堆石混凝土技術在深溪河水庫重力壩中的應用

鄧海峰

摘 要：利用自密實混凝土的高流動性及抗分離性，在粒徑較大的塊石內隨機填充而形成自密實堆石混凝土。該技術具有低碳環保、低水化熱、工藝簡便、施工速度快、造價低廉等特點，基于上述原因，文章對在深溪河重力壩設計中采用的堆石混凝土技術進行了分析研究。實踐證明，該方案經濟技術優勢明顯，可為類似工程的設計提供參考和借鑒。

關鍵詞：堆石混凝土 節能環保 混凝土配合比

1.自密實堆石混凝土技術簡述

節能環保技術在水利事業發展的過程中也得到越來越多的運用，自密實堆石混凝土技術正是在這種背景下應運而生。該技術主要由堆石入倉和澆筑自密實混凝土兩道工序組成：將粒徑30～100cm的堆石放至倉面，然后利用自密實混凝土充填堆石體，充分發揮其高性能、免振搗、自密實的特點，使其填充堆石體中的空隙，從而形成完整、密實、有較高強度的混凝土。該技術于2012年入圍《國家鼓勵的循環經濟技術、工藝和設備名錄（第一批）》。

2.堆石混凝土性能

2.1節能環保性

堆石混凝土中堆石的體積比例一般可達45%～55%，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、混凝土澆筑（碾壓）等環節上可大量節約能源，并減少二氧化碳排放、降低噪聲。因此堆石混凝土技術是一種新型低碳環保的混凝土施工方法。

2.2低水泥用量與低水化熱

堆石混凝土可充分利用粉煤灰、礦渣粉、石粉等摻和料，水泥用量顯著降低，在大體積混凝土施工中可簡化甚至取消溫控措施。徐俊等對堆石混凝土的溫度場進行了分析，論證了堆石混凝土由于其單方水泥用量少，水化熱產生少，內部溫升低，對裂縫控制有效，保證了堆石混凝土結構的安全性。

2.3工藝簡便，降低施工成本

堆石混凝土施工包括兩道工序：堆石入倉和自密實混凝土澆筑。兩道工序均可通過機械化施工來完成，堆石入倉和混凝土生產澆筑可以平行施工，簡化或取消溫控、且無需振搗等措施，為加快施工速度、降低造價提供了保證。

2.4綜合性能穩定，安全系數高

堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強度，抑制干縮變形等方面都有著顯著的效果。石建軍（2005）等、安雪暉（2005）等通過自密實混凝土充填堆石體的試驗證明了自密實混凝土在堆石體中分布相當均勻，混凝土完全填充孔隙，未發現砂漿和骨料分離現象，混凝土與堆石粘結牢靠，整體性能好，具有良好的力學性能。

影響堆石混凝土強度的因素主要決定于自密實混凝土基體性能。在堆石混凝土的施工過程中，控制自密實混凝土的流動距離在1.5m范圍內而形成的堆石混凝土立方體抗壓強度不會低于自密實混凝土的配制強度。

3.堆石混凝土重力壩設計

3.1深溪河水庫工程概況

深溪河水庫工程位于五峰縣灣潭鎮九門村，該工程由堆石混凝土重力壩、輸水管道及相關附屬設施組成，水庫總庫容277.9萬m3。壩頂高程1305.0m，頂寬5.0m，壩頂長143.9m，最大壩高63.0m，下游面坡比1：0.75。

由于堆石混凝土技術是一項新興技術，在深溪河重力壩的設計過程之初，設計人員僅比選了常態混凝土壩、細石混凝土砌石壩、碾壓混凝土壩3種壩型。

常態混凝土重力壩由于溫控措施復雜、施工速度慢、造價高等特點而被否定；細石混凝土砌石壩依靠人工砌筑，施工速度慢、人工單價高、施工質量離散性大，不適合修建中、高重力壩；因此在設計初始階段選擇了碾壓混凝土重力壩方案。由于壩體混凝土方量僅9萬余方，且施工倉位也相對較小，大型的碾壓設備很難開展工作，施工干擾大，另外碾壓混凝土還需采取溫控措施，以上因素也成為選擇碾壓混凝土方案的一些制約條件。因此，最終決定采用造價更低的堆石混凝土作為壩體主要材料。為進一步加深設計人員對堆石混凝土性能的認識，設計院參加了水利部科技推廣中心和湖北省水利廳聯合舉辦的堆石混凝土筑壩新技術推廣培訓班。

3.2壩體設計參數

通過上述培訓并隨著《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL678-2014）的頒布，推廣了堆石混凝土的優越性。堆石混凝土壩與常規混凝土壩、碾壓混凝土壩的主要區別在于施工方式，但設計方法和主要結構型式基本相同。深溪河水庫重力壩堆石混凝土的設計與施工要求如下：

（1）堆石

為保證堆石混凝土達到設計標號C15相應的強度，所選堆石的飽和抗壓強度應>40MPa。通過對料場的塊石進行取樣分析，堆石料最終選用左岸二號料場新鮮、質地堅硬的寒武系中統中厚層白云質灰巖。堆石料的性能參數見表1。

（2）自密實混凝土配合比

自密實混凝土設計等級強度C15，采用42.5R普通硅酸鹽水泥，為節約成本，添加粉煤灰以減少水泥用量，細骨料采用中粗砂，粗骨料粒徑5～20mm。自密實混凝土配合比見表2。

（3）堆石混凝土施工

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和自密實混凝土的生產澆筑，兩道工序均可通過機械化施工來完成。但在模板、止水帶、大壩分縫等部位附近0.5～1.0m的位置，需進行人工輔助堆石入倉，以避免機械施工對這些部位造成損傷。

3.3壩體材料分區

為提高重力壩整體安全系數，滿足強度、抗滲、抗侵蝕、抗沖刷、低熱等要求，將壩體分為4個區，各區采用不同性能混凝土澆筑。各部位技術指標見表3。

3.4設計方案評價

設計方案采用堆石混凝土技術后，工程總造價較碾壓混凝土節省投資160萬元。從本工程壩址地形地質條件、天然建筑材料、簡化溫控設施、節省投資及環境保護等方面考慮，推薦采用堆石混凝土重力壩是適合本工程實際的，經濟合理技術可行。

參考《水電可持續性評估規范（CSHE）》的評估方法，對常態混凝土壩、細石混凝土砌石壩、碾壓混凝土壩、堆石混凝土壩4種壩型在中、低壩中的應用進行評價。評價的內容主要包含7個項目，分別為溫控措施、節能環保、施工速度、施工設備、材料性能、項目工期、綜合單價，主要根據項目的難易程度、效果優劣進行打分，分值范圍在1～5分，項目越優分值越高。經專家打分，證明堆石混凝土最具有優越性，說明采用堆石混凝土方案具有良好的經濟技術優勢。

4.結束語

綜上所述，在大體積混凝土的工程建設中，采用堆石混凝土澆筑有以下主要優點：施工簡易、速度快，節約水泥、簡化溫控、高強耐久、節能環保、節省投資。在中、低壩的建設中，堆石混凝土壩在目前已成為一種極具競爭力的壩型。同時《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL678-2014）的頒布對推動堆石混凝土技術發展也起到了技術指導作用，對國家水利事業和節能環保型產業具有重要意義。

參考文獻：

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