自密實混凝土在半江壩水庫工程中的應用

曾雪瓊

(邵陽市水利水電勘測設計院，湖南 邵陽 420000)

1 工程概況

半江壩水庫工程位于新邵縣寸石鎮蔡家村，距新邵縣城25km，距寸石鎮9km。工程以供水為主，兼有灌溉功能。水庫控制集水面積3.9km2，壩址以上河長3.13km，河道坡降為40.0‰。半江壩水庫為寸石鎮水廠供水水源，寸石鎮集中供水工程目標為解決寸石鎮3萬余人的安全飲水問題，設計供水總人口37000余人，供水規模為3532m3/d。原壩體為漿砌石重力壩，最大壩高為18.6m，水庫總庫容為8.11萬m3，不能滿足該供水工程對水量的需求，需對原半江壩水庫進行擴建。

2 方案擬定

2.1 壩型選擇

根據《新邵縣水利發展“十三五”規劃》《新邵縣寸石鎮集中供水工程初步設計》，對工程建設的必要性和綜合利用效益、主要水文參數、壩址方案、壩型、工程規模等進行了詳細論證，確定該工程為小(2)型水庫，水庫總庫容為56.0萬m3，壩型為重力壩。

新建大壩壩線位于原半江壩軸線下游8m河道拐彎處，可利用原壩體作為施工期圍堰。河谷地形狹窄，河床高程為366.77～367.90m。壩線兩岸山坡陡峻，左岸坡角為50°～53°，山體完整較厚實；右岸山坡下陡上緩，坡角為40°～54°。兩岸山體雄厚相對較完整，基巖基本出露，弱風化下限埋深左岸為4m、右岸6m、河床3m。

考慮到砼重力壩方案溫控復雜，而自密實砼堆石重力壩方案壩體采用混凝土砌塊石，溫控簡單，施工質量較易控制，且距離壩址15km的嚴塘鎮有大型采石料場，巖性為泥盆系佘田橋組厚層灰巖，巖性致密較堅硬，抗風化能力強，飽和抗壓強大于45MPa，塊石料質量好，滿足大壩設計需要。因此，該工程選擇采用自密實混凝土堆石重力壩。

2.2 斷面擬定及分區

該大壩壩軸線長77.0m，其中左岸非溢流壩段長24.5m，右岸非溢流壩段長36.7m，中間溢流壩段長15.8m；溢流凈寬12.0m；大壩壩頂寬6.0m；最大壩高40.3m。

經過對大壩的抗滑穩定及應力計算，確定該大壩的基本斷面型式如圖1所示。

圖1 半江壩大壩溢流段斷面圖(水位單位：m；尺寸單位：cm)

壩體分區材料特性見表1。非溢流壩段壩體材料分三區，即上游面、壩基礎、壩體；溢流段壩體材料分四區，即壩基礎、壩體、上游面和溢流面板、閘墩及導墻。壩基采用C15墊層混凝土，壩體為C20自密實堆石混凝土(混凝土與塊石比例為1∶1)，溢流面板、閘墩、導墻混凝土均為C30常態混凝土。原設計大壩上游面的防滲面板采用C25常態混凝土。為保證面板防滲層混凝土與壩體堆石混凝土能形成整體，減少施工縫，防止滲水，后變更為C25自密實混凝土。

表1 大壩各分區材料特性表

3 自密實混凝土堆石壩施工技術要點

3.1 材料要求

首先應確保選擇的堆石料新鮮，結構完整，質地堅硬，沒有裂紋。根據規范要求，堆石的最大粒徑應小于結構斷面最小邊長的1/4，不宜大于澆筑厚度，故本工程堆石料粒徑取0.3～1.0m，且要求堆石料的飽和抗壓強度不小于40MPa，含泥量不超過規范值0.5%并且不能含泥塊。

二是自密實混凝土骨料的選取。骨料的品質除符合SL 677—2014《水工混凝土施工規范》外，還應滿足下列規定：①粗骨料最大料徑小于20mm；②針片狀顆粒含量小于8%。故工程中自密實混凝土粗骨料選用5～20mm粒徑的石子。細骨料則選用細度模數為2.8～3.4的中粗河砂。

三是選用P·O42.5普通硅酸鹽水泥。

四是粉煤灰等級不低于Ⅱ級，并滿足GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的相關規定。

五是本工程選用北京華石納科技有限公司提供的外加劑。

在施工過程中對砂石含泥量的嚴格控制，不僅是混凝土施工質量的保障，也是施工成本控制的關鍵因素。現場實驗證明，砂石含泥量越少，在所用外加劑的相同條件下，自密實混凝土的流動性越高。所以減少骨料中的含泥量，能夠減少外加劑用量，從而降低施工成本。

根據設計要求及現場實驗，本工程壩體自密實混凝土配合比如下：水泥194kg，粉煤灰225kg，砂1118kg，石子652kg，水165kg，外加劑8kg。

3.2 施工流程解析

本工程堆石混凝土施工總流程如圖2所示。

圖2 堆石混凝土施工總流程圖

3.3 高自密實混凝土施工及質量控制

(1)基礎面處理。設計要求建基面開挖至新鮮基巖層，開挖成型后總體呈向上游傾斜5%的坡度。由于基礎摩擦系數較小，為了增加基礎與壩體之間的摩擦力，在建基面設Φ25砂漿錨筋，間距為2m，總長4～5m，深入基巖3m，呈梅花形布置。在澆筑混凝土前對基巖進行清洗，使用高壓水槍將松動的巖塊及掉落的石渣沖洗干凈后，再按設計要求澆筑1～2m厚的混凝土墊層。在墊層混凝土澆筑即將完成時，在其上部埋入塊石，塊石露出澆筑面的高度為5～15cm，這樣可使自密實混凝土壩體與墊層混凝土充分結合。

(2)模板支立。本工程澆筑層高為1.5m，現場采用組合鋼模板，單塊鋼模板尺寸為1.2m×1.5m(寬×高)，支撐時采用多塊組合內拉的方式，模板內側采用鋼管連接固定，外側采用鋼管支撐。

在模板支立時堆石體與模板之間留有一定的距離作為保護層，所以靠近模板部位的堆石采用人工堆放，這樣拆模后可有效避免混凝土表面空洞；為防止漏漿，現場要求模板表面干凈無變形且縫隙不能超過2mm，對較大縫隙處采用泡沫膠進行封堵。

(3)堆石選取。本工程所用塊石均為外購。料場開采出的石料，在使用CAT324D挖掘機進行裝車時即對石料進行一次篩選，主要選擇粒徑為0.3～1.0m的石料裝車并運至大壩下游的沖洗場地，然后用高壓水槍對塊石進行沖洗。在進行倉面塊石堆放時，對石料進行第二次篩選，對粒徑小于20cm的塊石進行清除，以保證石料粒徑滿足設計和規范要求。

(4)倉面處理。在堆石前，需對倉面鑿毛及沖洗。現場采用25～50MPa高壓水槍與人工鑿毛的方式對倉面進行處理，將堆石混凝土施工縫面鑿毛產生的粉屑以及堆石過程中石料撞擊產生的石粉、石渣清理干凈。經過處理后的倉面應無松動、灰漿及浮渣。

(5)堆石入倉。本工程采用分倉澆筑，最大倉面尺寸為25m×15m(長×寬)，每層堆石厚度為1.5m。在堆砌之前，對塊石表面采用高壓水槍沖洗。沖洗干凈后的塊料在低處采用自卸汽車直接入倉，挖掘機輔助平倉，高處則采用塔吊吊運及人工配合的方式。為保障堆石混凝土表層黏結性，將粒徑超過80cm的大塊石放置在倉面中部，要求大面朝下、小面朝上。現場要求在距模板、止水帶等構造1m內的區域，使用人工輔助堆石，以避免機械堆石對模板和止水帶造成破壞。在基礎墊層上施工時尤其要注意，入倉過程不能對基礎混凝土產生大的沖擊，嚴禁拋扔塊石，以免造成損傷。堆石混凝土收倉時，使適量的堆石塊體高出澆筑面5～15cm，使上下層充分結合。但在施工過程中發現，堆石混凝土表面外露的塊石不平整，會影響挖掘機倒運、平倉，所以在實際操作中，為不影響挖掘機進出，要求在倉面留一條3m寬的工作面，該工作面出露的塊石高度低于5cm。

(6)自密實混凝土的澆筑。本工程最大壩高40.3m，根據高自密實混凝土的特點和現場實際情況，在壩體堆石混凝土施工時，均采用混凝土泵車(天泵)進行澆筑。從現場經驗來看，由于自密實混凝土流動性較大，與地泵相比，使用天泵澆筑不容易堵塞，效率更高。

在澆筑過程中采用單向逐點澆筑，從上游端開始，平行于壩軸線澆筑至另一端，進行“Z”形路線澆筑。澆筑點均勻布置，相鄰澆筑點間距不超過3m。澆筑的自由落下高度控制在3m以下，混凝土收倉面要求平整，抗壓強度未到達2.5MPa前，不得進行下一個倉面準備工作。

由于該工程防滲面板混凝土標號為C25，而壩體堆石混凝土標號為C20，所以在澆筑上游防滲面板時要求超量澆筑，使C25混凝土充填至下游堆石區，確保防滲混凝土達到設計厚度。

3.4 養護及缺陷處理

堆石混凝土在澆筑完畢6～16h內開始灑水持續養護，養護前應避免倉面積水、陽光曝曬，養護期內混凝土表面要求保持濕潤。本工程混凝土要求養護時間不少于28h。在炎熱干燥氣候條件下以及對特殊要求的部位如防滲面板及溢流面板處，適當延長了養護時間。根據現場溫度條件，采用了夏季流水降溫、冬季覆蓋保溫的措施，以減少裂縫的產生。

當自密實混凝土澆筑中斷超過4h時，應按施工縫處理。先對其表面進行鑿毛，然后澆筑同配合比的自密實砂漿，要求完全覆蓋在喪失流動性的混凝土結構表面，再繼續澆筑自密實混凝土。

在施工過程中，對堆石壩體硬化后出現的內部空洞應及時修補，可采用水泥灌漿的方式對其空洞填充。若堆石混凝土澆筑表面在小范圍內出現了低凹問題，可用小石塊進行填補。例如，本工程在澆筑第一倉自密實混凝土時，由于攪拌車長時間運輸，導致自密實混凝土部分水份流失，流動性不夠，在拆模時發現內部存在空洞。所以在澆筑完成后對空洞范圍進行了鉆孔灌漿處理，孔徑為80mm，孔距為1.5m，梅花形布置，灌漿壓力為0.6MPa，灌漿完成后對壩體進行了壓水試驗，透水率小于0.1Lu，表面經過處理后的壩體抗滲性能符合規范要求。

4 自密實混凝土質量檢測

(1)現場要求自密實混凝土的坍落度、坍落擴展度、“V”形漏斗通過時間等性能指標應每4h檢測1次，檢測結果須滿足以下標準：坍落度為250～280mm，坍落擴展度為630～750mm，“V”形漏斗通過時間為7～25s。

(2)自密實混凝土澆筑溫度的測量要求每100m2倉面面積至少測1個點，當澆筑層面積較大時，測點要求均勻分布。

(3)壩體堆石混凝土抗壓強度試件每一澆筑層取1組樣。對達到規范要求齡期的堆石混凝土，在現場鉆孔取芯，檢測其密實度、抗壓強度、抗滲性能等技術指標。半江壩水庫大壩經過鉆孔取芯樣品試驗，壩體的堆石混凝土較為密實，抗壓強度可達到25～28MPa，鉆孔壓水試驗透水率小于0.1Lu，各項指標均能達到設計要求。

5 結論

(1)工程采用塊石代替傳統混凝土，大大提高了生產效率、減少水化熱、簡化溫控措施、縮短了工期，同時也降低了造價，該工程自密實堆石混凝土共2.3萬m3，比傳統混凝土重力壩方案節約投資400多萬元。

(2)防滲面板原設計為常態C25鋼筋混凝土，但在施工過程中發現常態混凝土與自密實混凝土結合處容易產生裂縫，質量難以控制，且需對已澆筑好的面板混凝土表面進行鑿毛，不僅增加了施工難度，還達不到良好的防滲效果。之后變更為自密實混凝土，并要求抗滲、抗凍及耐久性等指標不改變。施工在澆筑防滲面板時對下游超量澆筑，使防滲面板混凝土嵌入下游堆石區，減少了施工工序，有效避免了施工縫，提高了防滲效果。壩內廊道與放水涵洞設計均采用C25常態鋼筋混凝土，建議今后設計可將此部分混凝土改為自密實混凝土，在施工中只需立一側模板，利用堆石體作為另一側模板，不僅可以減少模板用量，還能簡化施工工序。