堆石混凝土技術在水庫大壩施工中的應用

李 華 李玲波

（羅平縣水務局，云南 曲靖 655800）

灑谷水庫工程被列入云南省“十一五”規劃重點建設的小（一）型水利工程項目，我們本著“引進科技消化吸收，再創新，然后推廣應用”的原則。經報批：大壩設計由原C15細石混凝土砌石重力壩優化后選用了堆石混凝土重力壩，采用自密實混凝土施工新技術。

1 工程概況

灑谷水庫屬珠江流域西江水系黃泥河支流九龍河上游段篆長河左岸的一封閉小流域，灑谷小河現無任何可用的水利工程設施，開發利用程度較低。

自然地理概況和流域特征：水庫位于羅平縣城西北部阿崗鎮的灑谷小河，總體地勢東北高西南底，屬中低山地形。水庫所在流域屬珠江流域西江水系。

灑谷水庫壩址區工程地質條件：壩址兩岸岸坡與巖層斜交，地形坡度左岸為35°～55°，右岸為20°～39°。壩址壩基兩岸2063.0m以下為飛仙關組（T1fb）紫紅色含長石細砂巖夾頁巖，以上為飛仙關組（T1ya）灰白色泥灰巖。巖層與壩軸線斜交，傾角小于15°、較緩。基巖裸露，巖體較完整，結構面不發育，表層風化裂隙發育。河槽處為第四系含砂卵礫石粘土。壩肩上部地表覆蓋厚達0.0～5.9m的第四系殘、坡積層。

水庫為新建小（一）型，興利庫容282.3萬m3，總庫容383.8萬m3。大壩設計為C15堆石混凝土重力壩，壩頂111.0m，最大壩高44.8m，最大挖深7.1m。壩頂高程2099.80m，頂寬5m，上游壩坡1:0，下游壩坡1:0.75。水庫壩址以上控制徑流面積9.55km2，水庫壩址河底高程2062m。主河道長3.11km，河道平均坡降15.6‰，多年平均徑流584.9萬m3，P=75%年徑流458.6萬m3。建設灑谷水庫區域水資源條件優越，是解決阿崗鎮的法郎、阿崗、高橋等村委會1.05萬畝耕地農業灌溉缺水問題主要的水源工程。可控制灌溉面積1.05萬畝，水庫每年提供農業灌溉毛用水量359.7萬m3，農村生活毛用水27.6萬m3，河道生態用水12.0萬m3，水庫每年總供水量為399.3萬m3，可緩解阿崗壩灌區的干旱缺水問題，解決阿崗鎮集鎮飲水問題。

2 堆石混凝土的概念及優勢

堆石混凝土（Rock-FilledConcrete，簡稱RFC）施工技術是在自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，簡稱 SCC）技術上發展出的一種新型的大體積混凝土施工方式，并且已經在水利水電工程中廣泛使用。

堆石混凝土是一類新型的混凝土施工方法，該技術由清華大學水利水電工程系發明并獲得國家發明專利的新型大體積混凝土施工技術。通過石料選取，采用獲得專利授權的施工工藝，研制出來的具有達到和超過常態混凝土相關技術要求的混凝土，能減少環境負荷，并能因為大量采用了塊石做原料，節省了水泥用量，從而為環保做出了貢獻。堆石混凝土概念的提出，標志著人類在處理混凝土材料與環境的關系過程中采取了更加積極、主動的態度。

堆石混凝土由于其獨特的施工工藝，使得其較常規混凝土具有很多顯著的工程和經濟優勢：施工工藝簡單，混凝土免除振搗，施工速度快；單方水泥用量低，水化溫升低，溫控簡單，綜合單價低等。

3 堆石混凝土重力壩設計要點

灑谷水庫總庫容383.8萬m3，水庫屬小（1）型，工程等別Ⅳ等。樞紐工程主要建筑物為攔河大壩、輸水隧洞4級，次要建筑物擋土墻、排水溝、護坡、臨時性建筑物、導流圍堰、渠道5級。

灑谷水庫工程區基巖裸露，石料豐富，開采條件好，運距短，附近土料相對較少。經計算，重力壩和土石壩均能滿足建壩要求。兩壩型比較，建重力壩是經濟的。

堆石混凝土重力壩，設計洪水標準為30年一遇（P=3.33%），校核洪水標準為200年一遇（P=0.5%）。消能防沖建筑物設計洪水標準為20年一遇（P=5%）；壩體施工期臨時渡汛洪水標準為全年10年一遇（P=10%）；壩體施工導流洪水標準為枯季5年一遇（P=20%）。

堆石混凝土重力壩由4個壩段組成，壩0+64.0～0+71.0m為溢流壩段，其余的為非溢流壩段。壩頂長111.0m，最大壩高44.8m，最大挖深7.1m。壩頂高程為2099.80m，壩基最低高程為2056.00m，防浪墻高1.2m，壩頂寬5m。上游壩坡1:0，下游壩坡1:0.75，下游壩坡在高程2095.4m處設置折坡點。溢流壩頂結合兩岸交通要求設置壩頂交通橋，為溝通兩岸的交通。

壩基采取帷幕灌漿防滲處理。帷幕灌漿設計為單排孔布置，孔距為2.0米，帷幕線全長398.7m，對壩段帷幕應深入弱透水層（q＜5Lu）內5m，對巖溶發育部位適當增加鉆孔或設雙排。

4 堆石自密實混凝土壩施工工法

4.1 材料

4.1.1 堆石料：選用新鮮、完整，質地堅硬的毛石、塊石料。塊石粒徑≥30cm，粒徑＜30cm的塊石其總量不超過堆石料總重量的10%，最大粒徑不宜超過1.0m。堆石料的含泥量≤0.5%。堆石料由壩體附近山體開采選取。

4.1.2 水泥：選用遠東水泥廠生產的32.5普通硅酸鹽水泥。質量滿足相關國家標準要求。

4.1.3 粉煤灰：選用宣威電廠的Ⅱ級粉煤灰。滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T1596-2005）中的相關規定。

4.1.4 細骨料：選用工地現場生產的人工砂。其性能指標符合《水工混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）中的相關規定。

4.1.5 粗骨料：選用工地現場生產的碎石。粒徑5～20cm，針片狀顆粒含量不超過8%。其余性能指標符合《水工混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）中的相關規定。

4.1.6 外加劑：采用由北京華實水木科技有限公司提供的堆石混凝土專用外加劑（聚羧乙酸）。其性能指標符合《混凝土外加劑》（GB/T8076-2008）和《水工混凝土外加劑技術規程》（DL/T5100-1999）中的相關規定。

4.2 施工工藝

4.2.1 基礎倉面的處理

堆石入倉前的基礎倉面的處理，按常規混凝土的處理方法進行。

4.2.2 堆石入倉

（1）本工程堆石料采用塔吊機、挖掘機、吊籃方式入倉，自密實混凝土采用輸送泵入倉。

（2）基礎倉混凝土強度達到2.5Mpa以上方可進行堆石入倉，每層堆石厚度按1.2～1.5m控制。

（3）選擇入倉的毛、塊石料滿足石料要求；在堆石過程中，堆石體外露面所含有的粒徑小于200mm的石塊數量不超過10塊/m2。

（4）在建基面進行堆石入倉前，須澆筑一層30～50cm厚的抗離析型專用自密實混凝土，并在混凝土初凝前將堆石埋入混凝土中，從而確保堆石混凝土與基礎結合良好。

（5）堆石入倉時不得將泥土帶入堆石倉面，控制不對基礎倉面混凝土產生較大沖擊，粒徑較大的堆石宜置于倉面的中下部。

（6）堆石完成后應做好防雨（水）措施，在澆筑自密實混凝土前必須防止雨（水）沖刷堆石導致泥漿在接觸面上堆積。

4.2.3 模板

（1）堆石混凝土的模板可采用鋼模、木模等，也可使用砂漿標號不低于M10的漿砌石墻（墻厚度不小于30cm）替代模板；

（2）用于堆石混凝土的模板具有小于2mm的縫隙的密閉性以防漏漿，其強度和剛度能抵抗混凝土產生的側向壓力（可按2.5倍水壓力計算）；

（3）有外觀要求的部位，堆石體與模板不應接觸，保留大于3cm的空隙作為保護層，堆石體與模板間預留空隙不宜超過10cm。

（4）混凝土強度達到2.5Mpa以上方可拆模。

4.2.4 自密實混凝土的生產與澆筑

各種原材料檢測和配合比試驗送往北京華實公司試驗基地進行，又經在現場原材料復檢和配合比現場調整后使用。由于自密實混凝土無需振搗，僅靠其自重填充密實，因此自密實混凝土工作性能的檢測方法與常態混凝土不同，主要采用坍落度、坍落擴展度試驗和V型漏斗通過時間試驗進行檢測。

4.2.4.1 自密實混凝土的生產

（1）拌制自密實混凝土材料，嚴格遵守混凝土配料單進行配制，不得擅自更改配料單。水泥、粉煤灰的購買廠家發生變化后必須重新進行配合比試驗調整。

（2）水泥、粉煤灰、專用外加劑、水的稱量誤差不得超過+1%，砂、石骨料的稱量誤差不得超過+2%。

（3）配料采用配料機，拌和自密實混凝土采用雙臥軸強制式攪拌機。

（4）自密實混凝土的攪拌順序為：將稱量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機干拌，在加入水和外加劑后繼續攪拌60s（氣溫＜15℃時，攪拌不低于90s）以上，目測自密實混凝土工作性能達到要求之后方可出機。

4.2.4.2 泵送自密實混凝土

（1）在自密實混凝土泵送前，檢查泵管，接頭等連接完好情況。

（2）正式泵送自密實混凝土前，按如下順序進行操作：a.向泵車的料斗內加0.5～0.8m3清水從管道泵出。b.使用同配比的水泥砂漿潤泵。c.泵送自密實混凝土。

4.2.4.3 自密實混凝土的澆筑

（1）自密實混凝土可采用泵送、挖掘機挖斗、溜槽或吊罐等方式入倉。

（2）澆筑自密實混凝土時，嚴禁在倉內加水。

（3）澆筑過程中澆筑點應均勻布置于整個倉面，其間距不超過3m。一個澆筑點填滿后再進行下一個，不可在倉面上往復澆筑。

（4）自密實混凝土應保持澆筑的連續性獨立倉面應連續澆筑完成。

（5）除表層自密實混凝土外，每一倉的澆筑頂面留有塊石棱角，塊石棱角的高度高于自密實混凝土頂面約5～20cm，以便下一倉的粘結。

4.2.5 堆石入倉的間隔時間

（1）當氣溫≥15℃時，自密實混凝土澆筑完24h后，即混凝土強度達2.5Mpa，可以堆石入倉。

（2）當氣溫在5～15℃時，自密實混凝土澆筑完36h后，即混凝土強度達2.5Mpa，可以堆石入倉。

（3）氣溫0～5℃時，自密實混凝土澆筑完48h后，即混凝土強度達2.5Mpa，可以堆石入倉。

4.2.6 堆石混凝土的溫控

堆石混凝土一般不考慮溫控，入倉溫度不宜超過28℃。但每一100m2倉面，不少于1個溫控測量點；每一層堆石混凝土溫控測量點不少于3個，在倉面上均勻布置。

4.2.7 堆石混凝土的養護

澆筑完后的堆石混凝土，應避免太陽暴曬；6～8h內開始灑水養護，并混凝土表面保持濕潤。

4.2.8 堆石混凝土的缺陷處理

（1）自密實混凝土澆筑中斷4h以上時，首先建筑同配比的自密實砂漿，然后才建筑自密實混凝土。

（2）對于硬化堆石混凝土內部缺陷可采用水泥灌漿的方式進行修補。

（3）堆石混凝土表面缺陷，在拆模后24h內完成修補。

5 灑谷水庫大壩工程堆石混凝土性能優勢

灑谷水庫大壩工程采用堆石混凝土新技術施工，工藝簡單、速度快、節約投資等方面的優點較為顯著：

（1）堆石混凝土施工過程簡單，極大限度的降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量，現場控制管理更加容易保證。

（2）堆石混凝土避免了混凝土振搗密實的過程，消除了人為的不利干擾，施工質量和穩定性更加容易保證。

（3）堆石混凝土施工工藝簡單流暢，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率、縮短工期。

（4）堆石混凝土使用了大量的塊石作為原材料，且施工工藝簡單，因此大大降低了綜合成本。

（5）單位堆石混凝土的水泥量很少，因此水化溫升小，溫控簡單。

（6）堆石混凝土具有大塊巖石穩定堆積構成的骨架，具有優良的體積穩定性，體積收縮小。

（7）堆石混凝土在施工過程中能源消耗低，環境負荷小，更為綠色環保。

結語

鑒于堆石混凝土技術在云南省水利水電領域應用較少，曲靖屬首次。結合羅平灑谷大壩工程使用堆石混凝土新技術，使用當地豐富的石料資源，節省40%的水泥用量，節約了投資成本，降低人工費，提高工效縮短施工工期，固廢綜合利用等優勢。對此項新型自密實混凝土堆石壩的施工工藝、質量控制、經濟及節能效益等方面進行探討。為今后堆石混凝土技術在云南省、特別是曲靖的推廣應用奠定基礎，擬應用于其他類似工程。

[1]金峰，安雪暉.堆石混凝土大壩施工方法[P].中國專利申請號：03102674，2003.

[2]安雪暉，佐藤文則.自密實混凝土在大壩建設中的應用[J].日經建筑，2006（06）：22-24.

[3]黃佑光. 混凝土在建筑工程中的施工技術及管理[J]. 中國新技術新產品，2010（19）.