淺析堆石混凝土壩施工質量控制要點與檢測技術

楊燁然YANG Ye-ran；郭賓GUO Bin；顏昊YAN Hao

（①銅仁職業技術學院，銅仁 554300；②遵義澤黔水利水電建設有限公司，遵義 563000）

1 堆石混凝土壩應用現狀

水利工程建設領域提出了利用自密實混凝土和預填堆石相結合，利用自密實混凝土的高填充性、變形性能和間隙通過性填充堆石孔隙，從而形成較為完整、強度更高的整體，這種新的施工壩型可稱為自密實堆石混凝土壩，簡稱堆石混凝土壩（RFC Dam）[1]。隨著堆石混凝土壩不斷的研究改良和應用，目前堆石混凝土壩澆筑中每倉堆石占比約為0.55～0.60 左右，密度為2.45（t/m3）-2.55（t/m3），較混凝土重力壩而言，極大的減少了混凝土的使用，仍然滿足重力壩依靠壩體自重產生的抗滑力滿足穩定的要求；在銅仁市軍屯水庫的每立方自密實混凝土中水泥用量為163kg、遵義綠塘水庫每立方自密實混凝土中水泥用量為142kg 和遵義富強水庫每立方自密實混凝土中水泥用量為138kg，折合每立方堆石混凝土壩中水泥用量約為62-73kg，水泥用量省，在自密實混凝土澆筑時，在夏季僅需進行簡單溫控措施，在其他季節溫控措施可以取消；由于自密實混凝土具有防滲性能，清華大學水利水電工程系教授金峰提出在擋水壩上游側澆筑自密實混凝土防滲面板，澆筑時可以與堆石壩體一起澆筑，避免了不同混凝土之間的施工影響。

綜上所述，堆石混凝土壩技術優點較常規混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、漿砌石重力壩有免振搗、密實度高、施工效率高、水化合熱低、溫控措施簡單等特點（見表1）。雖然目前貴州開始推廣使用，但使用該技術的項目仍然有限，因而以貴州銅仁軍屯水庫、遵義道真富強水庫等實際案例，展開堆石混凝土壩工程質量控制和檢測技術展開研究，為今后堆石混凝土壩在施工過程提供參考。

表1 常用筑壩材料的優缺點分析

2 自密實混凝土技術應用現狀

堆石混凝土技術是以自密實混凝土技術為核心技術研發出的新的筑壩技術，20 世紀80 年代，日本研究人員最先研究出無需振搗密實依靠自重作用充模密實成型的混凝土。由于自密實混凝土特點，隨后該領域的研究迅速成為混凝土材料研究熱點，通過大量的科學研究，自密實混凝土技術取得很大的進步，廣泛用于各類工程建設中。較普通混凝土自密實混凝土性能特點突出：①優良的變形性能和間隙通過性能，自密實混凝土能保持足夠變形和一定的流動性通過障礙物，持續流動直至填充滿空隙；②環保綠色，自密實混凝土由于減少了振搗過程，被認為是低噪音的環保混凝土材料；③高抗離析性，自密實混凝土拌和物中各組分能保持均勻分散，自密實混凝土成型后能保證質量均勻，不會產生普通混凝土由于振搗不充分而造成的蜂窩、麻面和內部空洞等質量缺陷[2-3]。

我國對自密實混凝土的研究及應用雖然相對較晚，但是發展迅速，2004 年中國土木工程學會編制了中國第一部《自密實混凝土設計與施工指南》，后來又制定了地方或者行業技術規程。自此自密實混凝土大量在建筑、公路橋梁和水利工程中應用。

3 堆石混凝土壩施工工藝

3.1 堆石混凝土壩施工準備階段

根據大壩特點開展設備配置，如：堆石料運輸車輛、挖掘機數量、拌合系統和輸送泵等。由于自密實混凝土流動性大，對模板要求極高，防止漏漿、爆漿。同時對模板壓力較大，對模板的支立嚴格把控。目前大部分模板系統采用鋼模板，模板與模板間縫隙采用雙面膠粘貼，確保小于2mm 縫隙的密閉性以防止漏漿的發生，支模時在模板涂刷脫模劑，確保外觀質量。

3.2 自密實混凝土澆筑

堆石從料場開采出來需經過2 次清洗、篩選才由自卸卡車運輸到倉面集中點堆放，由挖掘機鋪擺塊石，層高約為1.5m。倉面堆石完成后，生產好的自密實混凝土通過輸送泵運輸到倉面，使用泵管進行布料澆筑，先澆筑上游面確保壩體防滲面板質量，然后澆筑下游面，下游倉面澆筑高度比上游倉面高形成倒坡，[4]澆筑倉頂部堆石裸露10-15cm 時停止澆筑自密實混凝土。待自密實混凝土達到初凝狀態時，開始使用高壓水槍沖毛、人工電鎬鑿毛和清洗處理。自密實混凝土澆筑完成后注意防曝曬，立即開展覆蓋作業。（圖1）

圖1 堆石混凝土壩澆筑施工工藝

4 堆石混凝土壩施工質量控制和檢測技術幾點建議

堆石混凝土壩目前在國內修建了90 多座，在貴州省修建10 余座，盡管在一些工程應用中取得了一定質量效益，但全部是中小型水庫，且主要集中在遵義市。說明堆石混凝土實踐應用還是處于初步使用階段，不如普通混凝土那樣普遍應用，堆石混凝土壩的工程質量控制和檢測方法還不太成熟，依然是現階段研究的熱點。

今年李克強總理提出“水利工程是民生工程、發展工程、安全工程”，堆石混凝土壩作為一項水利工程建設新技術，施工質量控制問題仍是重中之重。工程質量控制不是一蹴而就得來的，而是不同崗位技術員、施工員按照要求完成工作職責，保證施工過程中每一道施工工藝準確合規實施。根據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL678-2014）（以下簡稱《技術導則》）和一些成熟質量控制案例，以堆石混凝土壩施工工序為基礎梳理出堆石壩混凝土生產質量控制、澆筑過程質量控制監測和澆筑后的質量檢測3 個質量控制階段和相應的檢測注意事項。（圖2）

圖2 堆石混凝土壩各施工階段質量控制要點

4.1 生產前質量監控

原材料是保證堆石混凝土施工質量控制的最重要的因素，可以分為自密實混凝土和堆石料兩個方面。自密實混凝土的原材料中除外加劑采用專用外加劑外，其余均可使用本地生產的符合相關標準的原材料。在貴州水利工程目前是使用的自密實混凝土配合比是由外加劑廠商提供，該自密實混凝土配合比引用水粉體積比配合比參數，水粉體積比跟普通混凝土中水灰比不同。粉體材料不僅包括水泥、礦物摻和料，也包含粗細骨料中粉體材料。

堆石料符合《技術導則》中3.1.2 的要求，堆石料用量大，對堆石料的粒徑由要求，在開采時宜開展開采試驗，保證粒徑符合要求。在堆石料開采場可增加篩分設備，經過篩分的塊石經清洗后（清洗設備可以按照在水源充足、運輸方便處）分別入倉堆放，有效的提高了施工效率，保證工程質量。

在進行堆石混凝土澆筑前，應開展堆石混凝土試驗倉澆筑，試驗目的：

①通過生產性試驗，檢驗機械設備工作情況，可進一步優化生產過程，提高施工效率；

②復核高自密實性能混凝土初步配合比，并成型相應的抗壓、抗滲、抗凍試塊，獲得混凝土不同齡期強度數據、容重、擴展度、V 漏斗時間、出機溫度等技術參數；

③通過澆筑試驗倉，獲得堆石混凝土生產效率、澆筑效率、填充率等參數；利用挖坑試驗等方法可直觀評測堆石混凝土內部密實度是否滿足設計要求。

綜上所訴，儲備的原材料重在監測控制，嚴格控制砂的細度模數和石子級配，定期對粗細骨料的細度模數、顆粒級配、含水量進行檢測。同時，通過堆石混凝土試驗倉澆筑幫助參建各方人員對堆石混凝土的施工工藝及施工技術要求加深理解，從而為下階段大壩堆石混凝土生產性澆筑摸索和積累經驗。（表2）

表2 原材料的主要檢測項目、頻次和控制標準

4.2 澆筑過程質量控制監測

堆石入倉前，要檢查自密實混凝土鑿毛或沖毛處理是否合格、倉面是否干凈、是否有積水、是否有泥土、渣石；堆石經清洗除去塵后可由汽車直接運輸入倉，運輸車輛入倉道路需有清洗臺對車輪進行沖洗，堆石撞擊產生的渣石和粉塵要即使清掃，倉面禁止使用水沖洗，防止倉底沉渣。為減少對大壩結構的影響在倉面設堆石集中點，控制運輸車輛和挖掘機的工作路線，一般在距上游面板2/3 處、下游面板1/3 處作業。

自密實混凝土每次生產前需對砂石含水量、含泥、細度模數進行檢測，然后再根據配合比調整優化進行生產。新生產自密實混凝土要對自密實性能狀態進行檢測，主要是塌落度檢測、擴展度檢測和V 型漏斗通過時間檢測[3]。自密實混凝土澆筑狀態必須實施監測，一般每隔4 小時進行一次自密實混凝土工作性能指標檢測。若出現不穩定狀態自密實混凝土應立即停止澆筑，再次澆筑時需自密實混凝土各項指標檢測合格，已澆筑的不合格自密實混凝土應立即處理。自密實混凝土生產技術員需有專業的素質和素養，能針對原材料的變化適當對自密實混凝土配合比優化，確保自密實混凝土的性能指標符合要求，能在攪拌過程中觀察判斷自密實混凝土的好壞。同時，通過堆石混凝土實驗倉的澆筑確定了堆石率，從而確定每倉所需石料和自密實混凝土的方量，每倉澆筑時現場入倉料都記錄，可以作為判斷自密實混凝土填充質量好壞的參考。

堆石混凝土水化熱較低，可以使用簡單的溫控措施，但自密實混凝土澆筑時受溫度影響，自密實混凝土夏季施工措施跟普通混凝土一樣需要，高溫時自密實混凝土的工作性能會降低。

4.3 澆筑后的檢查

①養護措施檢查。堆石混凝土澆筑后要進行防曝曬的覆蓋作業，6-18h 內要開始灑水養護，連續養護28 天。②拆模后對堆石混凝土表面進行外觀檢查，自密混凝土外觀缺陷跟普通混凝土一樣。若有缺陷要對其進行分析，提出合理的處理措施或方案，對缺陷進行處理。③堆石混凝土壩澆筑質量的評價方法。《技術導則》（SL678-2014）中7.3.4提出關于堆石混凝土檢測方法有孔內電視檢測層間密實度方法、超聲波檢測檢測堆石混凝土內部密實度、挖坑法檢測密實度（堆石混凝土密度和強度高，施工難度大，誤差大[4]），鉆芯法檢測混凝土強度、壓水實驗。孔內電視通過鉆孔或者預埋管道孔內成像，通過圖像能夠真實反應石混凝土澆筑質量，判斷準確度高。缺點是觀測孔保護不當容易堵孔。

超神波檢測法是利用脈沖波在不同介質間傳播時發生信號變化反應出混凝土澆筑的質量[5]。堆石混凝土壩55%-60%堆石占比且堆石粒徑不一，可以認為堆石混凝土壩是一種不均勻的材料，其脈沖信號變化幅度大，不利于對堆石混凝土壩澆筑質量的分析。

鉆芯法是有一種微破損法或局部破損檢測方法，具有科學、直觀、實用等特點。貴州大學研究團隊統計貴州地區堆石混凝土壩相關工程質量檢測報告[3]，打鼓臺水庫、綠塘水庫等8 座芯樣強度均大于設計壩體堆石混凝土等級，但離散型較大，其原因塊石含量對芯樣抗壓強度起到關鍵影響[6]，其中純自密實混凝土芯樣強度值最低。雖然芯樣可以直觀、準確的展現出堆石混凝土壩澆筑質量，但仍要注意鉆孔的數量對壩體結構的影響。

壩體抗滲性能的主要檢測技術是壓水試驗，通過在大壩各處開展現場試驗，測得各孔的透水率，來判斷堆石混凝土層間結合的好壞，透水率越小說明堆石混凝土膠結程度越緊密。

5 結語

堆石混凝土筑壩技術作為一種新的筑壩技術，特點突出，前景廣闊。目前，堆石混凝土壩技術處在初步發展階段，本文梳理堆石混凝土壩幾個施工階段的質量控制要點和檢測方法的特點，供大家參考。堆石混凝土重力的質量控制隨著技術的發展仍有很大改進空間，檢測的方法還有更先進、合理的手段。