嵌石混凝土施工技术研究

(1. 湖南源源生态工程集团有限公司，湖南 长沙 410199；2. 杭州厚友建设工程咨询有限公司，浙江 杭州 311215)

嵌石混凝土施工技术研究

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(1. 湖南源源生态工程集团有限公司，湖南 长沙 410199；2. 杭州厚友建设工程咨询有限公司，浙江 杭州 311215)

经过科学研究和试验，找出了一种在溢流堰施工中，通过把块石嵌入混凝土，使得块石露出溢流堰水平段表面，从而消除动能的方式消能，达到了保护溢流堰的目的。在工程完工后，我们总结了嵌石混凝土的施工经验，形成了“嵌石混凝土施工工法”。

溢流堰；嵌石混凝土

1 概 述

“水”蕴含着巨大的能量。水能给我们带来清洁能源的同时也会对水工建筑的安全运行造成威胁。因此如何采取有效的消能防冲措施，是人们一直以来探讨的问题。

通过不断创新，经过科学研究和试验，找出了一种在溢流堰施工中，通过把块石嵌入混凝土，使得块石露出溢流堰水平段表面，从而消除动能的方式消能，达到了保护溢流堰的目的。

在工程完工后，我们总结了嵌石混凝土的施工经验，形成了“嵌石混凝土施工工法”。这种施工工法具有操作简单、方便的特点，并且提高了混凝土的强度和抗渗性能，同时创造了良好的经济和社会效益。

2 工法特点

a. 具有良好的消能效果。

b. 对地质条件变幅适应性强。

c. 使混凝土具有很好的强度性能及抗渗性能。

d. 具有层间抗剪能力强的特性，简化了凿毛工序。

e. 降低了工程的水泥用量，降低了水化热，节约了材料。

f. 具有优良的体积稳定性，体积收缩小，具有较强的抗裂性能。

3 适用范围

本工法适用于有抗冲消能要求的溢流堰、闸室等水工建筑物。

4 工艺原理

在溢流堰施工时嵌入达到设计要求的块石，块石间用混凝土填充，并振捣密实，形成耐压、承载力强的整体构件。同时使部分块石外露在溢流堰水平表面。因此当水流流过溢流堰时，产生表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混作用，从而消除水流的动能，达到保护溢流堰的目的。

在混凝土中嵌入30%的块石，提高了溢流堰的抗震性能，有效避免了温度裂缝的产生，提高了工程质量，节约了资源，降低了工程造价。

5 施工工艺流程及施工要点

5.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

5.2 施工要点

5.2.1 基面验收、仓面准备

在施工区周围设置挡水围堰和开挖周边排水沟以及采取集水坑抽水等措施，阻止场外水流入场内，并有效排除积水。通过验收工作组验收合格后进行仓面准备，将基面上的杂物、泥土清除，并冲洗干净，排除积水和其他杂物，处理完毕，验收合格后，再放样立模。

5.2.2 测量放样

进场后根据业主提供的三角网点和水准网点进行复核，并将复核的成果报监理工程师批准。在施工中，尽力保护好全部的三角网点、水准网点和施工中增设的控制点，使之容易进入通视，防止移动和损坏。

5.2.2.1 施工测量控制

测放临时水准点：工程施工之前，根据图纸指定水准系统的已知水准点，引导至施工范围内，设置临时水准点。

5.2.2.2 平面放线

根据工程的起点、终点和转折点的设计坐标，计算出这些点与附近控制点或建筑物之间的关系，然后根据这些关系把各个放线点用标桩固定在地面上。

5.2.2.3 纵断面水准测量

纵断面水准测量之前，在施工作业区的四周设置临时水准点，临时水准点的精度要求闭合差在平坦地区不得超过1mm。以此水准点测出中心各桩位地面的高程，以检验设计图示地面高程和实际地面高程是否相同，并以此来确定开挖的深度。

5.2.2.4 施工测量

嵌石混凝土作业区在排干水、清除杂草后先报请业主、监理、投评各方人员共同进行10m方格原始地形测量，清除淤泥砂石等覆盖层后再第二次各方会商进行建基面10m方格地形测量，按设计图纸完成开挖后报请各方会商进行建基面10m方格地形测量，上述测量成果经各方签认后作为工程计量和地质素描资料使用。测量项目精度指标见表1。

表1 测量项目精度指标

5.2.3 模板工程

模板施工的技术要求如下：

a. 工程所用的模板均满足建筑物的设计图纸及施工技术要求。

b. 所用的模板均能保证混凝土浇筑后结构物的形状，尺寸与相对位置符合设计规定和规范要求。

c. 模板和支架具有足够的稳定性、刚度和强度，做到标准化、系列化、装拆方便。该工程所用模板厚度选为12mm。

d. 模板表面光洁平整、接缝严密、不漏浆，混凝土表面的质量达到设计和规范要求。

e. 模板安装均按设计图纸测量放样，设置控制点，并标注高程，以利检查、校正。

f. 模板的面板处理均涂刷脱模剂，且对钢筋及混凝土无污染。

g. 模板的偏差应确保能满足规范要求。

5.2.4 嵌石工程

5.2.4.1 块石的采购

依据施工用材计划，编制原材料采购计划，报项目经理审批通过后，实施采购。

5.2.4.2 材质的检验

在块石进场之前，应组织监理、业主对供应商进行考察和取样送检，做块石外观检验、强度检验、软化系数等，检测合格的块石才能进场使用。

5.2.4.3 块石的质量

块石的质量按表2指标进行检验。

5.2.4.4 块石的摆放

经验收合格后的块石从块石料场用自卸车运输。为减少人工劳动强度，在嵌石混凝土作业区的右岸下游端修建一条简易的临时运输道路，运输块石的自卸车从临时道路将块石运输到临近的作业仓面附近，再用装载车或液压反铲转运到施工仓面。

表2 块石质量检验指标

为保证块石安放稳固，在土工布铺设及排水管安装完成验收合格后，先浇筑一层100～150mm厚的素混凝土并进行施工缝处理，待混凝土强度达到75%设计强度后，用装载车或液压反铲将符合要求的块石转运到施工仓面，以人工进行摆放并用小石头塞紧稳固。

石头长边应垂直于结构顶面，立砌，不得前俯后仰、左右倾斜，石头的较宽侧面应垂直于水流方向，必须错缝砌筑，错缝距离宜为石长的1/2。每排块石应厚薄相近，大头朝下，错开茬口。块石间距控制在10～30cm范围内。块石至少有一个轴的直径不小于30cm，2/3埋入混凝土内部。

摆放石头之前，应先做好混凝土面的高程控制并做好划记；确定块石的安放顶部高程，防止块石的顶部高程过高或过低，影响嵌石混凝土的整体外观质量。

5.2.4.5 嵌石混凝土的质量要求

根据设计文件中对嵌石混凝土的要求，在施工过程中要严格按照如下要求进行控制：

a. 嵌石混凝土埋石率为30%。

b. 嵌石用块石尺寸不得大于一次浇筑混凝土块体最小尺寸的1/3。要求块石质地坚硬新鲜，无风化或裂缝，饱和抗压强度大于3kN/cm2，清洗干净。

c. 块石应分布均匀，石块间距不小于100mm，离开模板距离应大于150mm。

d. 每层混凝土浇筑厚度不大于300mm，块石上下之间不得叠置，应有100mm以上的间距。最终层面，应有100mm纯混凝土覆盖层。

e. 其它要求同普通混凝土。

5.2.5 混凝土工程

5.2.5.1 混凝土配合比

混凝土配合比的主要工作是配合比设计、配合比试验、配合比调整，初步确定采用二级配泵送混凝土。

混凝土设计、试验委托有行业资质的湖南通济水利水电工程质量检测有限公司进行。各种不同类型结构物的混凝土配合比必须通过试验选定，其试验方法应按SDJ 105—82有关规定执行。混凝土配合比试验前21天，将各种配合比试验的材料及其拌和、制模和养护的配合比试验计划报送监理人。

配合比参数试验：通过只掺减水剂、复掺引水剂，以及不掺、联掺粉煤灰等不同形式，进行混凝土试验，测试减水率、坍落度、含气量、泌水率、和易性、凝结时间和容重，确定外加剂和粉煤灰掺量。

水灰比与强度试验：在技术文件规定的各部位最大水灰比内，取多个水灰比，掺适量的外加剂和粉煤灰进行试验，绘制水灰比与强度曲线，确定水灰比。

通过室内试验成果进行混凝土配合比设计，将原材料材质试验资料、混凝土参数试验资料、混凝土性能试验资料等报送监理人审批。只有经监理人审批的混凝土配合比才可用于施工。

在施工过程中，混凝土的施工配合比可根据实际情况作适当调整，但必须得到监理人的批准。各部位混凝土配合比应符合表3的规定。

表3 混凝土水灰比最大允许值

5.2.5.2 混凝土拌制

该工程主体工程混凝土采用右岸自建搅拌站集中拌制。

配料：各种级配的骨料及P.O 42.5等级的散装水泥分期分批储存，并悬挂明显标志。骨料、散装水泥都用不同的料斗分别称量，水的称量以重量计。在配料称量时特别注重水泥和外加剂的称量准确，且在每班开机前检查并清理称量装置。配料称量允许误差见表4。

表4 配料称量允许误差

拌和：拌和楼内放有合适的取样设备，以便于取样和试验。混凝土的拌和时间以试验确定，并经监理人批准后实施。在每次拌和循环前1/4的循环时间内将所有的固体物料加入搅拌机内，拌和水加入后的最少拌和时间均应符合DL/T 5144—2001表7.1.4的规定。每台搅拌机都装有定时器、信号设施及统计设备，以保证混凝土的拌和时间和保证自动记录拌和的各批混凝土的数据。

混凝土拌和及配料不当，或坍落度、引气量、温控要求等不合格的混凝土应弃置在指定的场地。

混凝土拌和物的检查：拌和物应满足《水工混凝土施工规范》(SDJ 207—82)要求。混凝土坍落度严格控制在13～15cm左右，在施工中对混凝土拌和物进行检查，根据检查结果对拌和系统进行控制。

5.2.5.3 混凝土运输

该工程的混凝土运输采用9m3混凝土灌车运输至仓面附近后再用混凝土汽车输送泵输送入仓。泵送混凝土自高往低处入仓时采用折线形接管，避免因混凝土自重下滑形成真空而堵管，输送入仓时应勤接管和勤移动管口位置，入仓的混凝土需避免骨料或浆液集中，振捣时应严格按平仓和振捣两道工序逐项完成，确保混凝土密实。

5.2.5.4 混凝土分层

混凝土浇筑层厚度，应根据浇筑的部位、搅拌、运输、浇筑能力、振捣器性能及气温因素确定，一般情况下，不应超过表5的规定。

表5 混凝土浇筑坯层的允许最大厚度

5.2.5.5 混凝土浇筑

当混凝土浇筑前期工作(如建基面清理、模板制安、块石的埋放、预埋件埋设)完成后，及时申报监理人验收，得到监理人签字认可方可进行混凝土浇筑施工。混凝土浇筑施工采取的质量控制措施如下：

a. 混凝土浇筑应从低处(斜坡面)向高处进行。

b. 混凝土入仓时，防止离析。混凝土入仓垂直落距不得大于1.0m。

c. 任何混凝土在浇筑前，须在自检合格的基础上报监理人验收，经监理人验收合格，并开具浇筑开仓令后方可按已定施工方案开始混凝土浇筑施工。

d. 做好浇筑前各项准备工作，检查设备准备、人员到位情况，安排各类值班人员等。混凝土浇筑时，各类值班人员就位，随时检查模板变形、排水管位移、混凝土振捣质量，处理浇筑时发生的问题，保证混凝土浇筑顺利进行。

e. 不合格的混凝土料严禁入仓，已入仓的混凝土如发现为不合格品，立即予以清除，并按监理人的指示弃置在指定地点。浇筑时，严禁在仓内加水，如发现混凝土和易性较差，要采取加强振捣等措施，以保证混凝土浇筑质量。

f. 按照规范要求拆除模板，拆模时采用专用工具，避免破坏新浇混凝土。

g. 拆模后立即检查混凝土外观质量，如发现有表面缺陷，按照规范和监理要求进行修整，直到监理人满意为止，并做好详细记录。

5.2.6 混凝土表面的修整

混凝土表面需要修整的现象有：表面蜂窝、麻面及挂帘，表面缺损、小孔洞、气泡密集，表面不平整度超过规定及混凝土台、混凝土表面外露钢筋头及管件。混凝土表面修整需待混凝土强度达到75%后进行。

5.2.6.1 混凝土表面蜂窝、麻面及挂帘修整

对蜂窝、麻面部位用人工进行凿除，然后将修整面冲洗干净，回填等强度的微胀砂浆后压实填平；挂帘用扁平凿凿除，用砂轮磨平、修光。

表面缺损、小孔洞、气泡密集，表面不平整度超过规定及混凝土错台修补：对表面不平整度超过规定的部位进行凿除，高出部位用砂轮磨平，低出部位冲洗干净后用混凝土回填补平；孔洞修补主要用钢刷将孔洞周边拉毛冲洗干净后回填微胀砂浆；错台的修整采用凿子凿成1∶30的坡度后用电动砂轮磨平磨光，使修整后混凝土与周边混凝土平顺连接。

5.2.6.2 混凝土表面外露管件的修整

外露管件采用电动砂轮进行切除割断，操作时切除至混凝土表面以下20mm，切除后用环氧砂浆填补。有模板的混凝土浇筑成型偏差不得超过表6规定数据，无模板的不得超过表7的规定。

表6 有模板混凝土结构表面的允许偏差

5.2.7 混凝土表面的保护及养护

5.2.7.1 混凝土的表面保护

在混凝土工程被监理人验收并移交业主之前，公司将按标准SDJ 207—82第5.2.14条～第5.2.18条的规定进行混凝土表面保护。

表7 无模板混凝土表面允许平整度偏差

在浇好的混凝土表面应采取一定的保护措施，以防人踩，直到表面达到一定的强度为止(人走之后不留脚印)。若有必要应在表面铺上厚木板以供人行走。在雨天或炎热的晴天，新浇混凝土的表面上应盖上必要的覆盖物，以免新浇混凝土被雨水冲刷或被阳光暴晒。

当日平均气温低于3℃或遇气温骤降(指日平均气温在2～3天内连续下降6℃以上)冷击时，为防止混凝土的暴露表面产生裂缝，闸坝混凝土面及仓面(特别是上游护底面及消力池过流面)将覆盖保温材料，并适当延长拆模时间。

5.2.7.2 混凝土的养护

混凝土养护应在混凝土浇筑完毕后12～18h内开始，养护期时间大于14天，在干燥、炎热气候条件下，应延长养护时间，至少在28天以上；大体积混凝土的水平施工缝则应养护到浇筑上层混凝土为止，表面保持湿润状态。

6 材料与设备

6.1 主要材料

a. 水泥：使用河田牌P.O 42.5水泥。

b. 混凝土骨料：粗骨料为洁净的天然或人工破碎料。

c. 外加剂：减水剂溶液浓缩物。

d. 块石：至少有一个轴的直径不小于30cm，容重大于2.4t/m3。

e. 止水片(带): 表面平整，无浮皮、锈污、油渍、砂眼、钉孔、裂纹等。

f. 土工布(膜): 土工织物需锚固牢固。

6.2 设备

设备见表8。

表8 设备情况

7 质量控制

7.1 质量目标

根据该工程的性质，业主的要求和公司的技术实力、管理能力，确定工程质量总目标为——确保达到合格等级，争取达到省级优质工程，创行业“大禹奖”。

具体质量目标如下：

a. 工程质量必须符合设计要求和验评标准，工程竣工验收质量评定达优良等级。

b. 一次检查合格率100%，优良率85%以上；单位工程优良率100%。

7.2 施工操作中的质量控制

a. 基础浇筑的素混凝土满足厚度100～150mm要求。

b. 等到素混凝土达到75%设计强度才可安放块石。

c. 块石采用人工摆放并用小石头塞紧。

d. 块石长边应垂直于结构顶面，立砌，不得前俯后仰、左右倾斜，石头的较宽侧面应垂直于水流方向。

e. 块石必须错缝砌筑，错缝距离宜为石长的1/2。每排块石应厚薄相近，大头朝下，错开茬口。块石间距控制在10～30cm范围内。

f. 块石至少有一个轴的直径不小于30cm，2/3埋入混凝土内部。

g. 摆放石头之前，应先做好混凝土面的高程控制并做好划记；确定块石的安放顶部高程。

h. 嵌石混凝土埋石率为30%。

i. 嵌石用块石尺寸不得大于一次浇筑混凝土块体最小尺寸的1/3。要求块石质地坚硬新鲜，无风化或裂缝，饱和抗压强度大于3kN/cm2，清洗干净。

j. 块石应分布均匀，石块间距不小于100mm，离开模板距离应大于150mm。

k. 每层混凝土浇筑厚度不大于300mm，块石上下之间不得叠置，应有100mm以上的间距。最终层面，应有100mm纯混凝土覆盖层。

l. 其他要求同普通混凝土。

7.3 混凝土工程建筑物的质量检查和验收

a. 建基面浇筑混凝土前应按规范有关规定进行地基检查处理与确认。

b. 在混凝土浇筑过程中，承包人应会同监理人对混凝土工程建筑物测量放样成果进行检查。

c. 按监理人指示和招标文件条款的规定对混凝土工程建筑物永久结构面修整质量进行检查和验收。

d. 混凝土浇筑过程中，按有关规定及招标文件技术条款对混凝土浇筑面的养护和保护措施进行检查，并在其上层混凝土覆盖前，按合同的相关规定对浇筑层面养护质量和施工缝质量进行检查和验收。

e. 在混凝土浇筑检查验收中，应按技术条款的规定，对埋入混凝土块体中的止水、排水设施和各种埋设件的埋设质量以及伸缩缝的施工质量进行检查和验收。

f. 混凝土工程建筑物的体型质量检测。混凝土工程建筑物全部浇筑完成后，承包人应按监理人指示，对建筑物成型后的位置和尺寸进行复测，并将复测成果报送监理人，作为完工验收的资料。

8 安全措施

8.1 安全管理目标

a. 消灭人身死亡事故，减少重伤事故和一般事故，重伤率控制在1%以下，负伤率控制在6‰以下。

b. 杜绝重大设备事故、火灾事故。

c. 杜绝高空坠落、物体打击和触电伤害事故。

8.2 混凝土施工安全保证措施

a. 加强安全教育，并对操作人员进行详细的安全、技术交底，施工人员分工明确、任务明确、责任明确及工作位置明确。

b. 施工人员进入施工现场必须戴好安全帽，并有专人定期检查，确保安全防护用品。

c. 施工现场应设置明显的基坑、边坡、用电、交通、设备等安全生产警示标牌。

d. 施工前进行安全技术交流，施工过程中要明确分工，统一指挥。

e. 所有施工机械设备的运转部位必须安装安全防护装置。

f. 雨天作业有防滑胶鞋及雨衣等用品。

g. 施工材料及机械设备必须定期进行检查，并在施工期间进行精心维护，满足施工要求，确保生产的安全。

h. 加强用电管理，安装触电保护器，确保用电安全。

i. 工作平台牢固稳定。

j. 严格遵守岗位责任制和交接班制度，并熟知安全操作规程，在生产中应坚守工作岗位，严禁酒后上岗。

k. 施工要有专人现场进行指挥，严禁违章作业。发现不安全因素及时汇报，并监督处理。

l. 嵌石混凝土养护期间必须设安全标志、加盖或设围栏，不得随意挪动安全标志及防护设施。

m. 施工现场的设备和材料堆放安全可靠，整齐有序，并保证道路通畅。

9 环保与资源节约

a. 在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工工程材料、设备、废水、生活生产垃圾、弃渣的控制和治理，遵守相关防火及废弃物处理的规章制度，做好文明施工，加强对职工的环保、水保教育，提高职工的环保、水保意识，杜绝人为破坏环境的行为，做好施工区环境保护和水土保持工作。

b. 做好施工产生的废渣和其他工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，弃渣和工程废弃物拉至指定地点堆放和治理。

c. 按有关规定要求，做好施工区的全面规划，使全工区的建筑物、道路、生产和生活设施绿化区等达到整洁有序、协调、美观，形成一个整体的优良环境。

d. 在施工现场设置足够的保洁箱，施工、生活垃圾一律入内，并及时将垃圾清理到指定位置。在现场配置就餐车，吃剩的饭菜要倒入专用的器皿中运离施工现场，施工现场不准有一次性饭盒、塑料袋、饭粒等生活垃圾。生活区和生产设施区统一规划，做好环境绿化工作，营造良好的生活、生产环境。

e. 在工地、生活区搭建的厕所，必须设置化粪池处理粪便，安排专人定期清扫，粪便经处理后运到当地卫生主管部门指定或允许的地点排放。

f. 降低施工场地的噪声，以符合噪声限值的规定。

10 效益分析

a. 嵌石混凝土施工工法适用于各种有抗冲消能要求的溢流堰、闸室等工程的施工，受地质、气候等环境因素影响小，具有广泛的应用范围和良好的应用前景。

b. 本工法具有良好的经济效益，在湖南省长沙县水渡河河坝改造工程溢流堰和嵌石混凝土出口水平段施工中运用，节约了工程成本，经济效益显著。

c. 本工法降低了混凝土工程的水泥用量，节约了能源，节省了原材料，迎合了节能环保的现代水利理念，创造了良好的社会和环境效益。

11 应用实例

11.1 湖南省长沙县水渡河河坝改造工程溢流堰

水渡河河坝改造工程新闸址即“星沙综合枢纽”坝址，位于捞刀河的下游，距湘江入口14.9km。结合捞刀河综合治理要求，新建蓄水构筑物不束窄河宽、不阻水，河道主槽建闸，保留滩地过洪功能，河坝设置防洪标准为百年一遇。此次工程主要由三部分组成，分别为位于河道左侧主槽内的水闸工程、右侧滩地的溢流堰及三合垸排水箱涵。

公司在水闸工程的溢流堰的施工中运用了“嵌石混凝土施工工法”，在保证了工程质量的同时创造了良好的经济、社会和环境效益。

11.2 湖南省长沙县水渡河河坝改造工程嵌石混凝土出口水平段

水渡河河坝改造工程新闸址即“星沙综合枢纽”坝址，位于捞刀河的下游，距湘江入口14.9km。结合捞刀河综合治理要求，新建蓄水构筑物不束窄河宽、不阻水，河道主槽建闸，保留滩地过洪功能，河坝设置防洪标准为百年一遇。此次工程主要由三部分组成，分别为位于河道左侧主槽内的水闸工程、右侧滩地的溢流堰及三合垸排水箱涵。

公司在水闸工程的嵌石混凝土出口水平段的施工中运用了“嵌石混凝土施工工法”，在保证了工程质量的同时创造了良好的经济、社会和环境效益。

ResearchonStoneConcreteConstructionTechnology

LIN Chunmei1, CHENG Xiuli2

(1.HunanYuanyuanEcologicalEngineeringGroupCo.,Ltd.,Changsha410199,China;2.HangzhouHouyouConstructionEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Hangzhou311215,China)

The following mode for energy dissipation is discovered through scientific research and experiment: stones expose from overflow weir horizontal section surface in the overflow weir construction through embedding stones in concrete, thereby eliminating kinetic energy and reaching the purpose of protecting the overflow weir. After the project is completed, we summarize construction experience of stone concrete and form ‘construction method of stone concrete’.

overflow weir; stone concrete

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.010.010

TV54

B

1673-8241(2017)010-0046-08