貓溪溝水庫壩體自密實堆石混凝土施工技術及其入倉手段設計研究及運用

易吉林，鄧 蘇

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

1 貓溪溝水庫工程概況

貓溪溝水庫壩址距正安縣城5 km，座落在芙蓉江左岸一級支流石梁河下游的田家坡河段，屬于長江流域烏江水系，全流域面積261 km2，主河道全長42.9 km，多年平均徑流量1.57億m3。壩址以上流域面積232 km2，河長28.9 km，多年平均徑流量為1.121億m3。水庫正常蓄水位569.00 m，死水位556.00 m，總庫容956萬m3，正常蓄水位庫容857萬m3，死庫容241萬m3，興利庫容616萬m3。該水庫大壩樞紐工程主要由堆石混凝土重力壩、壩頂表孔設閘溢洪道、泄水建筑物兼放空建筑物等組成，大壩最大壩高44.5 m，壩頂高程571.50 m，最大壩底厚34.84 m，壩頂寬8.0 m。大壩主體采用自密實堆石混凝土進行施工。

2 自密實堆石混凝土施工

(1)自密實堆石混凝土介紹

自密實堆石混凝土是充分依托自密實混凝土高流動性、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。與同標號普通混凝土相比，具有水泥用量小、水化熱低及施工速度快等特點。自密實混凝土從21世紀初提出至今，已在水利工程施工中得到一定推廣和運用[1]。

(2)主要質量控制要點

自密實堆石混凝土，其主要由堆石和自密實混凝土組成，主要是由高流態自密實混凝土通過自流狀態填充滿堆石孔隙，進而膠結形成整體。首先，對堆石粒徑及強度有明確規定，堆石粒徑必須在300 mm～1000 mm之間，因為粒徑過小則堆石之間孔隙小，自密實混凝土不能對堆石進行很好膠結，堆石粒徑過大則亦會導致混凝土與堆石膠結強度不能滿足設計要求，故施工過程中必須控制好所選堆石料粒徑，同時必須保證堆石料木材自身強度，貓溪溝水庫大壩堆石料主要選用中厚層灰巖夾白云巖，其抗風化能力強，其飽和抗壓強度均在50 MPa以上，強度完全滿足設計要求；在堆石入倉前，需對開采的堆石料進行沖洗，必須將堆石料表面浮渣清洗干凈，有利于堆石與自密實混凝土膠結。其次，自密實混凝土必須保證其高流態性(須使用專用高性能外加劑)，確保其在自流狀態下將堆石孔隙全部充填密實，其流動性主要通過坍落度、坍落度擴展試驗及V型漏斗試驗確定，滿足脫落度250 mm～280 mm、坍落度擴展度在600 mm～700 mm及V型漏斗試驗在7 s～25 s；其他各項質量控制同普通混凝土。

(3)單位體積堆石混凝土材料費用分析

貓溪溝水庫選用的自密實混凝土標號為C9015W4F50，其中水泥為P.O42.5，粉煤灰為Ⅱ級灰，細骨料為人工砂，粗骨料為人工粗骨料，外加劑為高性能自密實專用混凝土外加劑(單價約1萬元/t)。根據實驗確定配合比見表1。

表1 C9015W4F50自密實高性能混凝土配合比

根據實驗檢測，單位體積堆石自密實混凝土中堆石與混凝土體積之比約為1∶1，即自密實混凝土用量為0.5 m3。單方堆石混凝土理論材料費計算如下：其中0.5 m3堆石換算成碼方體積為0.5×1.67=0.835 m3，材料費0.835×72=60元；0.5 m3自密實混凝土中：水泥0.5×0.14×358.41=25.09元，粉煤灰0.5×0.396×76=15元，砂子(0.5×0.932/2.7)×75=12.94元，石子(0.5×0.644/2.8)×75=8.625元，水0.5×0.175×0.78=0.06元，外加劑6.7×10=67元，理論配合比材料合價約為198元。

從上述單價組成情況來看，其材料費用與同等級同標號混凝費用相當，其中費用占比較大專用外加劑價格為普通外加劑4～5倍，若專用外加劑費用能夠大幅度往下調整，則堆石自密實混凝土綜合成本將顯著降低。

3 自密實混凝土入倉設計與運用

大體積混凝土作為水利工程施工主要項目之一，往往具有體量大、結構高聳等特點，傳統入倉方式主要采用溜槽、泵送和布料機攤鋪等入倉方式，施工運用較為廣泛，但一定程度上仍存在缺點。

溜槽入倉：由于溜槽溜筒的布置角度控制因素，導致混凝土在入倉過程中可能出現骨料分離等現象，混凝土和易性能指標損失較為嚴重，需額外采取措施進行處理。倉面布泵管入倉：水工大體積混凝土倉面通常較大，混凝土澆筑點布置多，通常混凝土輸送泵管單根長2 m～3 m，需要在倉面上布置多排輸送泵管，多次泵管的安裝、拆卸次數。同時軟管越長，管內摩擦力越大，管道越容易堵塞，既浪費混凝土，又需要大量的人力疏通、清除堵管混凝土；施工效率較低、人力的投入成本較大。布料機入倉：較前面兩種入倉方式較為優化，可減少混凝土在入倉過程中的和易性性能指標，減少輸送泵管的安裝、拆卸次數。但由于布料機的布料范圍有限，需要多次搬移布料機。因此，混凝土在澆筑過程中的停歇次數較多，每次搬移布料機需重新拆管、接管，用時較長，容易導致因澆筑間隙時間過長導致的施工冷縫缺陷[2]。

考慮到上述原因，同時結合貓溪溝水庫大壩現場布置實際情況，在通過對傳統泵送及塔機配合吊罐入倉方式研究基礎上，提出采用塔機配合甭管入倉的新技術[3]。本技術主要由地泵泵管采用吊繩與塔吊吊鉤掛在一起，通過擺動塔機大臂與行走小車，將混凝土垂直運輸至各澆筑點，能實現大體積混凝土全覆蓋無死角通倉連續澆筑，其澆筑半徑可達到50 m左右，完全滿足本工程大壩自密實混凝土澆筑需求。混凝土澆筑示意圖見圖1，具體倉面泵管結構設計及現場施工操作要點如下。

混凝土澆筑示意圖

(1)泵管支架：泵管支架的穩定性需滿足懸臂泵管擺動產生的傾覆，貓溪溝水庫工程泵管支架結構尺寸為長×寬×高(2 m×2 m×2.5 m)，采用Φ48腳手架管經管件及焊接相結合的方式連接牢固，四根立柱底部焊接300 mm×300 mm的鋼板，豎直泵管固定在支架中心。

(2)管接頭及加固：泵管接頭與常規混凝土輸送形式接法一致。在接頭兩側50 cm的地方各設一道管卡，管卡與管壁之間采用橡膠墊包裹填滿，在管卡的四個法線方向焊接Φ25鋼筋作為接頭處加固，使相鄰兩根泵管形成一個整體，防止因接頭管卡的破壞導致的不安全因素。

(3)活動接頭：需要活動的接頭，在接頭對接時，不需要套橡膠密封圈，管卡與管壁有一定的間隙，泵管可沿管截面圓心軸線轉動，形成活動接頭。

(4)支架豎直泵管上端，采用兩個90°彎頭接成兩個活動節(如圖1：①活動節、②活動節)，形成人體肩關節功能，可使泵管上、下、左、右活動。將水平泵管分成兩段(①段水平管、②段水平管)，兩段水平管采用兩個90°彎頭接成一個活動節(如圖1：③活動節)，形成人體肘關節，可使泵管②段水平管向內折疊。在②段水平管兩端部及中部采用3根鋼絲繩固定與塔吊吊鉤掛在一起，通過塔吊擺動大臂與行走小車，將泵管出料軟管送至各澆筑點，從而達到一定直徑范圍內360°全覆蓋澆筑，滿足混凝土澆筑的連續性要求。

(5)每澆筑完成一個層面，僅需拆除少量倉面泵管，直接用塔吊將上述結構吊離倉面，待下一倉面備倉完成具備澆筑條件后，直接將上述模塊結構吊運至倉面，僅需安裝少量數節泵管及可實現混凝土澆筑，且在該倉混凝土澆筑時不再需要進行泵管安裝或拆卸，施工效率極高。

(6)技術及安全施工要點：①采用DN125A國標高壓型泵管及配套管件，避免因泵管材質導致的不安全因素。②混凝土澆筑過程中，泵管下嚴禁站人及人員通行。出料軟管出料口端采用麻繩套牢，嚴禁人為徒手穩出料軟管。③澆筑點的轉移，必須由專業的地面塔吊指揮員與塔吊操作員單一對接。

4 貓溪溝水庫大壩澆筑施工成效

貓溪溝水庫大壩為自密實堆石混凝土新型施工技術，其堆石主要依托大壩左岸有利地形，根據大壩澆筑上升高程分別布置堆石運輸通道，運輸過程中通過在壩面采取有效保護措施，自卸車直接將堆石運輸上壩。其中自密實混凝土充分利用左岸地形，在左岸拌和系統完成自密實混凝土生產后，通過簡易溜槽直接運輸至泵機集料斗，形成“一條龍”連續運輸模式完成水平運輸。垂直運輸方面，利用本文介紹的新技術，整合全工地設備資源，充分利用右岸用于鋼筋、模板吊裝的5013塔吊作為自密實混凝土澆筑過程中的提升設備，大大提高施工現場設備利用率，實現混凝土在壩面范圍內通倉全覆蓋快速施工。按照原批復的施工組織設計，貓溪溝水庫大壩壩體混凝土澆筑工期約為18個月，實際實施過程中，通過本文所描述的新工藝及新型入倉手段的使用，大壩于2018年底啟動大壩澆筑，實際澆筑于2019年10月下旬及澆筑至頂高程，歷時約11個月，較原計劃提前近7個月，其中混凝土最大澆筑強度達到9000 m3/月，實現了在保證質量安全的前提下大壩大體積混凝土快速施工。監測數據表明：貓溪溝水庫大壩混凝土澆筑后最大溫升約10℃左右，混凝土澆筑至今發現溫度裂縫，壩體質量總體良好。

5 結論

因堆石混凝土主水泥使用量小、絕熱溫升數值低、施工速度快、質量有保證、耐久性好等優點，可在水工壩工設計中推廣使用。同時本文所描述的塔機配合甭管的入倉方式具有甭管安拆少、施工快速高效、受地形條件限制小及混凝土施工質量保證率高等優點，可在需采用泵送且體量較大的混凝土結構施工中推廣運用。