筑，以使不同种类混凝土交界面形成良好的过渡层。因铁矿石比重较大，施工中应控制好浇筑与振捣时间，以免铁矿石下陷分离。

　　混凝土磨蚀问题是泥沙河流普遍存在的问题，过去多采用抗磨材料做局部修补工程。根据多年来抗磨蚀修补工程实践总结以及目前抗磨材料的发展，我国水工抗磨材料以往多采用高分子材料，其抗磨蚀性能虽好，但存在与基底混凝土温度适应性不好，容易开裂脱落，施工复杂，成本高，有毒性等缺点。

　　万家寨水利枢纽工程泄水建筑物采用天然砂、铁矿石小石、人工中碎石拌制的抗冲磨混凝土，抗磨层厚35ｃｍ，与基底混凝土同层浇筑，在方便施工的同时形成了良好的混凝土结合层，90ｄ抗磨强度可达1．20ｈ／（ｋｇ·ｍ2），较好地满足了工程需求。由于该方案技术可行、经济合理以及施工简便，使该技术成为万家寨工程的经验之一。