堆石重力壩自密實混凝土砌石施工

孫祖金

（望謨縣水務局，貴州 望謨 552300）

0 引言

堆石混凝土壩是我國擁有發明專利權的新型大壩，水庫堆石混凝土重力壩以民生工程為主，為周邊的村鎮、工業園區及農田灌溉供水[1]。相較堆石混凝土技術，自密實混凝土獨特的施工方式在與常態混凝土和碾壓混凝土技術的相互競爭中，存在較多明顯的優勢[2]。自密實混凝土促進單元工程大體積塊石的堆放，同時，施工過程中取消了溫控措施與人工振搗或碾壓的過程，施工成本顯著降低。精細化的施工工藝和機械化的澆筑流程，不但大大提高了施工質量，也減少了工程時間，有利于對整個過程施工質量的有效控制，從而促進堆石混凝土工藝在現場施工中的廣泛應用[3]。本文基于水庫堆石混凝土重力壩的全過程施工期建設，對堆石混凝土進行處理，開展重力壩的自密實混凝土澆筑。

1 堆石混凝土倉面處理

在壩體上游使用堆石自密實混凝土進行澆筑，形成混凝土擋墻，下游采用堆石體作為防滲體的壩型，稱為堆石混凝土壩[4]。上游擋墻與下游防滲體的堆石體存在接觸累疊部分，能夠較好地抵擋上游水壓力帶來的影響。相較于心墻壩，上游面設立防滲板的壩型能夠大大縮減壩體體積，更易監測擋墻部分的施工質量[5]。

堆石混凝土是指先把大顆粒石子自然堆放倉面，再在堆石體表面澆注自密實混凝土，并通過自密實混凝土高速流動的特點把堆石體內部的孔隙全部填滿，從而產生完整密實的堆石混凝土[6]。堆石倉面處的壩基巖性表面干凈、無雜質，且倉面無積水。自密實混凝土模板要求較常規水泥更為嚴格，對模板的穩定、硬度、密實性能等要求尤為注意，如用漿砌塊磚替代模板，則必須根據漿砌塊磚建筑的施工技術來計算費用。堆石開采利用的塊石料抗壓強度應在90 MPa以上。在塊石運輸上壩前，首先對計劃需求量使用鋼篩進行篩分，除去300 mm以下粒徑的塊石。對合格塊石料使用消防高壓水槍沖洗干凈，堆石表面含泥量不大于0.20%。沖洗干凈的石料堆放在料場選定的位置上（地面混凝土已硬化），待塊石料表面無明顯水珠后，采用挖掘機裝車，自卸車運輸至倉面或壩基附近堆料場[7]。石料場較近時，對倉面進行堆碼整理；石料場較遠時，用自卸車將塊石運到壩基下游堆料場的位置后，直接運輸入倉。堆石混凝土壩體上部難以修建施工道路時，可考慮采用纜索吊或塔吊吊運入倉，人工堆碼整理。采用自卸汽車直接入倉時，需對自卸汽車進行沖洗，防止車輪和車身上的污泥、水等雜質帶入到倉面[8]。堆石混凝土倉面準備工作完成后，直接進行自密實混凝土的澆筑工作。

2 澆筑填充

混凝土細觀結構通常由骨料、膠凝材料、界面層組成。自密實混凝土為三相復合材料，大壩工程施工建設中，堆石混凝土澆筑工序中省去振搗施工步驟，依靠自密實混凝土的性能流動填充堆石體，內部澆筑密實效果影響大壩整體結構的強度和耐久性[9]。為了確定自密實混凝土澆筑填充質量，澆筑前需要對其進行檢測，全面掌握澆筑的情況。澆筑需要詳細記錄材料質量、體積、密度，確定堆石混凝土的孔隙率?？紫堵蔄計算公式：

式中：Vz為施工水庫重力壩的體積；MD為堆石擺放的質量；ρD為堆石混凝土的密度；Vscc為拌合生產的混凝土方量。

澆筑檢測需要在堆石結構復雜的地方預先埋設PVC 管，澆筑自密實混凝土后，待強度達到一定值，抽取PVC 管，使堆石混凝土結構內部形成1 條觀察孔，將紅外攝像頭放進觀察孔內，獲得內壁清晰、無重復且完整的孔內照片。埋管件檢測方法有效避免了對檢查孔的損傷，其孔隙率值可以用來評價堆石混凝土試驗段的填充密實效果。澆筑一般采用混凝土輸送泵管接布料機直接入倉澆筑，堆石混凝土壩澆筑的原材料主要有水泥、粉煤灰、砂石料及外加劑。由于工程現場破碎生產的砂石料，其材料性質受多種因素影響，開倉澆筑前，需對砂石料進行檢測篩分，主要包括砂樣的含水率檢測、篩分及粗骨料的級配情況[10]?，F場砂樣含水率檢測頻率正常為每天早晚各1 次，單元工程施工時增加檢測次數，砂樣最大含水率值為6.50%，最小含水率值為1.73%，砂樣的含水率波動較大。由于施工時為多雨天氣，使得料場的砂樣含水率值偏大，偶爾天氣放晴又使料場的砂樣含水率值降低，導致單元工程澆筑過程中，料場砂樣的含水率值不斷波動。自密實混凝土澆筑一般采用Z型澆筑法，見圖1。

圖1 澆筑路線

如圖1 所示，從上游壩面防滲墻一端的第一個點開始澆筑，每3.00 m 隔—個點沿上游壩面澆筑15.00 m，再換到下游3.00 m 點回頭澆筑，走Z型路線，直至下游壩面完成澆筑。澆筑工程現場要提前對砂樣進行含水率檢測，根據檢測結果，攪拌站及時調整生產配合比中水的用量，保證自密實混凝土工作性能穩定。同時，為了避免同一單元工程澆筑時，發生砂樣含水率波動過大的問題，現場對料場的砂樣提前進行足量儲備，采用同一批次、同一環境下的原材料。為保證堆石混凝土的施工質量，規范中對砂和粗骨料的粒徑級配情況進行了相關要求，人工砂中需要保證粒徑75 um及以下的粉體材料微粒含量。水洗后得到損失用料計算公式：

式中：Q為水洗后粉體材料微粒含量；G1為水洗過程中損失的砂樣質量；G為水洗前烘干的砂樣質量。

3 堆石砌石施工

堆石砌石施工前期，需要對不同部位的混凝土芯樣進行外觀觀察。正常堆石砌石部位的芯樣外觀光滑，塊石與自密實混凝土的接觸縫密實，且石子在自密實混凝土中均勻分布，膠結效果理想。小粒徑塊石部位的芯樣及鉆孔內壁存在較大空洞，且鉆孔中的空洞位置分布在澆筑面的10 cm以下，可見滿足施工要求的自密實混凝土無法完全流動填充小塊石之間的空隙，導致塊石與自密實混凝土的膠結效果差，不滿足堆石砌石混凝土技術的施工要求。小直徑塊石分布集中，且堆石砌石高度較高，因此，施工過程中不挑選芯樣，表面用清水沖洗干凈，擦干芯樣表面的水分。大多數芯樣中的自密實混凝土與塊石體的接觸縫密實、無空隙、表面光滑、粗骨料分布均勻，少部分芯樣結合面處存在缺陷，自密實混凝土部分位置呈現蜂窩狀，分布著小體積孔洞。整體上堆石砌石混凝土填充效果較好。

堆石砌石施工過程中，由于相鄰塊石的擺放方式不同，以及小體積塊石與大體積塊石之間的縫隙不同，在單元工程堆石內部容易形成不同的堆石結構，在一定程度上影響著自密實混凝土的流動填充。工程項目中，自密實混凝土的粗骨料粒徑通常在5～20 mm，這是因為堆石結構空隙過小時，粗骨料的通過性較差，容易引起堵塞現象，導致堆石體內部存在填充不密實的現象。因此，需要對堆石結構空隙較小的關鍵點進行布設，在堆石入倉期間做好儀器的埋設，并對設備線路進行有效的保護。

堆石入倉過程中，在靠近上下游模板的位置擺放大體積塊石，塊石間的空隙過大，有利于自密實混凝土的流動填充，因此，監測點位置重點放在倉面中間區域。另外，考慮到堆石結構等因素的影響，根據監測點位置周圍塊石分布的特點，將堆石結構主要分為堆石空隙、直徑塊石集中處、堆石空隙與空隙連通處（空喉）和層間結合面。當單元工程倉面體積較小時，塊石入倉過程應減少大粒徑塊石的集中堆放，增加滿足規范要求的小粒徑塊石用量，避免塊石間產生較大的空隙。下游面模板與堆石的預留寬度過大時，可以在開倉澆筑后，人工拋擲小體積塊石至自密實混凝土內部，提高整體的堆石率。

4 實例分析

將本文設計的施工工藝應用到實際的工程中，布設監測儀器，測試堆石重力壩混凝土砌石施工工藝的實用性。

4.1 工程概況

以某水庫的堆石重力壩段為例，水庫正常水位263.50 m，防洪水位260.50 m，死水位242.01 m，設計洪水位268.29 m，校核水位總庫容103.77 億m3。大壩為普通混凝土重力壩，壩頂高程269.49 m，最大壩高94.51 m，壩頂長1 068.20 m?；炷吝x擇C20 混凝土堆石壩體基體，彈性模量為E25.5 GPa，泊松比為0.167，密度為24 003 kg/m。堆石混凝土中的大粒徑塊石通常就地取材或者巖石爆破而來，取材方便、造價低，且能大大提升堆石混凝土的力學性能。為了更好地記錄砌石布設位置及自密實混凝土的流動位置，預先在重力壩四周繪制10 cm×10 cm 的網格線條，利用攝像頭對整個試驗過程進行實時錄像，記錄儀器的感應時間及自密實混凝土的流動填充高度。自密實混凝土分3 次充填，每次填充后測量混凝土的液面高度值，整個充填過程持續40 min。將第1，2，3 次澆筑自密實混凝土后的儀器感應情況用X，Y，Z表示，方便計算施工所耗時間。

4.2 應用結果

將本文設計的方法應用于水庫堆石重力壩，應用結果見表1。

表1 應用結果d

由表1 可知，應用本文采用的自密實混凝土砌石施工工藝耗時更少，可以減少工程量和工程需要的成本，有一定的實用價值。

5 結語

本文針對自密實混凝土的特點進行了設計，并將研究成果應用于實際的混凝土重力壩工程，通過實際工程分析證明，自密實混凝土砌石施工工藝耗時更少，可以減少工程量和成本，實用價值較高。但在實際施工過程中，還需要對自密實混凝土的原材料加以把關，減水劑的摻量和水泥、礦物摻合料的配比應滿足實際場地的施工需求。通過此次研究，可以為堆石混凝土壩提高填充密實質量和澆筑率提供參考，為水庫自密實混凝土重力堆石壩的結構設計提供一定的技術支持。