自密实堆石混凝土在恒山水库除险加固工程中的应用

杨会峰

（山西省水利建筑工程局，太原 030006）

1 工程概况

恒山水库坐落在山西省浑源县桑干河上游浑河支流唐峪河上，总库容1 158万m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉等综合利用的中型水库。水库枢纽工程由大坝、泄洪隧洞、溢洪道等组成。大坝为混凝土双曲薄拱坝，最大坝高69m，坝顶宽度2m，坝底宽度15.0m，坝顶长146.2m。

由于水库建成后经过40多年的运行，坝体应力已不能满足现行的规范要求。为使坝体应力满足规范要求并减少拱座推力，拟对大坝进行加固处理。具体加固措施为：对原坝体采用自密实堆石混凝土在坝后进行加固处理。最大加固高度为69m，最大加固厚度为11.4m，最小为2m，加固后坝底最大底宽为25m，坝顶宽度为4m，坝体下游面设两层栈桥。

2 堆石混凝土原材料选用及质量要求

自密实堆石混凝土的原材料主要包括：堆石料、水泥、粗骨料、细骨料、外加剂等。各种原材料的质量要求具体如下：

（1）堆石料质量要求：①堆石料应新鲜、完整，质地坚硬，不得有剥落层和裂纹；②堆石料可以使用毛石、块石、粗料石和卵石，其中部或局部厚度不宜小于30cm，最大粒径以运输、入仓方便为限，且不宜超过1.0m；③允许使用少量片石但其重量不得超过堆石料总重的10%；④堆石料的饱和抗压强度（Rs）不得小于 50MPa。

（2）水泥质量要求：宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其质量指标应满足国家相关标准的要求，标号不低于42.5。

（3）粗骨料质量要求：应选用5～20mm粒径的石子作为粗骨料，超径率不得超过5%，其余性能指标应符合《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）中的相关规定。

（4）细骨料质量要求：宜优选级配良好的中粗河砂，在不具备条件时应按照河砂、人工砂，细砂、粗砂的优先次序选择，其余性能指标应符合《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）中的相关规定。

（5）外加剂质量要求：由北京华实水木科技有限公司提供堆石混凝土专用外加剂，其性能指标应符合《混凝土外加剂》（GB/T8076-2008）和《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）中的相关规定。

3 堆石混凝土施工工艺流程

结合本工程的具体情况，自密实堆石混凝土的施工内容和工艺流程为：原坝面凿毛→与原坝体结合面锚筋及钢筋网安装→基础面处理→测量放线→模板安装→堆石料填筑→堆石仓平仓整理→自密实混凝土浇筑→混凝土收仓、养护。

在基础面处理和堆石仓平仓整理完成后均需经监理工程师验收，验收合格后方可进行下一道工序的施工。

如为新建大坝，无原坝面凿毛和锚筋、钢筋网的安装这两道工序。

4 现场垂直运输设备的选型和布置

根据坝体加固的高度，最大为69m，为解决上部坝体块石的垂直运输，结合大坝施工特点和现场的实际地形条件，上部坝体的块石主要采用30t门机吊运入仓。根据现场条件及混凝土施工强度，为充分发挥门机的优势，使其工作状态尽量合理和覆盖范围最大化，待大坝混凝土施工至22m高度时，在大坝下游临时填筑门机安装平台，在平台上安装30t门机和轨道，门机可在主河槽段顺垂直于水流的方向水平移动，平移范围约为55m。该门机起吊幅度范围为16～45m，最大起吊重量为30t，最小为10t。

5 堆石混凝土的具体施工方法

5.1 基础面处理

基础面的处理包括开始施工时的开挖面基础处理和上、下层混凝土之间的结合面处理。

（1）对于开挖基础面，应开挖至新鲜的基岩面，将基岩面上的松动岩石撬挖掉，并将浮石虚渣清除干净，最后用高压风将表面吹干净。

（2）上、下层混凝土结合面要清除表面积水、乳皮，对于表面积大于0.5m2的平整面要进行凿毛。

5.2 测量放线

基础面处理完成并经验收合格后，用全站仪测出结构物位置、轮廓线及其高程，以确定模板的安装位置。

5.3 模板安装

按照测量放线所提供的位置，进行模板安装。模板主要采用定型钢模板，单块标准尺寸为0.6m×1.2m，局部坝体与两岸连接部位采用自制木模板和普通小钢模板补充。模板加固采用内拉外顶式结构。由于自密实混凝土流动性高，模板的密封性要好，为此，应在模板接缝处粘贴密封条，比如粘贴2cm宽的双面胶带等。

在新建大坝工程中，堆石混凝土模板也可使用浆砌块石墙替代，浆砌块石墙模板可作为结构的一部分。浆砌块石墙可采用水泥砂浆或细石混凝土砌筑，采用水泥砂浆砌筑，砂浆标号不低于M10；采用细石混凝土砌筑的混凝土强度等级标准应不低于堆石混凝土强度等级标准，施工技术要求按浆砌块石施工技术要求执行，浆砌块石墙的厚度应不小于30cm。

5.4 堆石料填筑

（1）在块石入仓前，首先对该批块石的质量进行全面检查，对粒径小于30cm的块石要清出场外，对于个别粒径过大的块石要在现场将其破裂成符合规定的块石。

（2）块石检查合格后，坝体下部采用10t以上自卸汽车或3.0m3装载机直接入仓；坝体上部的块石先采用装载机装在自制吊斗里，再由现场的30t门机吊至仓内卸料，块石随机堆放即可。在模板附近堆石时，尽量选用粒径小的块石，而且需离开模板30～50cm。

（3）块石入仓后，随即采用人工对仓面进行平仓整理，如果条件允许可以用挖掘机在仓内进行平仓，对仓内的不合格料进行清理，经监理工程师验收合格后，方可进行自密实混凝土的浇筑。

（4）根据混凝土的浇筑厚度，每层堆石的层厚一般为1.0～1.5m。

5.5 自密实混凝土的拌和

自密实混凝土拌和是堆石混凝土施工的关键程序，拌和质量的好坏，直接影响堆石混凝土的施工质量，因此，必须把握好自密实混凝土拌和这道关口。

（1）在自密实混凝土拌和之前，首先要对场内的原材料进行全面检查，其中要对粗细骨料的含水率、含泥量进行测定，另外还需要检查水泥、外加剂和掺和料的质量。

（2）原材料检测完成后，根据配合比设计报告推荐的配合比，出具配料单，再根据配料单进行混凝土的拌和。

（3）混凝土采用强制式搅拌机进行拌和，其拌和强度高，质量有保证。混凝土拌和好后，在搅拌机出口要进行自密实混凝土流动度和扩散度的测试，符合要求时方可卸料运输。

5.6 自密实混凝土的运输

自密实混凝土采用4～6m3混凝土罐车进行水平运输，由于自密实混凝土的流动性对于浇筑时的效果有很大的影响，因此混凝土出机后的30min内必须浇筑完成。混凝土运输时的具体要求如下：

（1）运输前要清洗混凝土罐车内的残留其他品种的混凝土，并将车内的积水排尽。

（2）运输过程中严禁向车内的混凝土加水。

（3）根据运输距离配备足够的运输设备，以保证自密实混凝土的连续浇筑。

5.7 自密实混凝土的浇筑

自密实混凝土的浇筑是整个堆石混凝土施工过程中的最后一个环节，在其它工序完成，并通过验收合格后方可进行。根据设计图纸，新筑加厚坝体共分为8个坝段，结合分层浇筑高度，共可分为153个浇筑块，采用分块跳仓的方法浇筑。

（1）根据现场的实际施工条件，自密实混凝土主要采用混凝土输送泵入仓，局部可辅助门机吊混凝土吊罐入仓。采用泵送浇筑时，应先浇筑1～5m3的自密实砂浆，待输送泵管润滑通畅后，再泵送自密实混凝土入仓。

（2）不合格的自密实混凝土严禁入仓，已入仓的不合格自密实混凝土必须清理出浇筑仓，并按监理工程师指定地点弃置。

（3）浇筑自密实混凝土时，严禁在仓内加水。如发现混凝土和易性较差，应采取加强措施（如添加外加剂、重新拌和等），以保证质量。

（4）在浇筑仓面较大时，应采取多点浇筑的方法，一般采取约9m2布置一个浇筑点，浇筑点间距不大于3m，并且浇筑点应连续布置，以保证堆石内混凝土的密实。

（5）在堆石下方混凝土密实后，浇筑至仓面表层时，应控制浇筑的高度，一般情况下混凝土面低于堆石面10～20cm，以利于上、下两层混凝土之间的结合。待下层混凝土达到一定强度后，方可进行上层混凝土的浇筑。

5.8 堆石混凝土养护

在每块堆石混凝土浇筑完毕6～18h内开始洒水养护，养护前应避免太阳曝晒，并应连续进行。养护期内应始终保持混凝土表面的湿润。混凝土养护时间不宜少于28d，有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。

6 应用效果与结论

恒山水库除险加固工程共需浇筑自密实堆石混凝土39 761m3，其中需块石（堆方）39 761m3，自密实混凝土 15 904m3。通过对自密实堆石混凝土施工技术的应用，不仅有效保证了工程质量、加快了施工进度，而且降低了施工成本，可为工程降低直接费约130万元，取得了良好的社会效益和经济效益。该项技术所产生的效果受到了建设、监理和设计等单位的高度评价和关注，有广阔的推广和应用价值。

另外，在施工中积累了较为丰富的施工经验，并总结出一套具有科学性、指导性、操作性强的施工工艺，为今后同类工程的施工奠定了良好的基础。