自密實堆石混凝土在海南水利工程中的首次應用

曾玲玲

（海南宏生勘測設計有限公司，海南 ?？?571100）

自密實堆石混凝土在海南水利工程中的首次應用

曾玲玲

（海南宏生勘測設計有限公司，海南 海口 571100）

娜姆水庫首次在海南省采用自密實堆石混凝土筑壩技術，體現(xiàn)了海南水利向綠色生產方式的轉變。工程實施后效果顯著，取得了良好的效果和顯著的經濟效益。文章對該工程設計難點及先進性進行對比分析，指出在施工過程中應該注意的問題，對該技術在我省水利工程中的應用進行推廣。

自密實堆石混凝土技術；首次應用；娜姆水庫

為實施生態(tài)立省戰(zhàn)略，樹立綠水青山就是金山銀山的理念，海南省娜姆水庫除險加固工程設計率先采用自密實堆石混凝土技術（Rock Filled Concrete，簡稱RFC）。該技術能充分利用初級開采的石料，最大限度降低膠凝材料用量，同時，在骨料破碎、混凝土生產澆筑等施工環(huán)節(jié)上大大節(jié)約能源，減少二氧化碳的排放，具有施工速度快、質量高、成本低等優(yōu)點，在海南水利水電工程建設中具有廣闊的發(fā)展前景。

1 工程概況及存在問題

1.1 工程概況

娜姆水庫位于海南省?？谑行阌^(qū)東山鎮(zhèn)境內的南渡江支流南面溪上游，壩址以上集雨面積2.0km2，河流比降6.85‰，水庫總庫容69萬 m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的水利工程。水庫大壩為堆石壩，壩頂總長250m，壩頂寬2.5m，原壩頂高程60.0m，設計正常高水位58.0m，最大壩高5.0m。該水庫于1959年1月動工興建，當年竣工發(fā)揮效益。

1.2 工程存在問題

該水庫在運營過程中發(fā)現(xiàn)，由于大壩清基不徹底，產生不均勻沉降，造成壩頂凹凸不平，加上大壩壩體堆筑質量差，下游壩排水棱體失效，壩體及壩基滲漏嚴重，涵管與壩體接觸帶嚴重滲漏，下游壩腳大量積水，嚴重影響水庫正常發(fā)揮效益。經水庫防洪標準復核表明，復核后壩頂高程應為61.92m，比原有的壩頂高程60.0m高1.92m，水庫大壩的實際抗洪能力不能滿足防洪安全要求，嚴重威脅大壩安全。經安全鑒定需進行除險加固，加固內容包括重建主、副壩，新建永久溢洪道及放水涵洞等。

2 設計方案的比較與選擇

2.1 壩型方案選擇

在選擇壩型方面主要考慮娜姆水庫周圍屬玄武巖剝蝕殘丘地貌單元，庫盆主要由第四紀全新統(tǒng)沖洪積相的高液限粘土，道堂組玄武巖及其風化殘坡積的低液限粘土組成。經調查，附近幾公里無適合建壩的土料，故建均質土壩條件不成熟。由于壩址段全為玄武巖，如果選用重力壩，能充分利用當?shù)厥模?jié)省投資。通過對埋石混凝土重力壩和自密實堆石混凝土重力壩兩種設計方案進行比較，埋石混凝土造價為476.88元/m3，自密實堆石混凝土造價為383.32元/m3，綜合施工工藝、安全系數(shù)、抑制收縮、抵抗開裂變形等因素比對后認為：充分利用當?shù)靥烊皇?，采用自密實堆石混凝土技術具有工期短、成本低和節(jié)能低碳等特點，因此，在進行了充分論證后，選用了經濟效益高的自密實堆石混凝土重力壩方案。

自密實堆石混凝土的特點是將大粒徑塊石自然入倉，形成有空隙的堆石體，然后澆入自密實混凝土，利用其自有流動性完全充填堆石體空隙，形成完整密實的混凝土結構。

2.2 壩基處理方法

壩址區(qū)地層巖性相對較復雜，軟弱土層主要分布于庫區(qū)及低洼河谷表部，黑褐色，主要由粘粒成分組成，層厚在0.8～1.50m左右，為地表沖洪積相的高液限粘土，滲透系數(shù)6.0×10-5cm/s，承載力70kPa；中風化玄武巖分布于整個壩址區(qū)，灰黑色、巖質堅硬，氣孔狀構造，局部裂隙發(fā)育，透水率為8 lu，屬弱透水巖體，可作為壩址區(qū)相對隔水層，承載力1500kPa，層厚在4.0～8.0m左右。下伏為含砂低液限粘土，棕黃色，主要由粘粒成分組成，混石英質中粗砂，滲透性較弱，承載力130kPa，層厚大于8.00m。針對上述復雜的地質情況，對壩址基礎根據(jù)不同地段不同地質條件，采用不同的處理方法，對松散的基巖全部清除干凈，對已風化嚴重的玄武巖開挖到中風化層，對有高液限粘土層地段全部清除，對裂隙發(fā)育的基巖用水沖刷干凈后刻槽澆筑處理。這樣做有利于自密實堆石混凝土在施工中不流漿，要求基礎開挖基槽平均深度0.8～1.2m，確保澆筑自密實堆石混凝土與基礎連接效果好。通過多種處理方法，使基礎處理達到設計要求。

3 施工技術與工藝

3.1 原材料基本要求

用于澆筑堆石體的自密實混凝土質量決定著整體結構的質量，故施工要求嚴格。

自密實堆石混凝土施工要求水泥選用普通硅酸鹽水泥；摻合料采用粉煤灰，應滿足2級灰的標準；細骨料應選擇中沙或中粗沙作為專用自密實堆石混凝土的細骨料，有利于實現(xiàn)自密性能和降低成本；粗骨料最大粒徑不宜大于20mm；外加劑選擇流動性，抗離折性和強充填性，而且要具有較強時間的自密實性能保持時間，堆石料選用新鮮、完整、質地堅硬，堆石料的粒徑原則上大于300mm。堆石料的強度應根據(jù)設計標準滿足強度要求，見表1。

表1 強度標號對應抗壓強度表

3.2 混凝土配合比

自密實堆石混凝土重力壩在海南屬首次應用。沒有適合本地的施工經驗可借鑒，特別是結構質量影響大的自密實混凝土料的配比，在工程設計階段，我們結合本省實際，認真研究滿足高流動性、抗離析、高填充性能混凝土配合比，經過多次配合比優(yōu)化試驗，不斷調整配比參數(shù)，完成了娜姆水庫工程自密實堆石混凝土的配合比設計，得到了更經濟實用的優(yōu)化配合比（此項已委托國家建筑工程質量監(jiān)督檢測中心進行相關檢測，所有檢測結果表明項目自密實混凝土配合比能滿足C20W 6F50的設計要求）。在使用過程中還可根據(jù)現(xiàn)場拌和情況，調整相關指標，所調整的施工配合比允許與理論配合比有所變化，其中砂石用量可在±5%的范圍內調整，水泥用量可在-10～20kg的范圍內調整，粉煤灰用量在-20～10kg的范圍內調整，水膠比變化范圍不得超過-0.02～0.01的范圍。

3.3 施工工藝

基礎倉面處可按常規(guī)混凝土的處理方法進行。堆石入倉應嚴格滿足堆石料的要求，允許使用少量粒徑小于300mm的小石塊，但不得集中堆放；每層堆石厚度可按1.50～2.00m左右控制。在建基面進行堆石入倉前，須澆筑一層3～8cm厚的自密實混凝土，并在自密實堆石混凝土初凝前將堆石埋入混凝土中，從而確保自密實堆石混凝土與基礎結合良好。

模板安裝要求縫隙小于2mm；防止漏漿的發(fā)生，在堆石體與模板之間應留大于10cm的空隙作為保護層，澆筑自密實堆石混凝土時，嚴禁在倉內加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性較差，應采取加強措施。在澆筑過程中澆注點應均勻分布于整個倉面，其間距不得超過3m，必須在澆注點的自密實混凝土填滿后方可移至下一澆注點澆注，澆注順序應做到單向順序，不可在倉面上往復澆注。在完成澆注后表面的塊石較少，可利用石料篩選剩余的小塊石拋入倉面進行平倉工作。

自密實堆石混凝土的養(yǎng)護，在澆筑完成自密實堆石混凝土后，養(yǎng)護前宜避免受太陽暴曬，應在澆筑完畢6～18h內開始灑水養(yǎng)護?；炷琉B(yǎng)護時間不宜少于28d。

4 技術特點及優(yōu)點

自密實堆石混凝土是利用自密實混凝土的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。在大體積混凝土應用方面，自密實堆石混凝土與普通混凝土有著明顯的優(yōu)勢，首先由于混凝土內堆石量達到55% ～60%，大塊石可直接利用，碎石用于骨料，減少了水泥用量。在能耗和環(huán)境方面，降低了水泥和人工骨料生產的高能耗、高排放對環(huán)境和資源造成的影響；經濟方面，澆筑過程不需振搗，施工簡單，質量易控制，使得綜合單價低；工程質量方面，對于大體積混凝土降低了水化熱、結構收縮小、抗裂能力強等使其有了廣泛應用前景。

4.1 經濟效益與低碳環(huán)保

自密實堆石混凝土重力壩型與同等類型的混凝土重力壩型進行經濟分析，可節(jié)省工程造價25%左右。由于采用自密實堆石混凝土，可以充分利用工程區(qū)附近的塊石，最大限度地降低了膠凝材料用量，因此可節(jié)約水泥55%左右，同時減少水泥生產中空氣污染排放。對比同樣條件下混凝土重力壩施工，自密實堆石混凝土重力壩在骨料破碎、混凝土生產等施工環(huán)節(jié)上節(jié)約了能源，降能耗約30%。

4.2 綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

試驗研究和工程應用證明：自密實堆石混凝土容重通?？梢赃_到2500kg/m3以上；各項力學性能指標均能滿足設計要求，特別是在抗壓、抗剪強度方面有足夠的安全富余系數(shù)；抗?jié)B性能方面自密實混凝土滲透系數(shù)可達到10～11m/s，工程鉆孔壓水檢測透水率能夠滿足低于1Lu的要求；在抑制收縮、抵抗開裂方面自密實混凝土在工程應用中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

5 結語

自密實堆石混凝土技術在娜母水庫大壩建設中的應用為海南省水利水電工程建設的首例應用。工程竣工后，專家組考核驗收認為：該工程各項指標不但滿足設計要求，而且施工工期縮短了1/3，工程造價節(jié)約了25%，是一項技術創(chuàng)新成果，具有顯著的社會效益和經濟效益，適合推廣應用。目前該成果已起到示范帶動作用，東方市采用該成果建造的毛號水庫已竣工驗收投入運行。經對上述工程進行總結認為：項目設計中對摻合料的選擇要適應海南當?shù)氐木唧w情況，使該項新技術在海南具有更廣泛的應用前景。

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TV62+1

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1672-2469（2017）10-0156-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.044

2017-08-18

曾玲玲（1982年-），女，工程師。