堆石混凝土(RFC)施工工法

(湖北水总水利水电建设股份有限公司，湖北 武汉 430056)

1 前 言

堆石混凝土(Rock Filled Concrete，RFC)，是利用自密实混凝土(SCC)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(在实际工程中可采用的块石粒径在300mm以上)内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。堆石混凝土的概念在2003年由清华大学的金峰教授和安雪晖教授首先提出，并申请了国家专利，专利号ZL03102674.5。我公司根据两个工程的经验累积并结合现场实际进行创新，总结出了一套RFC施工工法。

大体积混凝土，特别是大坝混凝土，从成本预算以及质量控制两方面来说都希望减少水泥用量以降低混凝土的成本及水化热。就目前积累的工程经验而言，采用得较多的方法是减少水的用量或者是采用较大粒径骨料以增加骨料用量。前者，例如碾压混凝土可以减少用水量，但是碾压混凝土施工节奏快，对整个系统要求较高，需要大功率的碾压机械，施工中不能轻易延缓，且会出现层间结合强度、抗渗等新问题。后者由于受到拌和与振捣能力的限制，难以使用更大的骨料。混凝土砌石、埋石混凝土等技术也被广泛采用，但是这种筑坝方式需要较多的技术工人，工人的技术水平和责任心是施工质量的主要因素，在目前的技术和管理水平下很难保证施工质量，再加上近年来人工费用不断上涨，埋石混凝土等筑坝技术面临着越来越大的困难。与这两个筑坝技术相比，RFC施工技术施工简便、水泥用量少、水化温升小、综合成本低、施工速度快、体积稳定性好、层间抗剪能力强，具有更为广泛的应用前景。

2 工法特点

2.1 工艺简便，施工快速

该工法主要包括两道工序：堆石入仓和自密实混凝土的生产浇筑。两道工序经过合理的施工组织设计均可以通过大规模的机械作业来实现，并且自密实混凝土无须振捣，减少了工人的参与。RFC施工工法保证施工层面会有大量的块石棱角外漏，加强了层间结合性，所以可以适当简化施工缝的凿毛工序。混凝土生产运输浇筑量减半、无须振捣、适当的简化凿毛工序等都为加快工程建设速度提供了极大的助力。

2.2 施工成本低

该工法大量的块石使用减少了混凝土的用量，较常态混凝土成本有所降低；混凝土无须振捣、简易凿毛、机械化施工、中后期浇筑与堆石入仓同时施工等优点极大地加快了施工进度，进而降低了施工成本。

3 适用范围

本工法适用于筑坝工程、基础回填、临时工程、堤防工程、衬砌及钢管回填等工程部位建设中。其中适用性最好的是应用于筑坝工程，譬如混凝土重力坝、溢流坝、拱坝的坝体建设及加固。

4 工艺原理

RFC由于堆石料占混凝土方量的55%～60%，石料源可以充分利用基础开挖时产生的利用料，只要满足导则规范要求均可应用到堆石混凝土施工中；堆石混凝土施工缝规定了要有大量的块石棱角出露浇筑高程5～15cm,露在层面之外的块石在上下层之间可以起到契合的作用，加强了层间结合性，所以施工缝的凿毛可以适当简化，只需要对块石棱角出露较少的位置进行凿毛；堆石料入仓前要对其进行筛选以及冲洗，避免不符合规范的块石入仓；RFC施工工法的原理是依靠自密实混凝土的高流动性以及高抗离析性，无须振捣即可依靠自重完全填充模板内任何角落和钢筋间隙。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

RFC施工工艺简单，主要有堆石选取与运抵现场、堆石清洗与仓面清理、模板支立、堆石入仓及模板完成、自密实混凝土(简称SCC) 配制及运输浇筑共5道工序，在合理的施工组织下可循环施工，大大提升混凝土的施工速度。其主要流程见图1。

图1 RFC施工工艺流程

5.2 堆石选取与运抵现场

堆石料的石料来源主要分为两种：利用料以及开采料，所选取的块石粒径应大于300mm,根据堆石的运输以及入仓能力应该选取尽可能大的块石，但是堆石料最大粒径以不大于1/2层高为限；使用挖掘机对石料大小进行筛选，筛选时要保证堆石料级配良好，以免堆石产生较大的缝隙，造成密实度不高、增加成本；可通过装载机、挖掘机等设备装车，利用自卸汽车将堆石料运输至指定地点。

5.3 堆石清洗与仓面清理

堆石入仓前对堆石料进行冲洗是很重要的一个环节，我公司在深溪河水库工程采用的是在备料区设置水泵对筛选后的石料进行冲洗。浇筑仓面必须保证清洁，不宜有积水、碎渣等，层面上的混凝土乳皮以及嵌入表面的松动堆石应予以清除，对于有防渗要求的部位或者仓面无块石棱角出露的部位必须凿毛处理。

5.4 模板支立

堆石混凝土的模板宜优先采用翻转模板，固定后的翻转模板具有牢固性、密封性和抗变形性，并且模板支立速度快。前期或者部分部位不适合翻转模板安装的时候可以采用组合钢模，组合钢模的固定方式有外撑及内拉两种，但是尽量采用如图3所示的外撑来固定，因为内拉需要的拉筋会造成堆石料入仓困难，外撑可以使堆石料入仓尽量地机械化。由于堆石混凝土具有较强的流动性，所受到的侧压力较常态混凝土来说要高，特别是在模板底部，浇筑过程中，应安排专职人员检查、维护、调整模板的位置和形态，防止变形漏浆。

5.5 堆石入仓及模板完成

RFC施工技术中堆石入仓环节施工过程简单，现场控制管理简单，可使用自卸汽车通过上坝公路入仓的方式，因为这种方式具有堆石速度较快、综合造价低等优点；堆石料可采用20t自卸汽车从备料区运至浇筑仓面，在堆石混凝土仓面下游处应留有不小于5m宽的道路，确保自卸汽车能够将堆石运至与坝轴线平行的各处位置，自卸汽车入仓前要通过钢格栅对轮胎进行冲洗，保证轮胎无残留污水；入仓后堆石的堆放有一定要求，仓面上游2/3区域严禁自卸汽车进入，应在下游设置2～3个集中卸料点，由挖掘机直接转运堆石入仓，从上游往下游入仓即可，入仓时要尽量轻放，避免碰撞产生碎屑，堆石仓面下游1/3区域可由自卸汽车直接卸料入仓堆积，由挖机辅助平仓(见图2)；挖掘机、装载机进入施工仓面应在下层堆石混凝土上放置洁净轮胎，以免对下层新浇混凝土造成早期损伤；石料入仓后，使用挖掘机转至施工面并进行辅助平仓及简单的压实紧密工作，挖掘机在堆放石料时应尽量轻拿轻放，防止碰撞产生碎屑。

图2 入仓后堆石的堆放示意图

5.6 自密实混凝土配制与运输浇筑

自密实混凝土的运输应该保证浇筑的连续性，宜采用地泵连接布料机进行浇筑，浇筑之前应再次确认模板、预埋件位置、钢筋型号位置等是否无误，再进行浇筑。每次浇筑厚度为1.8m,可根据施工实际情况进行调整，但不宜超过2m;在浇筑过程中应该遵循单点浇筑的原则，浇筑点布置均匀，浇筑点间距不能超过3m,每个浇筑点浇满之后方可移动到下一个浇筑位置，浇筑点不应重复使用，浇筑布置点如图3所示; 配制前应对于原材料质量进行检测，浇筑时要根据混凝土拌和物的性能状态、砂含水率的变化等不确定性因素适当调整混凝土配合比；在有外观要求的模板处，可放慢浇筑速度、加长浇筑距离、减小混凝土入仓落差，并轻微敲打模板，这样拆模后的混凝土会有较光滑美观的表面。

图3 堆石混凝土仓面浇筑示意图

6 材料与设备及劳动力组织

6.1 材料与设备组织

主要设备如表1所列。

表1 主要材料设备

6.2 劳动力组织

主要劳动力如表2所列。

表2 主要工种投入

7 质量控制

7.1 标准与规范

为了保证施工质量满足设计要求，混凝土达到优良，在混凝土施工过程中，须按照标准及规范对混凝土生产的原材料、配合比、拌和物进行定期检测，检测频率如表3所列。

表3 原材料、拌和物检测频率

续表

7.2 过程中的控制措施

拌和混凝土时应严格按照实验室所给的配料单进行，不得擅自更改，搅拌应采用强制式搅拌机，原材料性能以及用量的监控是RFC质量控制的关键环节，须根据材料变化进行现场试拌，以验证工作性能是否满足要求。要求测量以下数值:

a. V漏斗值、初试扩展度。

b. V漏斗值、保塑1h拓展度。

c.其他保塑要求时间的扩展度、V漏斗值。

d.环境温度、混凝土出机温度。

此外，原材料投量也要严格按照规范进行，投料计量运行偏差如表4所列。

表4 自密实混凝土各组分称量允许偏差

混凝土运输道路应较为平坦，避免离析现象的产生，且在运输途中不能向车内加水，运输时间从出料到浇筑完毕严格控制在2h之内。

混凝土运输后可能发生离析，可在入仓之前进行二次搅拌，以保持混凝土的均匀性，保证混凝土质量；混凝土自由下落高度不宜超过2m,否则采用溜槽、串筒或其他缓降措施；浇筑过程中，仓面应保持湿润。光照强烈或大风干燥时，应进行喷雾或进行表面水分补偿，保持表面不发白；正在施工的仓面，应防止外来水流入；堆石混凝土由于接缝面有大量块石露出，增加层间结合性，防渗性能较好，但考虑到渗水对于大坝成型后的质量有较大的影响，浇筑时可在防渗面板下游50cm处增设一条5cm深的凹槽，以增加防渗面板的防渗性能(见图4)。

图4 面板凹槽成型图

混凝土浇筑完成终凝后即应开始保湿养护，对永久暴露面，养护时间不宜少于28d，有特殊要求的部位宜适当延长养护时间；温度较低时，可以用养护垫子覆盖防止冻结；雨季浇筑堆石混凝土后应有防雨措施并备有不透水覆盖材料，小雨时应适当减少混凝土拌和用水量，不得改变自密实性能控制指标。

混凝土成型之后需要对其密实度、堆石混凝土强度和抗渗性能进行检测，堆石混凝土浇筑强度及密实度需要通过钻孔取芯对芯样的抗压强度进行检测并观察密实度；堆石混凝土的工程抗渗性能可通过钻孔压水试验进行检测。

7.3 管理措施

目前，质量管理主要是采用“三全一多样”的全面质量管理方法，即全员的质量管理、全过程质量管理、全企业的质量管理和多方法的质量管理。而全面质量管理是依托在一系列的基础工作之上的，基础工作包括标准化工作、计量工作、质量信息工作、质量责任制和质量教育工作。 施工单位员工应从上至下都明确责任划分，从宏观(如施工布置、计划)到细节(如混凝土拌和物的质量、混凝土的强度)都应予以重视。

8 安全措施

8.1 安全技术措施

项目部负责人应该按照国家安全文明施工、交通、消防、职业卫生、环境保护等有关规定，合理规划施工总体布局。保证风、水、电管线、通信设施、施工照明等布置合理规范；现场材料、设备按规定定点存放，摆放有序，并符合消防要求；设施设备、安全文明施工、交通、消防及紧急救护标志、标识清晰、齐全；排架、作业平台搭设稳固，底部生根，杆件绑扎牢固，跳板满铺，临空面设置防护栏杆和防护网；垂直交叉作业应设隔离防护棚，或错开作业时间。

8.2 安全管理措施

项目部依据施工组织设计中的安全措施，结合具体施工方法和施工现场的作业条件及环境，以书面的形式，编制出具有可操作性、针对性的自密实混凝土施工安全技术交底文件，并对作业人员进行全面的安全技术交底；项目经理及安全员应经常性地对施工现场进行检查，根据检查情况做好安全检查记录，特别是对于高边坡、施工临时用电的检查；在检查过程中，对发现的安全隐患或不符合规程制度要求的，填写“施工现场安全自查整改记录”，根据轻重缓急原则，可采取口头警告、现场纠正、罚款、责令停止施工等方式。

8.3 应急管理

预先编制应急预案，根据应急预案采购应急物资并建立现场应急救援队伍，一旦出现突发事件，应及时向上汇报。此外还要定期开展应急培训和演练。

9 环保措施

堆石混凝土使用大量块石和粉煤灰，减少了水泥的用量和大功率的碾压机械，可以减少温室气体和能源消耗，是一种环境友好的混凝土。但需要注意的是工程中常见的两个污染：扬尘和噪声污染。对于前者，可以在天气干燥的时候定期对施工道路进行洒水降尘，日常也要时刻对施工机械进行清理，防止泥沙裹带产生扬尘。对于后者，由于施工连续性的影响，只能合理安排施工计划，避免夜间施工。

10 效益分析

堆石凝土施工是水利水电工程中一项高效、低廉的混凝土施工工艺，具有施工速度快、质量好、成本低的特点，经济效益显著。

11 应用实例

湖北省五峰县土家族自治县深溪河水库正常蓄水位1300.00m，最大坝高63m，总库容277.9万m3，是一座小(1)型水库，工程任务以烟草灌溉为主，兼顾居民生产生活用水，可灌溉7个行政村的2.62万亩农田，其中基本烟草2.11万亩，可解决1.61万人的生活用水。工程由堆石混凝土重力坝、输水管道及相关附属设施组成，最大坝高63.00m，总库容277.9万m3，调节库容208.3万m3。坝址多年平均流量0.392m3/s，多年平均径流量为1236.1万m3，多年平均径流深为982.6mm。采用RFC施工工法。堆石混凝土单价如表5所列。

根据表5统计数据，堆石混凝土直接工程费为211.1元/m3,根据预算中相关的取费标准进行测算，在直接费为211.1元的情况下，其综合单价为247.2元/m3。而等级为C20的普通常态混凝土在该项目施工条件类似的情况下最低单价为289.83元/m3，可见RFC这种施工工艺还是在一定程度上节约了成本。

表5 堆石混凝土单价