堆石混凝土技术在防波堤胸墙中的应用研究

李晓雷

（沧州港务集团有限公司 河北 沧州 061113）

1 堆石混凝土技术的主要工艺

堆石混凝土技术是在粒径较大的块石堆积体表面浇筑高流动性、抗分离性能好、穿透能力强的高自密实性能混凝土，依靠高自密实性能混凝土自重完全充填块石空隙而形成的完整、密实、低水化热的大体积混凝土施工技术。堆石混凝土与常规现浇素混凝土相比，具有水泥用量少、工程造价低，且能降低水化热产生的温度应力等特点；与浆砌块石结构相比，堆石混凝土具有机械化程度高、人工投入少、施工效率高、质量易于控制等优势[1]。

堆石混凝土主要施工工艺为堆石选取、支立模板、堆石入仓和专用自密实混凝土的生产与浇筑。

（1）堆石的选取

堆石混凝土所用的堆石材料应是新鲜、完整、地址坚硬、不得有剥落和裂纹，堆石料粒径范围为300mm～500mm。堆石混凝土强度标号应不低于C25，堆石材料的饱和抗压强度应不低于60MPa，堆石料的含泥量不高于0.5%，不允许含有泥块。

（2）支立模板

堆石混凝土两侧均为浆砌块石墙，能有效解决模板的刚度、强度及密封的问题。但浆砌石墙应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑专用自密实混凝土的侧压力。浇筑过程中，应安排专职人员检查浆砌石墙的位置和形态，防止变形、漏浆。

（3）堆石入仓

采用挖掘机从运石船或围堰下部直接取石入仓，此工序操作可不受潮水涨幅限制。运至现场的石料可通过简易筛选，将300mm以上的石料用以堆石混凝土浇筑。堆石宜进行冲洗，以控制堆石含泥量，严禁混入泥块、软弱岩块。

（4）专用自密实混凝土的生产与浇筑

专用自密实混凝土用量比例按设计要求不超过堆石混凝土方量的45%，使用强制式双卧轴拌机进行拌合，采用混凝土搅拌船搅拌，专用自密实混凝土出机后可直接通过混凝土输送泵浇筑至仓面。

专用自密实混凝土从堆石体表面浇筑，利用其卓越的流动性能、抗离析性能和填注性能堆石空隙充填密实，浇筑过程中无需振捣。浇筑前必须检查堆石仓尺寸、高程，确认正确无误后，方可进行浇筑。表面外观有较高要求的部位，为防止表面气泡，浇筑后，可在表面进行抹平。浇筑点应与均匀布置，浇筑点间距不宜超过2m。在浇筑过程中应遵循单向逐点浇筑的原则，每个浇筑点浇满后方可移动至下一浇筑点浇筑，浇筑点不应重复使用。浇筑时的最大自由落下高度宜在5m以下。

图1 现浇混凝土胸墙及浆砌块石结胸墙构断面图（原设计）

堆石混凝土技术由于其工艺简单、人为干预小、体积稳定性好、质量影响因素小、机械化程度、效率高等优势已广泛应用于水利水电行业中的大坝、挡土墙等工程，并具有完整的施工工艺与技术标准[2]。目前堆石混凝土技术还未在水运工程中广泛应用。本文以黄骅港地区某防波堤胸墙工程为例，介绍堆石混凝土在水运工程中应用实例，为类似工程设计及施工提供参考。

2 工程实例

黄骅港地区某防波堤长为16510m，结构型式为抛石斜坡堤，防波堤胸墙原设计采用2种结构型式，分别为现浇混凝土胸墙和浆砌块石胸墙，现浇混凝土胸墙长7288m，浆砌块石胸墙长9282m。现浇混凝土胸墙混凝土设计标号为C30F300，浆砌块石胸墙砂浆设计标号为M20。原设计胸墙结构断面如图1所示。

原设计现浇混凝土胸墙及浆砌块石胸墙均需干地施工，而整个防波堤工程地处外海，胸墙施工作业时间受潮汐水位影响较大。为加快施工进度，降低潮汐水位对施工的影响，需对胸墙原设计方案进行优化。

缩短防波堤胸墙施工作业时间的常规方法为抬高胸墙底板底高程及堤心石顶高程。在原设计堤心石坡度不变的条件下，该方案将导致整个防波堤结构断面增大，工程造价增加，而且受护面块体扭王块高度限制（见图1），胸墙底板高程抬高空间不大。

堆石混凝土堆石入仓施工工序不受潮汐影响，即可水下抛石入仓。待水位低于胸墙底板底高程时，浇筑高自密实性能混凝土，从而大大延长了胸墙施工作业时间，堆石混凝土胸墙施工工序如图2所示。

图2 堆石混凝土胸墙施工工序

图3 现浇混凝土胸墙及浆砌块石结胸墙构断面图（优化后）

在不改变原设计胸墙尺度及高程的前提下，结合堆石混凝土施工工艺，优化后胸墙设计方案如下，胸墙断面结构详见图3所示。

（1）现浇混凝土胸墙3.70m以下采用堆石混凝土，3.70m高程以上部分与原设计一致，高自密实性能混凝土标号为C30F300；浆砌石胸墙4.10m以下采用堆石混凝土，4.10m高程以上部分与原设计一致，高自密实性能混凝土标号为C25F250。

（2）胸墙底板两侧采用一定厚度浆砌块石作为堆石混凝土模板。

3 综合分析

3.1 质量分析

（1）从现场钻芯取样来看，高自密实性能混凝土与块石结合紧密，未出现蜂窝、麻面等现象。

（2）堆石混凝土中，高自密实性能混凝土填充率为40%左右，块石用量为60%左右，堆石混凝土产生水化热与现浇混凝土相比显著降低，绝热温升不超过15℃[4]。

（3）专用高自密实性能混凝土标准试件检测结果显示，C30高自密实性能混凝土抗压强度约为37.4MPa，C25高自密实性能混凝土抗压强度约为34.4MPa，满足设计要求。

3.2 工期分析

（1）堆石混凝土堆石入仓工序不受潮汐水位影响，即可水下施工，堆石入仓完毕后，水位降至胸墙底板底时，干地浇筑高自密实性能混凝土。堆石混凝土中高自密实性能混凝土填筑率为40%左右，与现浇混凝土胸墙相比，混凝土用量减半，施工作业效率提高一倍。

（2）原设计浆砌块石胸墙同样需要干地施工，浆砌石常规施工速率约为0.4m3/（人·h），施工效率低下。堆石混凝土堆石入仓工序不受水位影响，水下可完成堆石入仓工序，待具备干地施工条件时，浇筑高自密实性能混凝土，高自密实性能混凝土常规浇筑速率为20m3/h，堆石混凝土施工速率较浆砌石能够大大提高。

3.3 造价分析

原胸墙设计方案中，浆砌石胸墙造价约为350元/m3，现浇素混凝土胸墙造价约为780元/m3。堆石混凝土造价约为450元/m3（含块石及自密实混凝土），低于现浇素混凝土，略高于浆砌石，优化后整个项目胸墙造价较原设计方案节省。

4 结语

通过分析堆石混凝土技术在黄骅港地区某防波堤胸墙工程应用实例，得出堆石混凝土与传统素混凝土及浆砌块石相比具有以下特点，为类似工程设计及施工提供参考。

（1）堆石入仓工序不受潮汐水位影响，为后面浇筑高自密性能实混凝土赢得了施工时间，施工效率提高。

（2）堆石混凝土中高自密实性能混凝土填充率为40%左右，与现浇混凝土胸墙相比，混凝土用量减半，施工作业效率提高一倍；与浆砌块石胸墙相比，施工效率明显提高。

（3）工程造价方面，每方堆石混凝土比现浇素混凝土低，略高于浆砌块石造价。

（4）堆石混凝土中，块石用量为60%左右，与传统现浇素混凝土相比，水化热显著降低。陕西水利

[1]安雪晖，金峰，石建军．高自密实性能混凝土充填堆石体试验研究[J]．混凝土，2005，1：3-6.

[2]金峰，安雪晖．堆石混凝土大坝施工方法[P]．中国专利：03102674，2003-02-14.

[3]中交水运规划设计院.黄骅港散货港区航道南侧围堰二期工程施工图设计.2013（1）.

[4]金峰，李乐，周虎，等．堆石混凝土绝热温升性能初步研究 [J].水利水电技术，2007，39：59-63.