自密实堆石混凝土在海南水利工程中的首次应用

曾玲玲

（海南宏生勘测设计有限公司，海南 海口 571100）

自密实堆石混凝土在海南水利工程中的首次应用

曾玲玲

（海南宏生勘测设计有限公司，海南 海口 571100）

娜姆水库首次在海南省采用自密实堆石混凝土筑坝技术，体现了海南水利向绿色生产方式的转变。工程实施后效果显著，取得了良好的效果和显著的经济效益。文章对该工程设计难点及先进性进行对比分析，指出在施工过程中应该注意的问题，对该技术在我省水利工程中的应用进行推广。

自密实堆石混凝土技术；首次应用；娜姆水库

为实施生态立省战略，树立绿水青山就是金山银山的理念，海南省娜姆水库除险加固工程设计率先采用自密实堆石混凝土技术（Rock Filled Concrete，简称RFC）。该技术能充分利用初级开采的石料，最大限度降低胶凝材料用量，同时，在骨料破碎、混凝土生产浇筑等施工环节上大大节约能源，减少二氧化碳的排放，具有施工速度快、质量高、成本低等优点，在海南水利水电工程建设中具有广阔的发展前景。

1 工程概况及存在问题

1.1 工程概况

娜姆水库位于海南省海口市秀英区东山镇境内的南渡江支流南面溪上游，坝址以上集雨面积2.0km2，河流比降6.85‰，水库总库容69万 m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、养鱼等综合效益的水利工程。水库大坝为堆石坝，坝顶总长250m，坝顶宽2.5m，原坝顶高程60.0m，设计正常高水位58.0m，最大坝高5.0m。该水库于1959年1月动工兴建，当年竣工发挥效益。

1.2 工程存在问题

该水库在运营过程中发现，由于大坝清基不彻底，产生不均匀沉降，造成坝顶凹凸不平，加上大坝坝体堆筑质量差，下游坝排水棱体失效，坝体及坝基渗漏严重，涵管与坝体接触带严重渗漏，下游坝脚大量积水，严重影响水库正常发挥效益。经水库防洪标准复核表明，复核后坝顶高程应为61.92m，比原有的坝顶高程60.0m高1.92m，水库大坝的实际抗洪能力不能满足防洪安全要求，严重威胁大坝安全。经安全鉴定需进行除险加固，加固内容包括重建主、副坝，新建永久溢洪道及放水涵洞等。

2 设计方案的比较与选择

2.1 坝型方案选择

在选择坝型方面主要考虑娜姆水库周围属玄武岩剥蚀残丘地貌单元，库盆主要由第四纪全新统冲洪积相的高液限粘土，道堂组玄武岩及其风化残坡积的低液限粘土组成。经调查，附近几公里无适合建坝的土料，故建均质土坝条件不成熟。由于坝址段全为玄武岩，如果选用重力坝，能充分利用当地石材，节省投资。通过对埋石混凝土重力坝和自密实堆石混凝土重力坝两种设计方案进行比较，埋石混凝土造价为476.88元/m3，自密实堆石混凝土造价为383.32元/m3，综合施工工艺、安全系数、抑制收缩、抵抗开裂变形等因素比对后认为：充分利用当地天然石材，采用自密实堆石混凝土技术具有工期短、成本低和节能低碳等特点，因此，在进行了充分论证后，选用了经济效益高的自密实堆石混凝土重力坝方案。

自密实堆石混凝土的特点是将大粒径块石自然入仓，形成有空隙的堆石体，然后浇入自密实混凝土，利用其自有流动性完全充填堆石体空隙，形成完整密实的混凝土结构。

2.2 坝基处理方法

坝址区地层岩性相对较复杂，软弱土层主要分布于库区及低洼河谷表部，黑褐色，主要由粘粒成分组成，层厚在0.8～1.50m左右，为地表冲洪积相的高液限粘土，渗透系数6.0×10-5cm/s，承载力70kPa；中风化玄武岩分布于整个坝址区，灰黑色、岩质坚硬，气孔状构造，局部裂隙发育，透水率为8 lu，属弱透水岩体，可作为坝址区相对隔水层，承载力1500kPa，层厚在4.0～8.0m左右。下伏为含砂低液限粘土，棕黄色，主要由粘粒成分组成，混石英质中粗砂，渗透性较弱，承载力130kPa，层厚大于8.00m。针对上述复杂的地质情况，对坝址基础根据不同地段不同地质条件，采用不同的处理方法，对松散的基岩全部清除干净，对已风化严重的玄武岩开挖到中风化层，对有高液限粘土层地段全部清除，对裂隙发育的基岩用水冲刷干净后刻槽浇筑处理。这样做有利于自密实堆石混凝土在施工中不流浆，要求基础开挖基槽平均深度0.8～1.2m，确保浇筑自密实堆石混凝土与基础连接效果好。通过多种处理方法，使基础处理达到设计要求。

3 施工技术与工艺

3.1 原材料基本要求

用于浇筑堆石体的自密实混凝土质量决定着整体结构的质量，故施工要求严格。

自密实堆石混凝土施工要求水泥选用普通硅酸盐水泥；掺合料采用粉煤灰，应满足2级灰的标准；细骨料应选择中沙或中粗沙作为专用自密实堆石混凝土的细骨料，有利于实现自密性能和降低成本；粗骨料最大粒径不宜大于20mm；外加剂选择流动性，抗离折性和强充填性，而且要具有较强时间的自密实性能保持时间，堆石料选用新鲜、完整、质地坚硬，堆石料的粒径原则上大于300mm。堆石料的强度应根据设计标准满足强度要求，见表1。

表1 强度标号对应抗压强度表

3.2 混凝土配合比

自密实堆石混凝土重力坝在海南属首次应用。没有适合本地的施工经验可借鉴，特别是结构质量影响大的自密实混凝土料的配比，在工程设计阶段，我们结合本省实际，认真研究满足高流动性、抗离析、高填充性能混凝土配合比，经过多次配合比优化试验，不断调整配比参数，完成了娜姆水库工程自密实堆石混凝土的配合比设计，得到了更经济实用的优化配合比（此项已委托国家建筑工程质量监督检测中心进行相关检测，所有检测结果表明项目自密实混凝土配合比能满足C20W 6F50的设计要求）。在使用过程中还可根据现场拌和情况，调整相关指标，所调整的施工配合比允许与理论配合比有所变化，其中砂石用量可在±5%的范围内调整，水泥用量可在-10～20kg的范围内调整，粉煤灰用量在-20～10kg的范围内调整，水胶比变化范围不得超过-0.02～0.01的范围。

3.3 施工工艺

基础仓面处可按常规混凝土的处理方法进行。堆石入仓应严格满足堆石料的要求，允许使用少量粒径小于300mm的小石块，但不得集中堆放；每层堆石厚度可按1.50～2.00m左右控制。在建基面进行堆石入仓前，须浇筑一层3～8cm厚的自密实混凝土，并在自密实堆石混凝土初凝前将堆石埋入混凝土中，从而确保自密实堆石混凝土与基础结合良好。

模板安装要求缝隙小于2mm；防止漏浆的发生，在堆石体与模板之间应留大于10cm的空隙作为保护层，浇筑自密实堆石混凝土时，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。在浇筑过程中浇注点应均匀分布于整个仓面，其间距不得超过3m，必须在浇注点的自密实混凝土填满后方可移至下一浇注点浇注，浇注顺序应做到单向顺序，不可在仓面上往复浇注。在完成浇注后表面的块石较少，可利用石料筛选剩余的小块石抛入仓面进行平仓工作。

自密实堆石混凝土的养护，在浇筑完成自密实堆石混凝土后，养护前宜避免受太阳暴晒，应在浇筑完毕6～18h内开始洒水养护。混凝土养护时间不宜少于28d。

4 技术特点及优点

自密实堆石混凝土是利用自密实混凝土的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。在大体积混凝土应用方面，自密实堆石混凝土与普通混凝土有着明显的优势，首先由于混凝土内堆石量达到55% ～60%，大块石可直接利用，碎石用于骨料，减少了水泥用量。在能耗和环境方面，降低了水泥和人工骨料生产的高能耗、高排放对环境和资源造成的影响；经济方面，浇筑过程不需振捣，施工简单，质量易控制，使得综合单价低；工程质量方面，对于大体积混凝土降低了水化热、结构收缩小、抗裂能力强等使其有了广泛应用前景。

4.1 经济效益与低碳环保

自密实堆石混凝土重力坝型与同等类型的混凝土重力坝型进行经济分析，可节省工程造价25%左右。由于采用自密实堆石混凝土，可以充分利用工程区附近的块石，最大限度地降低了胶凝材料用量，因此可节约水泥55%左右，同时减少水泥生产中空气污染排放。对比同样条件下混凝土重力坝施工，自密实堆石混凝土重力坝在骨料破碎、混凝土生产等施工环节上节约了能源，降能耗约30%。

4.2 综合性能稳定，安全系数高

试验研究和工程应用证明：自密实堆石混凝土容重通常可以达到2500kg/m3以上；各项力学性能指标均能满足设计要求，特别是在抗压、抗剪强度方面有足够的安全富余系数；抗渗性能方面自密实混凝土渗透系数可达到10～11m/s，工程钻孔压水检测透水率能够满足低于1Lu的要求；在抑制收缩、抵抗开裂方面自密实混凝土在工程应用中也表现出了优异的性能。

5 结语

自密实堆石混凝土技术在娜母水库大坝建设中的应用为海南省水利水电工程建设的首例应用。工程竣工后，专家组考核验收认为：该工程各项指标不但满足设计要求，而且施工工期缩短了1/3，工程造价节约了25%，是一项技术创新成果，具有显著的社会效益和经济效益，适合推广应用。目前该成果已起到示范带动作用，东方市采用该成果建造的毛号水库已竣工验收投入运行。经对上述工程进行总结认为：项目设计中对掺合料的选择要适应海南当地的具体情况，使该项新技术在海南具有更广泛的应用前景。

［1］JGJ/T283-2012.自密实混凝土应用技术规程［S］.

［2］SL274-2001.碾压式土石坝设计规范［S］.

［3］罗传雄.广东首座自密实堆石混凝土重力坝-长坑水库［J］.水利规划与设计，2013（01）.

［4］任仓钰.石门河水库大坝自密实堆石混凝土施工技术研究［J］.水利规划与设计，2016（09）：94-97.

［5］刘国栋，张强，朱甲学.自密实堆石混凝土在水电站水毁修复工程中的应用［J］.水利技术监督，2012（06）：45-47.

［6］侯保国.山西首座自密实堆石混凝土拱坝加固项目-恒山水库［J］.水利规划与设计，2013（02）：49.

［7］金峰，安雪晖，石建军，等.自密实堆石混凝土及自密实堆石混凝土大坝［J］.水利学报，2005，36（11）：1347-1352.

［8］朱赛，边峰.自密实堆石混凝土重力坝设计案例分析及应用中的技术改进［J］.水利水电技术，2014，45（11）：85.

［9］尹蕾.自密实堆石混凝土的应用现状与发展趋势［J］.水利水电技术，2012，43（07）：1-4.

［10］海南省海口市娜姆水库除险加固工程地质勘察（可研、初设）报告［R］.2012.

［11］海南省海口市娜姆水库除险加固工程设计报告［R］.2012.

TV62+1

B

1672-2469（2017）10-0156-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.044

2017-08-18

曾玲玲（1982年-），女，工程师。