堆石混凝土施工技术与工程应用

薛秀清

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 堆石混凝土施工技术简介

堆石混凝土(Rock-filled Concrete，简称RFC)施工技术是清华大学水利水电工程系发明并获得国家发明专利授权的新型大体积混凝土施工技术，具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点。堆石混凝土是指先将满足—定粒径要求的块石(或卵石)自然堆满仓面，然后在堆石体表面浇注满足特殊要求的专用自密实混凝土 (Self-Compacting Concrete，简称SCC)，无需振捣仅依靠其自重充填堆石体的空隙，所形成完整密实的混凝土，其构成如图1所示。

图1 专用自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土示意图

堆石混凝土中堆石的体积比例一般可以达到55%~60%，能够充分利用初级开采的石料或者开挖料中的大块石，最大限度地降低了胶凝材料用量的同时还在骨料破碎、混凝土生产浇筑等施工环节上大大地节约了能源，减少了二氧化碳的排放，因此堆石混凝土技术是一种新型低碳环保的混凝土施工方法。堆石混凝土技术用于大体积混凝土施工还具有以下特点：

（1）低水泥用量与低水化热

堆石混凝土可以充分利用粉煤灰、矿渣粉、石粉等活性或惰性掺和料，因此对于水泥的用量显著降低，C20等级堆石混凝土中的水泥含量一般不超过80 kg/m3，绝热温升不超过15℃。在大体积混凝土施工中可以显著简化甚至取消温控措施。

（2）工艺简便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括两道工序：堆石入仓和专用自密实混凝土的生产浇筑。通过合理的施工组织设计，两道工序均可以通过大规模的机械化施工来完成，减少了人工的投入，避免了人为的干扰。在完成一定堆石仓面后堆石入仓和混凝土生产浇筑可以平行进行，工序间干扰小，生产效率成倍提升的同时还降低了设备生产强度的要求。简化消除温控措施、混凝土生产运输浇筑量减半且无需振捣等都为加快建设速度、缩短工期提供了强有力的保证。

（3）降低施工成本

堆石混凝土施工的综合成本在相同条件下较常态混凝土可降低10%~20%，略低于埋石混凝土成本。主要通过三个方面实现：大量使用堆石减少胶凝材料用量；工艺简单，可节约工期，同时节约管理成本；简化或消除了温控措施，浇筑过程免去了振捣工序减少了人工成本的投入。

（4）综合性能稳定，安全系数高

堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于胶结堆石的专用自密实混凝土构成的。堆石骨架在提高材料抗压、抗剪强度，抑制干缩变形，提高结构体积稳定性等方面都有着显著的效果；而专用自密实混凝土独特的设计与工艺，使其具有卓越的流动性能、充填性能和抗离析性能，在浇注过程中不离析不泌水既保证了专用自密实混凝土的充填均匀性，又避免了混凝土与骨料胶结面过渡区薄弱层的产生。试验研究和工程应用证明：堆石混凝土容重通常可以达到2 500 kg/m3以上，各项力学性能均能满足设计要求，特别是在抗压、抗剪强度方面有足够的安全富余系数；抗渗性能方面堆石混凝土渗透系数可达到10-11m/s（针对堆石混凝土本身），工程钻孔压水检测透水率低于1 Lu：在抑制收缩、抗裂等方面堆石混凝土在工程应用中也表现出了优异的性能。

2008年堆石混凝土技术通过了水利部组织的科技成果鉴定，获得了以潘家铮院士为组长的专家组的肯定与鼓励，同年堆石混凝土技术入选水利部科技重点推广项目。2009年由水利部水利水电规划设计总院牵头，清华大学、中国水利水电科学研究院和山西省水利建筑工程局等单位共同参与主编的《堆石混凝土与胶凝砂砾石筑坝技术导则》开始启动，并于2012年7月完成了导则的送审稿，这将为堆石混凝土的工程应用提供更加科学完善的支持和保障。

2 堆石混凝土工程应用

堆石混凝土施工技术自2005年首次在北京某蓄水池工程中成功应用以来，己在国内10余个水利水电项目中成功应用20余万m3，在节省施工成本、加快建设速度、简化施工工艺、保证施工质量等方面发挥了积极有效的作用，得到了建设各方的一致好评，堆石混凝土的工程应用情况见表1。

表1 堆石混凝土工程应用情况汇总

堆石混凝土施工技术主要应用于基础处理、回填、挡土渣墙、大坝坝体等大体积素混凝土部位。堆石料主要采用开采的大粒径块石、开挖料中的大粒径块石（或卵石）等，经初级筛分保留粒径大于300 mm的石块，通过自卸汽车直接运输至仓面自然堆积，施工场地狭小不具备上坝公路时可通过塔机、卷扬机等起重设备直接将堆石吊入仓面自然堆积，堆石厚度控制在1．5 m左右，利用强制式拌和机生产专用自密实混凝土，通过泵送直接浇注入仓，不具备泵送条件时也可采用溜槽、吊罐等浇注方式，浇注过程无需振捣。

山西省是使用堆石混凝土技术较早的省份，也是采用该持术施工项目最多的省份。山西省晋城市围滩水电站最大坝高57.5 m，原设计为混凝土砌石重力坝，因施工进度缓慢，施工质量难以保证，后设计变更采用堆石混凝土浇筑大坝坝体，共浇筑堆石混凝土4.12万m3。堆石入仓（见图2）工序采用自卸汽车直接运至仓面内堆积，配置了一台挖掘机进行局部调整和平仓。专用自密实混凝土生产采用双卧轴强制式搅拌机，配备砂石料自动称量系统，使用袋装水泥、粉煤灰人工辅助计量入料；混凝土搅拌完成出机后，使用混凝土输送泵入仓（见图3）。围滩水电站堆石混凝土月浇筑量可达到1．8万m3，约为原细石混凝土砌石的3倍左右。堆石混凝土施工技术的应用为围滩水电站抢回了延误的工期，提高了工程质量，确保了大坝的按期竣工。

恒山水库坐落在山西省浑源县城南5 km北岳恒山脚下，大坝为混凝土双曲薄拱坝，是我国第一座实验性拱坝，最大坝高69 m，建筑物级别为三级。1960年竣工后又在1964年进行了第一次加固维修，1966年蓄水至今已经运行了近50年，大坝出现了左坝肩抗滑稳定安全系数不足，坝体混凝土受高寒地区影响力学指标、抗渗、抗冻性能均不能满足设计要求。中国水科院对此工程进行了除险加固设计，采用了堆石混凝土对原坝体下游面加厚。堆石混凝土施工技术的使用简化了温控措施。受施工场地所限，加固工程不具备汽车上坝的条件，因此采用了塔机进行堆石入仓，配备两台0.5 m3的双卧轴强制式搅拌机（见图4），以及自动配料系统，专用自密实混凝土经过混凝土罐车运输约2 km后通过混凝土泵送入仓。恒山水库加固工程（见图5）共浇筑堆石混凝土3.6万m3，历时2年(施工月份12个月)竣工，与常态混凝土方案相比缩短了1/3的工期（常态混凝土施工需3年）。

3 室内试验和工程质量检测情况

室内试验和工程检测的数据见表2及表3。

图2 堆石入仓

图3 泵送浇筑

图4 混凝土拌和搂

图5 恒山加固现场

表2 堆石混凝土部分试验结论

表3 堆石混凝土部分工程检测数据

4 结束语

堆石混凝土施工技术在我国日趋完善，随着《堆石混凝土与胶凝砂砾石筑坝技术导则》的发布，将丰富和完善我国的筑坝技术体系，也将为国际坝工界做出我国的贡献，必将在越来越多的工程项目中使用，因此，堆石混凝土施工技术具有广阔的发展前景。