堆石混凝土技术在水库大坝施工中的应用

李 华 李玲波

（罗平县水务局，云南 曲靖 655800）

洒谷水库工程被列入云南省“十一五”规划重点建设的小（一）型水利工程项目，我们本着“引进科技消化吸收，再创新，然后推广应用”的原则。经报批：大坝设计由原C15细石混凝土砌石重力坝优化后选用了堆石混凝土重力坝，采用自密实混凝土施工新技术。

1 工程概况

洒谷水库属珠江流域西江水系黄泥河支流九龙河上游段篆长河左岸的一封闭小流域，洒谷小河现无任何可用的水利工程设施，开发利用程度较低。

自然地理概况和流域特征：水库位于罗平县城西北部阿岗镇的洒谷小河，总体地势东北高西南底，属中低山地形。水库所在流域属珠江流域西江水系。

洒谷水库坝址区工程地质条件：坝址两岸岸坡与岩层斜交，地形坡度左岸为35°～55°，右岸为20°～39°。坝址坝基两岸2063.0m以下为飞仙关组（T1fb）紫红色含长石细砂岩夹页岩，以上为飞仙关组（T1ya）灰白色泥灰岩。岩层与坝轴线斜交，倾角小于15°、较缓。基岩裸露，岩体较完整，结构面不发育，表层风化裂隙发育。河槽处为第四系含砂卵砾石粘土。坝肩上部地表覆盖厚达0.0～5.9m的第四系残、坡积层。

水库为新建小（一）型，兴利库容282.3万m3，总库容383.8万m3。大坝设计为C15堆石混凝土重力坝，坝顶111.0m，最大坝高44.8m，最大挖深7.1m。坝顶高程2099.80m，顶宽5m，上游坝坡1:0，下游坝坡1:0.75。水库坝址以上控制径流面积9.55km2，水库坝址河底高程2062m。主河道长3.11km，河道平均坡降15.6‰，多年平均径流584.9万m3，P=75%年径流458.6万m3。建设洒谷水库区域水资源条件优越，是解决阿岗镇的法郎、阿岗、高桥等村委会1.05万亩耕地农业灌溉缺水问题主要的水源工程。可控制灌溉面积1.05万亩，水库每年提供农业灌溉毛用水量359.7万m3，农村生活毛用水27.6万m3，河道生态用水12.0万m3，水库每年总供水量为399.3万m3，可缓解阿岗坝灌区的干旱缺水问题，解决阿岗镇集镇饮水问题。

2 堆石混凝土的概念及优势

堆石混凝土（Rock-FilledConcrete，简称RFC）施工技术是在自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称 SCC）技术上发展出的一种新型的大体积混凝土施工方式，并且已经在水利水电工程中广泛使用。

堆石混凝土是一类新型的混凝土施工方法，该技术由清华大学水利水电工程系发明并获得国家发明专利的新型大体积混凝土施工技术。通过石料选取，采用获得专利授权的施工工艺，研制出来的具有达到和超过常态混凝土相关技术要求的混凝土，能减少环境负荷，并能因为大量采用了块石做原料，节省了水泥用量，从而为环保做出了贡献。堆石混凝土概念的提出，标志着人类在处理混凝土材料与环境的关系过程中采取了更加积极、主动的态度。

堆石混凝土由于其独特的施工工艺，使得其较常规混凝土具有很多显著的工程和经济优势：施工工艺简单，混凝土免除振捣，施工速度快；单方水泥用量低，水化温升低，温控简单，综合单价低等。

3 堆石混凝土重力坝设计要点

洒谷水库总库容383.8万m3，水库属小（1）型，工程等别Ⅳ等。枢纽工程主要建筑物为拦河大坝、输水隧洞4级，次要建筑物挡土墙、排水沟、护坡、临时性建筑物、导流围堰、渠道5级。

洒谷水库工程区基岩裸露，石料丰富，开采条件好，运距短，附近土料相对较少。经计算，重力坝和土石坝均能满足建坝要求。两坝型比较，建重力坝是经济的。

堆石混凝土重力坝，设计洪水标准为30年一遇（P=3.33%），校核洪水标准为200年一遇（P=0.5%）。消能防冲建筑物设计洪水标准为20年一遇（P=5%）；坝体施工期临时渡汛洪水标准为全年10年一遇（P=10%）；坝体施工导流洪水标准为枯季5年一遇（P=20%）。

堆石混凝土重力坝由4个坝段组成，坝0+64.0～0+71.0m为溢流坝段，其余的为非溢流坝段。坝顶长111.0m，最大坝高44.8m，最大挖深7.1m。坝顶高程为2099.80m，坝基最低高程为2056.00m，防浪墙高1.2m，坝顶宽5m。上游坝坡1:0，下游坝坡1:0.75，下游坝坡在高程2095.4m处设置折坡点。溢流坝顶结合两岸交通要求设置坝顶交通桥，为沟通两岸的交通。

坝基采取帷幕灌浆防渗处理。帷幕灌浆设计为单排孔布置，孔距为2.0米，帷幕线全长398.7m，对坝段帷幕应深入弱透水层（q＜5Lu）内5m，对岩溶发育部位适当增加钻孔或设双排。

4 堆石自密实混凝土坝施工工法

4.1 材料

4.1.1 堆石料：选用新鲜、完整，质地坚硬的毛石、块石料。块石粒径≥30cm，粒径＜30cm的块石其总量不超过堆石料总重量的10%，最大粒径不宜超过1.0m。堆石料的含泥量≤0.5%。堆石料由坝体附近山体开采选取。

4.1.2 水泥：选用远东水泥厂生产的32.5普通硅酸盐水泥。质量满足相关国家标准要求。

4.1.3 粉煤灰：选用宣威电厂的Ⅱ级粉煤灰。满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T1596-2005）中的相关规定。

4.1.4 细骨料：选用工地现场生产的人工砂。其性能指标符合《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）中的相关规定。

4.1.5 粗骨料：选用工地现场生产的碎石。粒径5～20cm，针片状颗粒含量不超过8%。其余性能指标符合《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）中的相关规定。

4.1.6 外加剂：采用由北京华实水木科技有限公司提供的堆石混凝土专用外加剂（聚羧乙酸）。其性能指标符合《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。

4.2 施工工艺

4.2.1 基础仓面的处理

堆石入仓前的基础仓面的处理，按常规混凝土的处理方法进行。

4.2.2 堆石入仓

（1）本工程堆石料采用塔吊机、挖掘机、吊篮方式入仓，自密实混凝土采用输送泵入仓。

（2）基础仓混凝土强度达到2.5Mpa以上方可进行堆石入仓，每层堆石厚度按1.2～1.5m控制。

（3）选择入仓的毛、块石料满足石料要求；在堆石过程中，堆石体外露面所含有的粒径小于200mm的石块数量不超过10块/m2。

（4）在建基面进行堆石入仓前，须浇筑一层30～50cm厚的抗离析型专用自密实混凝土，并在混凝土初凝前将堆石埋入混凝土中，从而确保堆石混凝土与基础结合良好。

（5）堆石入仓时不得将泥土带入堆石仓面，控制不对基础仓面混凝土产生较大冲击，粒径较大的堆石宜置于仓面的中下部。

（6）堆石完成后应做好防雨（水）措施，在浇筑自密实混凝土前必须防止雨（水）冲刷堆石导致泥浆在接触面上堆积。

4.2.3 模板

（1）堆石混凝土的模板可采用钢模、木模等，也可使用砂浆标号不低于M10的浆砌石墙（墙厚度不小于30cm）替代模板；

（2）用于堆石混凝土的模板具有小于2mm的缝隙的密闭性以防漏浆，其强度和刚度能抵抗混凝土产生的侧向压力（可按2.5倍水压力计算）；

（3）有外观要求的部位，堆石体与模板不应接触，保留大于3cm的空隙作为保护层，堆石体与模板间预留空隙不宜超过10cm。

（4）混凝土强度达到2.5Mpa以上方可拆模。

4.2.4 自密实混凝土的生产与浇筑

各种原材料检测和配合比试验送往北京华实公司试验基地进行，又经在现场原材料复检和配合比现场调整后使用。由于自密实混凝土无需振捣，仅靠其自重填充密实，因此自密实混凝土工作性能的检测方法与常态混凝土不同，主要采用坍落度、坍落扩展度试验和V型漏斗通过时间试验进行检测。

4.2.4.1 自密实混凝土的生产

（1）拌制自密实混凝土材料，严格遵守混凝土配料单进行配制，不得擅自更改配料单。水泥、粉煤灰的购买厂家发生变化后必须重新进行配合比试验调整。

（2）水泥、粉煤灰、专用外加剂、水的称量误差不得超过+1%，砂、石骨料的称量误差不得超过+2%。

（3）配料采用配料机，拌和自密实混凝土采用双卧轴强制式搅拌机。

（4）自密实混凝土的搅拌顺序为：将称量好的骨料和胶凝材料分别投入搅拌机干拌，在加入水和外加剂后继续搅拌60s（气温＜15℃时，搅拌不低于90s）以上，目测自密实混凝土工作性能达到要求之后方可出机。

4.2.4.2 泵送自密实混凝土

（1）在自密实混凝土泵送前，检查泵管，接头等连接完好情况。

（2）正式泵送自密实混凝土前，按如下顺序进行操作：a.向泵车的料斗内加0.5～0.8m3清水从管道泵出。b.使用同配比的水泥砂浆润泵。c.泵送自密实混凝土。

4.2.4.3 自密实混凝土的浇筑

（1）自密实混凝土可采用泵送、挖掘机挖斗、溜槽或吊罐等方式入仓。

（2）浇筑自密实混凝土时，严禁在仓内加水。

（3）浇筑过程中浇筑点应均匀布置于整个仓面，其间距不超过3m。一个浇筑点填满后再进行下一个，不可在仓面上往复浇筑。

（4）自密实混凝土应保持浇筑的连续性独立仓面应连续浇筑完成。

（5）除表层自密实混凝土外，每一仓的浇筑顶面留有块石棱角，块石棱角的高度高于自密实混凝土顶面约5～20cm，以便下一仓的粘结。

4.2.5 堆石入仓的间隔时间

（1）当气温≥15℃时，自密实混凝土浇筑完24h后，即混凝土强度达2.5Mpa，可以堆石入仓。

（2）当气温在5～15℃时，自密实混凝土浇筑完36h后，即混凝土强度达2.5Mpa，可以堆石入仓。

（3）气温0～5℃时，自密实混凝土浇筑完48h后，即混凝土强度达2.5Mpa，可以堆石入仓。

4.2.6 堆石混凝土的温控

堆石混凝土一般不考虑温控，入仓温度不宜超过28℃。但每一100m2仓面，不少于1个温控测量点；每一层堆石混凝土温控测量点不少于3个，在仓面上均匀布置。

4.2.7 堆石混凝土的养护

浇筑完后的堆石混凝土，应避免太阳暴晒；6～8h内开始洒水养护，并混凝土表面保持湿润。

4.2.8 堆石混凝土的缺陷处理

（1）自密实混凝土浇筑中断4h以上时，首先建筑同配比的自密实砂浆，然后才建筑自密实混凝土。

（2）对于硬化堆石混凝土内部缺陷可采用水泥灌浆的方式进行修补。

（3）堆石混凝土表面缺陷，在拆模后24h内完成修补。

5 洒谷水库大坝工程堆石混凝土性能优势

洒谷水库大坝工程采用堆石混凝土新技术施工，工艺简单、速度快、节约投资等方面的优点较为显著：

（1）堆石混凝土施工过程简单，极大限度的降低了混凝土仓面的施工人员和机械工作量，现场控制管理更加容易保证。

（2）堆石混凝土避免了混凝土振捣密实的过程，消除了人为的不利干扰，施工质量和稳定性更加容易保证。

（3）堆石混凝土施工工艺简单流畅，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率、缩短工期。

（4）堆石混凝土使用了大量的块石作为原材料，且施工工艺简单，因此大大降低了综合成本。

（5）单位堆石混凝土的水泥量很少，因此水化温升小，温控简单。

（6）堆石混凝土具有大块岩石稳定堆积构成的骨架，具有优良的体积稳定性，体积收缩小。

（7）堆石混凝土在施工过程中能源消耗低，环境负荷小，更为绿色环保。

结语

鉴于堆石混凝土技术在云南省水利水电领域应用较少，曲靖属首次。结合罗平洒谷大坝工程使用堆石混凝土新技术，使用当地丰富的石料资源，节省40%的水泥用量，节约了投资成本，降低人工费，提高工效缩短施工工期，固废综合利用等优势。对此项新型自密实混凝土堆石坝的施工工艺、质量控制、经济及节能效益等方面进行探讨。为今后堆石混凝土技术在云南省、特别是曲靖的推广应用奠定基础，拟应用于其他类似工程。

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