堆石混凝土技术在打鼓台水库的应用与探索

曾 旭，何涛洪，张全意，张文胜

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

1 工程概述

堆石混凝土技术是一种全新的混凝土材料与建造施工技术，具有工艺简便、施工快速、温控易行、成本低廉、环境友好和高强耐久等特点。其施工工艺是将粒径大于300mm的块石或卵石直接入仓，形成有自然空隙的堆石体，利用无需振捣的高自密实性能混凝土(High Self-Compacting Concrete，简称HSCC)，依靠其自重充填堆石体空隙，形成完整、密实的混凝土[1- 3]。堆石混凝土技术从2005年进入工程应用以来，已在20余个省市自治区建设了超过60座堆石混凝土坝[4- 5]。

打鼓台水库位于乌江支流敖溪河左岸一级支流后溪沟上，地处余庆县境内，坝址距余庆县城63.0km。大坝为堆石混凝土重力坝，坝顶高程799.00m，最大坝高41.0m，坝顶宽度6.0m，坝底最大宽度33.94m，坝顶长198.0m。坝体上游面设有厚0.5m的C9015自密实混凝土防渗面板，坝基设置厚1.0m的二级配C15混凝土垫层，两坝肩未设置混凝土垫层，大坝主体材料采用C9015堆石混凝土，防渗面板与大坝主体同步浇筑上升[6]。为减少施工干扰，加快施工进度，考虑大坝基础岩性不均匀，仅在大坝基础岩性显著变化处(桩号坝0+030.54、坝0+164.54)设置了2条横缝，中间坝段长134.0m。另外，大坝防渗面板分别于桩号坝0+030.54、坝0+058.54、坝0+086.54、坝0+112.54、坝0+138.54、坝0+164.54处设置6条横缝，最大缝距28.0m。缝内距上游坝面0.2m处设置一道铜片止水，并采用聚乙烯闭孔泡沫板材填缝[6- 7]。

混凝土骨料利用三迭系下统茅草铺组(T1m)薄至中厚层灰岩、白云质灰岩进行破碎获得，水泥采用P.O 42.5水泥，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，外加剂采用HSNG-T自密实混凝土专用外加剂性，工程设计配合比和实际实施配合比见表1。

模板采用组合钢模，由300×1500×4mm和100×1500×4mm轻型钢模交错支立而成，采用外绑DN50mm钢管和仓内拉Φ20、Φ10钢筋固定方式。石料自料场开采后，挖掘机筛选，高压水枪冲洗，采用自卸车运输至仓面，挖掘机配合人工堆石。自密实混凝土采用罐车运输至坝前，泵送至仓面后采用泵管配合布料机或泵管直接入仓两种浇筑方式。

表1 专用自密实混凝土配合比

2 堆石混凝土实际水化温升

为了解坝体堆石混凝土施工期和运行期的温度变化情况，在溢流坝段布设一个温度监测断面，如图1所示。769.00m高程布置了温度计3支(T1、T2、T3)，于2016年10月10日埋设完成，埋设时气温23℃；从图2可知，779.00m高程布置温度计2支(T4、T5)，于2016年11月24日埋设完成，埋设时气温12℃；789.00m高程布置温度计1支(T6)，于2017年3月8日埋设完成，埋设时气温11℃。坝体温度监测成果见表2。

图1 打鼓台堆石混凝土重力坝温度监测断面示意图

表2 打鼓台坝体堆石混凝土温度监测成果表

坝体温度监测结果表明：坝体堆石混凝土浇筑两周之内，因受水化温升影响，其温度达到最高，然后开始缓慢下降，实测坝体堆石混凝土最大温升值小于10℃，在类似工程应用中，可简化分缝设计。

3 堆石混凝土坝体施工质量

为了解堆石混凝土浇筑质量，在坝体上布置3个进行钻孔取芯、抗压强度试验和容重检测，布置2个钻孔进行压水试验，如图2所示。由图2可知，1#取芯孔布置在右坝段，2#号、3#号取芯孔布置在左坝段，选用Φ219mm金刚石钻头旋转钻进，所取芯样直径200mm，详见表3。实际芯样照片见图3。J2压水试验钻孔布置在左坝段，选用Φ73mm金刚石钻头旋转钻进，成孔直径76mm。

图2 打鼓台堆石混凝土重力坝芯样钻孔、压水试验钻孔布置示意图

表3 取芯钻孔统计表

图3 打鼓台堆石混凝土重力坝芯样照片

钻孔取芯累计进尺80.57m，所取柱状芯样长78.05m，芯样获得率96.87%，其中1#号取芯孔进尺20.12m，所取柱状芯样19.36m，芯样获得率96.22%；2#号取芯孔进尺25.45m，所取柱状芯样24.84m，芯样获得率97.6%；3#号取芯孔进尺35m，所取柱状芯样33.85m，芯样获得率96.71%。所取芯样共有断口197个，其中机械、人工折断断口29个，占14.72%；浇筑层面折断断口24个，占12.18%；自密实混凝土与堆石胶结面折断断口95个，占48.22%；堆石接触面折断断口49个，占24.87%。以上数据表明，堆石混凝土浇筑层面、自密实混凝土与堆石胶结面为其薄弱环节。芯样试验结果见表4。

坝体堆石混凝土芯样抗压强度及容重试验成果>表明，1#钻孔堆石混凝土芯样抗压强度检测值25.6～31.9MPa，平均值28.15MPa；芯样容重检测值2340～2570kg/m3，平均值2483kg/m3。2#钻孔堆石混凝土芯样抗压强度检测值25.9～32.1MPa，平均值29.56MPa；芯样容重检测值2440～2610kg/m3，平均值2509kg/m3。3#钻孔堆石混凝土芯样抗压强度检测值26.5～30.6MPa，平均值28.37MPa；芯样容重检测值2330～2610kg/m3，平均值2480kg/m3。由此可知，堆石混凝土抗压强度检测值超出设计值约91%，工程应用中可结合不同的掺合料优化混凝土配合比设计。

表4 打鼓台堆石混凝土芯样抗压强度及容重试验成果表

表5 J1钻孔压水试验成果表

表6 J2钻孔压水试验成果表

钻孔压水试验成果见表5—6。

由表5、表6现场压水试验成果可知：坝体透水率小于1Lu，堆石混凝土自身抗渗性较好，中低坝可取消防渗面板。

4 结论及建议

坝体温度监测成果、坝体堆石混凝土芯样抗压强度及容重试验成果、坝体现场压水试验成果和蓄水运行情况表明，堆石混凝土技术在打鼓台水库的应用是成功的，主要结论与建议如下：

(1)堆石混凝土实际水化温升较低，打鼓台堆石混凝土坝体实测最大温升值小于10℃，在类似工程中应用，可简化分缝设计。

(2)堆石混凝土浇筑层面、自密实混凝土与堆石胶结面为其薄弱环节，在工程应用中应加强上述部位的质量控制。

(3)堆石混凝土抗压强度检测值超出设计值约91%，自密实混凝土配合比可结合不同的掺合料优化。

(4)坝体透水率小于1Lu，堆石混凝土自身抗渗性较好，中低坝可取消防渗面板。