超厚層高自密實混凝土堆石壩的施工方法

王 濤

(北京金河水務建設集團有限公司，北京 102206)

1 工程概況

1 050 m塘壩工程修建在佛峪口溝支溝上，用于調蓄通過管廊輸送到賽區的造雪用水。通過引水管線及泵站等工程將外部調水在賽區內進行調蓄，并輸送到國家高山滑雪中心造雪系統前水池提供水源。

1 050 m塘壩采用新型的堆石混凝土材料3級重力壩。見表1。

表1 塘壩參數表

壩軸線長77 m，沿壩軸線方向共有3個壩段；最大壩高58 m，壩頂寬度5.0 m，壩頂高程1 053.00 m，防浪墻頂高程1 054.20 m。上游壩面在1 020 m高程以上為鉛直面，以下設坡比1∶0.2的貼腳；下游壩面坡比1∶0.75。

塘壩主體部分采用C15堆石混凝土結構，壩基墊層為厚2.0 m的C25(R90W10F300)混凝土，上下游貼面采用厚1.0 m的C25(R90W10F300)鋼筋混凝土結構。見圖1。

圖1 壩體結構圖

2 采用超厚層堆石混凝土施工的原因

與自密實混凝土相比，堆石混凝土的抗凍性能更優[1]。

常規堆石混凝土技術中堆石混凝土澆筑層厚1～1.5 m，常態混凝土和堆石混凝土分期二次澆筑，施工工期較長，不能滿足2020年11月份國家組織的冬季延慶杯測試賽要求。

通過高自密實混凝土堆石壩新技術減少了澆筑次數，降低了交叉施工時間，提高工作效率，縮短了工期且具有較好的環保效益和經濟效益。

3 施工規劃

施工前的總構想和規劃，是項目管理的關鍵，也是項目有條不紊按質、按期完成的保障。

根據重力壩的結構，堆石混凝土壩的工序繁多，施工要嚴格按照順序施工。首先對項目進行分解，包括堆石混凝土工程、常態混凝土工程、止水埋件、輸水消力池工程、灌漿工程、管線工程、廊道工程、豎井溢洪洞工程等，將項目向下分解為最小的作業單元(工作包)，在此基礎上進行工程量計算，確定資源配置，包括勞動力、機械臺班、各種材料、構件等的需要量和供應方案；對現場環境、自然條件進行分析，分別考慮有利條件和不利條件，對不利條件進行重點研究，制作方案克服劣勢。

通過以上分析，充分考慮技術間歇時間、組織間歇時間、流水強度等參數，對施工段進行劃分，確定合理的工作面，使各項工作搭接有序，連續均衡施工。

在規劃階段完成工程量計算和資源配置；多方案比選，擇優確定施工方案，選擇配套的施工機具，施工道路規劃；由整體到局部安排施工順序；編制施工進度計劃，找出關鍵線路，確定需要的人力、材料、機械用量；確定施工平面布置；制定有效的質量、安全技術措施。

以本工程為例，混凝土分倉考慮澆筑工藝、結構尺寸、倉體工程量的變化等因素共分為25層。其中，第1層為墊層，第25層為1 m常態混凝土覆蓋層；堆石混凝土3 m/層，最大倉堆石量2 600 m3，最小倉500 m3，施工時要考慮每層堆石混凝土的工程量的變化趨勢，由小變大、由大變小的過程，施工難度也會隨之變動，提前做好應對措施。

堆石混凝土壩重點考慮石料運輸和混凝土澆筑。

石料運輸遠距離選擇大型自卸車為主，入倉有反鏟配合自卸車直接入倉，垂直運輸系統直接吊裝入倉。選擇自卸車直接入倉的效率高，入倉石料可達1 000 m3/d，塔機吊運塊石和澆筑混凝土的能力為200～300 m3/d。有條件的優選自卸車入倉，入倉道路在壩基開挖時就開始規劃，借助兩岸邊坡，順延等高線修成之字形道路，在入倉口動態布設和調整。本工程采用順延等高線修筑壩后路自卸車入倉，反鏟、液壓抓斗配合入倉。

自密實混凝土使用強制式攪拌機集中拌制，拌和樓應具備自動計量系統，拌和能力和現場需求相適應。混凝土澆筑方式，當在壩體附近建站距離較短時，用地泵管直接入倉；本工程由于場地狹小，周邊施工單位較多，采用的商品混凝土由混凝土旋轉罐車運輸，地泵和天泵入倉。運輸過程中應避免離析，其運輸設備應與生產、澆筑以及自密實性能穩定性的要求相匹配。自密實混凝土的供應速度應保證施工的連續性，一個倉號應一次澆筑完成。

堆石混凝土壩宜選用懸臂模板，模板強度高、穩定性好、倉面平順、外觀符合要求。本工程選擇的是可調懸臂模板，模板高度可根據實際高度在2～4 m間調整，模板寬度3 m，單重2.6 t，受力螺栓直徑為36 mm，預埋螺栓直徑為27 mm，預埋螺栓尾部法蘭直徑110 mm。受力螺栓使用的材料是40Cr鋼，預埋螺栓使用的材料是30CrMnSi鋼，預埋螺栓埋深300 mm。

考慮鋼筋等材料的運輸、模板安裝、廊道預制構件的吊裝選配了兩臺7050塔機。

4 施工準備

4.1 技術準備

超厚層高自密實混凝土工藝性實驗方案，高自密實混凝土配合比、進度計劃，資源分配優化，質量、安全計劃、保證措施。

4.2 現場準備

基礎驗收合格后，做好風、水、電布置，石料來源，質、量分析，入倉方式，施工道路規劃及修筑，垂直提升系統架立，混凝土生產、運輸、澆筑等的準備。

對原材料提前做好進場驗收、模板質量檢驗、現場適配等工作。

5 施工工藝

測量放樣→基礎面處理→模板、免拆模板安裝→堆石入倉→廊道安裝(若有)→常態混凝土、自密實混凝土拌和→混凝土運輸→常態混凝土、自密實混凝土澆筑→混凝土養護→進入下循環

主要工序為：石料入倉碼放和自密實混凝土的生產、運輸、澆筑。

本工程所采用的堆石混凝土壩施工技術主要分為3個部分組成：第一部分為高自密實混凝土澆筑施工；第二部分為裝配式廊道施工；第三部分為不同類型混凝土連續澆筑施工。

堆石混凝土施工工藝原理，先將混凝土模板進行安裝完畢(留一定的石料入口后封口)，再將不同類型混凝土利用免拆收口模板分隔形成不同的倉體，采用機械在倉面堆成一定高度的堆石體(最高可達3 m)，如果堆石層有廊道則利用堆石的時間，快速將廊道安裝就位，然后澆筑常態混凝土和高自密實混凝土，常態混凝土按常規振搗施工，高自密實混凝土依靠自重流動，均勻地完全填充到堆石體的空隙，經過硬化形成堆石混凝土。常態混凝土和高自密實混凝土通過免拆模板的嵌鎖網格結合到一起，使堆石混凝土和常態混凝凝土形成一體。

6 施工順序

根據大壩布置、結構特點及施工總體規劃，大壩施工程序采用由低向高整體上升，豎井、平洞、帷幕灌漿洞平行施工。具體施工程序為：首先進行中間壩段覆蓋層施工，施工前準確的埋置觀測設備，安裝止水，覆蓋層完成具備條件后進行固結灌漿，然后澆筑堆石砼施工，迎、背水面混凝土防滲層與堆石混凝土同步進行澆筑，在到一定高程后視情況分段流水或全段平起施工，固結灌漿穿插其間。觀測設備、預埋件、止水等交錯進行。壩體帷幕灌漿在廊道完成后進行，壩前堆石混凝土穿插空閑時間填筑完成。

7 控制重點

7.1 原材質量控制

石料：石料必須保證清潔、濕潤，石料應在源頭加以控制，用鋼制條篩篩除遜徑，用水沖洗后裝車，不潔之料不得入車，以減少中間處理的時間。不宜在中途和倉面用水沖洗，在中途沖洗泥巴通過汽車輪胎帶到倉內，如在倉內沖洗，會將雜物沖到倉底部聚集，形成難以清理的質量薄弱部位。倉內如發現遜徑、雜物應人工清除，不潔部位用抹布擦洗干凈。

在塊石進倉前，首先對進倉塊石進行全面檢查，塊石材質應新鮮、完整、質地堅硬無剝落層和裂紋，堆石料粒徑不宜小于300 mm[2]，最大粒徑不應超過結構斷面最小邊長的1/4，對針片狀、大平面的石料加以處理，大平面禁止緊貼平放在混凝土面上，所堆石塊大小應均勻分布，粒徑小的石塊應不集中[3]。

混凝土：拌和前對原材料質量要嚴加控制，摻和料主要有粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、磷渣粉、火山灰、復合礦物摻和料等[4]，摻用的品種應經試驗確定。粗骨料宜采用連續級配且最大粒徑不宜大于20 mm，對骨料的針片狀顆粒含量≤8%，含泥量≤1%，泥塊含量≤0.5%；細骨料宜采用級配Ⅱ區的中砂,細骨料應級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、孔隙率小。細骨料中的含泥量對混凝土的性能影響較大應特別重視，砂含泥量≤3%，泥塊含量≤1%；人工砂中的適量石粉能改善混凝土的工作性，但過量的石粉會因吸附更多的水分，導致混凝土工作性變差，用人工砂的MB測試結果檢測石粉含量是否在控制范圍之內，加以控制；水泥宜選用硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥；摻和料選用Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰，外加劑選用聚羧酸系高性能減水劑[4]。

7.2 配合比控制

超厚層高自密實混凝土堆石壩的施工方法的實現關鍵取決于高自密實混凝土的性能，高自密實混凝土拌和的依據是配合比，自密實混凝土配合比是根據工程實際應用的原材料，結合工程結構形式、施工工藝及環境因素進行配合比設計。高自密實混凝土強度等級采用90 d齡期80%保證率150 mm立方體試件抗壓強度確定。

首先計算初始配合比，經試驗室適配，調整得出滿足自密實性能要求的基準配合比，經強度、耐久性復核得到設計配合比，然后根據施工現場生產系統的實際情況進行調整修正，得到最終施工配合比。自密實混凝土性能對用水量較為敏感，施工時必須嚴格根據骨料含水率調整拌和用水量，此外天氣變化較大時或者取料部位發生變化時，應及時對骨料含水量進行重新測定調整實際用水量。

自密實混凝土的關鍵性能坍落擴展度范圍控制在650～750 mm，V形漏斗通過時間7～25 s。

7.3 施工過程控制

石料運輸過程中，為了保護壩前防滲層，汽車入倉卸料一般不進入壩體，如果自卸車進入壩體也在壩后進入，卸料點布設緩沖層，用大面積厚2.5 cm鐵板(8 m×15 m)在底部墊廢舊輪胎緩沖，鐵板上沖擊的碎料收集到一起，最后清除掉。卸料后用挖掘機平倉、倒運。靠近模板、狹窄部位用液壓抓斗擺放，堆石厚度可達3 m，機械達不到的部位可用人工配合，但要保證人員安全。

懸臂鋼模板根據結構尺寸進行配模，模板驗收時主要檢查外型尺寸、錨栓的位置、邊框連接孔的位置、板面平整度、邊框直線度、板面處理、預埋螺栓位置等，確保進場后的模板滿足施工要求。

自密實混凝土澆筑時要連續不間斷，采用泵送效率較高、質量好，在澆筑前先用自密實砂漿將輸送泵管潤滑通暢，然后泵送自密實混凝土入倉。采用泵送澆筑混凝土時，最大自由落下高度宜在5 m以下，澆筑點應均勻布置，澆筑點間距不宜超過3 m。在澆筑過程中應遵循從上游至下游單向逐點澆筑的原則，每個澆筑點澆滿后方可移動至下一澆筑點澆筑，澆筑點不重復使用。當分層連續澆筑混凝土時，為使上下層混凝土一體化，應在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢。

堆石混凝土收倉時，除達到結構物設計頂面以外，高自密實性能混凝土澆筑宜以大量塊石高出澆筑面50～150 mm為宜，澆筑時可控制混凝土面低于石塊頂點10～20 cm[5]，以加強層面結合，堆石混凝土抗壓強度達到2.5 MPa以前，不得進行下一倉面的準備工作。

澆筑過程中不合格的自密實混凝土嚴禁入倉，已入倉的不合格自密實混凝土必須清理出澆筑倉，棄置到指定地點。澆筑自密實混凝土時，嚴禁在倉內加水。如發現混凝土和易性較差，應采取加強措施(如添加外加劑、重新拌和等)，以保證質量。

混凝土達到2.5 MPa時才能進行沖毛處理，沖毛達到的標準為混凝土表面無乳皮，微露粗砂，同時清除表面松動的塊石，最后沖去乳皮和灰漿，直到混凝土表面水由渾變清為止，進行下一層施工。

8 結 語

此次堆石混凝土壩施工后，對其質量進行了檢查驗收，符合業主和設計的要求。施工工藝可靠，流程清晰，質量控制點明確，與常規施工相比能夠縮短工期，可為同類工程提供參考，并為高程堆石類混凝土施工提供經驗數據。