堆石混凝土技術在防波堤胸墻中的應用研究

李曉雷

（滄州港務集團有限公司 河北 滄州 061113）

1 堆石混凝土技術的主要工藝

堆石混凝土技術是在粒徑較大的塊石堆積體表面澆筑高流動性、抗分離性能好、穿透能力強的高自密實性能混凝土，依靠高自密實性能混凝土自重完全充填塊石空隙而形成的完整、密實、低水化熱的大體積混凝土施工技術。堆石混凝土與常規現澆素混凝土相比，具有水泥用量少、工程造價低，且能降低水化熱產生的溫度應力等特點；與漿砌塊石結構相比，堆石混凝土具有機械化程度高、人工投入少、施工效率高、質量易于控制等優勢[1]。

堆石混凝土主要施工工藝為堆石選取、支立模板、堆石入倉和專用自密實混凝土的生產與澆筑。

（1）堆石的選取

堆石混凝土所用的堆石材料應是新鮮、完整、地址堅硬、不得有剝落和裂紋，堆石料粒徑范圍為300mm～500mm。堆石混凝土強度標號應不低于C25，堆石材料的飽和抗壓強度應不低于60MPa，堆石料的含泥量不高于0.5%，不允許含有泥塊。

（2）支立模板

堆石混凝土兩側均為漿砌塊石墻，能有效解決模板的剛度、強度及密封的問題。但漿砌石墻應具有足夠的承載能力、剛度和穩定性，能可靠地承受澆筑專用自密實混凝土的側壓力。澆筑過程中，應安排專職人員檢查漿砌石墻的位置和形態，防止變形、漏漿。

（3）堆石入倉

采用挖掘機從運石船或圍堰下部直接取石入倉，此工序操作可不受潮水漲幅限制。運至現場的石料可通過簡易篩選，將300mm以上的石料用以堆石混凝土澆筑。堆石宜進行沖洗，以控制堆石含泥量，嚴禁混入泥塊、軟弱巖塊。

（4）專用自密實混凝土的生產與澆筑

專用自密實混凝土用量比例按設計要求不超過堆石混凝土方量的45%，使用強制式雙臥軸拌機進行拌合，采用混凝土攪拌船攪拌，專用自密實混凝土出機后可直接通過混凝土輸送泵澆筑至倉面。

專用自密實混凝土從堆石體表面澆筑，利用其卓越的流動性能、抗離析性能和填注性能堆石空隙充填密實，澆筑過程中無需振搗。澆筑前必須檢查堆石倉尺寸、高程，確認正確無誤后，方可進行澆筑。表面外觀有較高要求的部位，為防止表面氣泡，澆筑后，可在表面進行抹平。澆筑點應與均勻布置，澆筑點間距不宜超過2m。在澆筑過程中應遵循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，澆筑點不應重復使用。澆筑時的最大自由落下高度宜在5m以下。

圖1 現澆混凝土胸墻及漿砌塊石結胸墻構斷面圖（原設計）

堆石混凝土技術由于其工藝簡單、人為干預小、體積穩定性好、質量影響因素小、機械化程度、效率高等優勢已廣泛應用于水利水電行業中的大壩、擋土墻等工程，并具有完整的施工工藝與技術標準[2]。目前堆石混凝土技術還未在水運工程中廣泛應用。本文以黃驊港地區某防波堤胸墻工程為例，介紹堆石混凝土在水運工程中應用實例，為類似工程設計及施工提供參考。

2 工程實例

黃驊港地區某防波堤長為16510m，結構型式為拋石斜坡堤，防波堤胸墻原設計采用2種結構型式，分別為現澆混凝土胸墻和漿砌塊石胸墻，現澆混凝土胸墻長7288m，漿砌塊石胸墻長9282m?，F澆混凝土胸墻混凝土設計標號為C30F300，漿砌塊石胸墻砂漿設計標號為M20。原設計胸墻結構斷面如圖1所示。

原設計現澆混凝土胸墻及漿砌塊石胸墻均需干地施工，而整個防波堤工程地處外海，胸墻施工作業時間受潮汐水位影響較大。為加快施工進度，降低潮汐水位對施工的影響，需對胸墻原設計方案進行優化。

縮短防波堤胸墻施工作業時間的常規方法為抬高胸墻底板底高程及堤心石頂高程。在原設計堤心石坡度不變的條件下，該方案將導致整個防波堤結構斷面增大，工程造價增加，而且受護面塊體扭王塊高度限制（見圖1），胸墻底板高程抬高空間不大。

堆石混凝土堆石入倉施工工序不受潮汐影響，即可水下拋石入倉。待水位低于胸墻底板底高程時，澆筑高自密實性能混凝土，從而大大延長了胸墻施工作業時間，堆石混凝土胸墻施工工序如圖2所示。

圖2 堆石混凝土胸墻施工工序

圖3 現澆混凝土胸墻及漿砌塊石結胸墻構斷面圖（優化后）

在不改變原設計胸墻尺度及高程的前提下，結合堆石混凝土施工工藝，優化后胸墻設計方案如下，胸墻斷面結構詳見圖3所示。

（1）現澆混凝土胸墻3.70m以下采用堆石混凝土，3.70m高程以上部分與原設計一致，高自密實性能混凝土標號為C30F300；漿砌石胸墻4.10m以下采用堆石混凝土，4.10m高程以上部分與原設計一致，高自密實性能混凝土標號為C25F250。

（2）胸墻底板兩側采用一定厚度漿砌塊石作為堆石混凝土模板。

3 綜合分析

3.1 質量分析

（1）從現場鉆芯取樣來看，高自密實性能混凝土與塊石結合緊密，未出現蜂窩、麻面等現象。

（2）堆石混凝土中，高自密實性能混凝土填充率為40%左右，塊石用量為60%左右，堆石混凝土產生水化熱與現澆混凝土相比顯著降低，絕熱溫升不超過15℃[4]。

（3）專用高自密實性能混凝土標準試件檢測結果顯示，C30高自密實性能混凝土抗壓強度約為37.4MPa，C25高自密實性能混凝土抗壓強度約為34.4MPa，滿足設計要求。

3.2 工期分析

（1）堆石混凝土堆石入倉工序不受潮汐水位影響，即可水下施工，堆石入倉完畢后，水位降至胸墻底板底時，干地澆筑高自密實性能混凝土。堆石混凝土中高自密實性能混凝土填筑率為40%左右，與現澆混凝土胸墻相比，混凝土用量減半，施工作業效率提高一倍。

（2）原設計漿砌塊石胸墻同樣需要干地施工，漿砌石常規施工速率約為0.4m3/（人·h），施工效率低下。堆石混凝土堆石入倉工序不受水位影響，水下可完成堆石入倉工序，待具備干地施工條件時，澆筑高自密實性能混凝土，高自密實性能混凝土常規澆筑速率為20m3/h，堆石混凝土施工速率較漿砌石能夠大大提高。

3.3 造價分析

原胸墻設計方案中，漿砌石胸墻造價約為350元/m3，現澆素混凝土胸墻造價約為780元/m3。堆石混凝土造價約為450元/m3（含塊石及自密實混凝土），低于現澆素混凝土，略高于漿砌石，優化后整個項目胸墻造價較原設計方案節省。

4 結語

通過分析堆石混凝土技術在黃驊港地區某防波堤胸墻工程應用實例，得出堆石混凝土與傳統素混凝土及漿砌塊石相比具有以下特點，為類似工程設計及施工提供參考。

（1）堆石入倉工序不受潮汐水位影響，為后面澆筑高自密性能實混凝土贏得了施工時間，施工效率提高。

（2）堆石混凝土中高自密實性能混凝土填充率為40%左右，與現澆混凝土胸墻相比，混凝土用量減半，施工作業效率提高一倍；與漿砌塊石胸墻相比，施工效率明顯提高。

（3）工程造價方面，每方堆石混凝土比現澆素混凝土低，略高于漿砌塊石造價。

（4）堆石混凝土中，塊石用量為60%左右，與傳統現澆素混凝土相比，水化熱顯著降低。陜西水利

[1]安雪暉，金峰，石建軍．高自密實性能混凝土充填堆石體試驗研究[J]．混凝土，2005，1：3-6.

[2]金峰，安雪暉．堆石混凝土大壩施工方法[P]．中國專利：03102674，2003-02-14.

[3]中交水運規劃設計院.黃驊港散貨港區航道南側圍堰二期工程施工圖設計.2013（1）.

[4]金峰，李樂，周虎，等．堆石混凝土絕熱溫升性能初步研究 [J].水利水電技術，2007，39：59-63.