阿合塔斯水库大坝高自密实性堆石混凝土现场试验分析

蒋小军，维 康，曹荣国

（1.青河县水利管理总站，新疆 青河 836200；2.甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000；3.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300000）

1 工程概况

阿合塔斯水库位于新疆青河县阿热勒托别镇,坝型为堆石混凝土重力坝，工程的主要建筑物由溢流坝段、非溢流坝段、右岸导流兼泄洪涵洞等建筑物组成。最大坝高33.5 m，水库库容939 万m3，工程为Ⅳ等小（一）型工程。在大坝混凝土浇筑前，根据工程实际选用的材料、施工设备、试验室配合比等在工地进行现场试验。

2 混凝土试验仓布置

试验仓选在上游导墙位置,试验仓长度10 m，宽8.5 m，高3 m。结合现场实际情况，试验仓堆石自密实混凝土共分两层浇筑，每层高度为1.5 m。

3 自密实混凝土施工

3.1 堆石入仓

（1）堆石料

堆石料粒径不小于30 cm，存在部分小于30 cm 的石料。小于30 cm 的堆石料满足“堆石体外露面所含有的粒径小于200 mm 的块石数量不应超过10 块/m2”的要求。

（2）堆石料清洗

（3）堆石料入仓

1）使用挖机堆石，挖机挑选干净、粒径满足要求的石料自然堆放在仓面。

2）人工配合机械将不满足要求的堆石料清理出仓面。

3）试验仓面积较小采用人工配合机械的方式进行堆石。装载机水平运输块石，挖机等机械入仓，部分区域人工平仓摆边。

3.2 模板

试验段模板上游面和横缝面采用3.0 m×1.53 m 翻转钢模板，下游面采用3.0 m×1.87 m 翻转钢模板。

3.3 高自密实性能混凝土生产、运输与入仓

本工程大坝堆石自密实混凝土体积比为55%∶45%。自密实混凝土设计标号C9025W6F300,设计含气量5%，密度不小于2400 kg/m3。施工配合比水灰比0.4，每方自密实混凝土胶材总用量450 kg（其中普通硅酸盐42.5 级水泥和II 级粉煤灰各225 kg），天然砂子用量985 kg，人工小石（5 mm～20 mm）用量806 kg。

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自密实混凝土采用1 m3强制式搅拌机（JS1000）拌和，拌和时间90 s，出机口塌落度按260 mm～280 mm，扩展度按650 mm～750 mm，V 漏斗通过时间按7 s～25 s 控制。

自密实混凝土采用8 m3混凝土搅拌车（三一重工SY308C-6）运输（运距约660 m），通过车载泵（天泵）（三一重工SYM5337THBDW 520 C9）送入仓。

3.4 高自密实性能混凝土浇筑

自密实混凝土的浇筑采用泵送方式入仓。泵送前检查泵管和各节泵管接头处密封圈连接是否紧密，保证整个管路不漏气、不漏浆。连接前，泵管内不得有杂物及未清理的的混凝土，以保证泵管管壁光滑。泵送自密实混凝土按照以下顺序操作：首先向内输送0.2 m3～0.3 m3清水润湿和清洁泵管；而后使用同配比水泥砂浆润泵；最后泵送自密实混凝土。

不合格的自密实混凝土严禁入仓，已入仓的不合格自密实混凝土必须清理出浇筑仓，并按监理工程师指定的地点弃置。

浇筑自密实混凝土时严禁在仓内加水。如发现混凝土和易性较差，应采取如添加外加剂、重新拌和等措施来保证质量。浇筑仓面较大时，采取多点浇筑法，采用“Z”型或“N”型浇筑方式，4 m2布置一个浇筑点，浇筑点间距不大于2 m，在每个浇筑点必须使自密实混凝土灌满后方可移至相邻的浇筑点，且浇筑点应连续布置，以保证堆石混凝土密实。浇筑顺序应做到单向顺序，不可在仓面上往返浇筑。在堆石下方密实后，混凝土到达仓面时，应控制浇筑高度，一般情况下混凝土面低于堆石面5 cm～20 cm，以便于下个仓面的粘结。整个浇筑完成后，待自密实混凝土达到5 MPa 以上时进行下层浇筑。

4 堆石混凝土检测

4.1 堆石混凝土强度检测

通过钻孔取芯的方法对堆石混凝土试验段的强度进行检测评价。全部浇筑完成14 d 后，进行钻孔取芯，钻孔取芯时应适当包括高自密实性能混凝土与堆石均匀胶结的部位，对取出芯样按照长径比1.0 的要求加工抗压试件，试样检测指标见表1，强度检测结果见表2。

表1 取样明细表

表2 强度检测

经检测，混凝土抗压、抗冻、抗渗指标全部满足设计要求。

4.2 超声波检测

试验过程中采用RSM声波透射检测仪，分别对4 个测孔6组断面进行测试，垂直方向每6 cm～8 cm 测试一次，总测试深度约3 m，依据《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）：用以统计和判断测值可以是声速，也可以是振幅或频率，都可以按以上方法获得判断结果。考虑到振幅及频率测试误差较大，在最后确定某测点是否为异常值时，宜以声速的判断结果为主，以振幅或频率的判断结果为辅，并参考波形的观察结果综合确定。

（1）本次检测测点数总计298 个，对可疑值进行除后，Xn=X245=3.010，Xn+1=X246=2.993。

（2）平均值mx为3.471，标准差Sx为0.234。

（3）《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）公式（7.6.4-3）计算单点临界值xL1其中K1取值参照《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）表7.6.4-1，n=245 时K1=2.65，计算xL1=mx-K1Sx=2.851，xL2=mx-K2Sx=3.08。

（4）Xn=3.010＞xL1=2.851，因此无异常值，在检测数据中无相邻两测点值均同时不大于xL2，因此在相邻两点测值判定时未发现异常值。

（5）依据上述判断在所测的298 个点中, 剔除可疑值外无异常值点,满足规范要求。

4.3 孔内成像测试

本次试验段孔内成像测试共检测4 个孔，每个孔直径95 mm，总计孔深度11.5 m。缺陷位置主要在1.4 m～1.6 m 深处，自密实混凝土内部缺陷1 处，岩石下边缘与自密实混凝土层间结合处有多处缝隙或空洞存在。每个孔的内部情况从孔内电视成像图片上来看，大部分堆石与高自密实混凝土的层间结合良好，但也存在如下问题：

（1）由于浇筑过程中受天气（降雪、降雨、低温）和模板（涨模）等原因，试验段两仓混凝土浇筑均不连续，导致出现冷缝和两仓的层间缝，且在冷缝（孔深约为0.5 m）和层间缝（孔深约为1.5 m），高自密实混凝土与堆石间的空洞现象较明显。

（2）由于聚羧酸减水剂里引气成分的存在，自密实混凝土拌合物气泡较多，加之受降雪（雨）天气影响，各浇筑仓表面浮浆现象较明显，并伴有泌水现象，在浇筑间歇期凿毛冲洗不彻底，也导致了冷缝和施工缝处有浮浆痕迹以及堆石下缘与自密实混凝土有缝隙，从钻芯取样试件的形貌来看，自密实混凝土内肉眼可见的孔隙也较多。

4.4 压水试验

根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL 31-2003），压水试验钻孔的孔径宜为59 mm～150 m，现场采用钻孔的直径为65 mm。压水钻孔设置1 个，孔深为3 m，压水位置为孔深0.6 m～2.6 m，压水段长为2 m，压水试验结果见表3。压水试验结果表明，最大透水率2.11 Lu，最小透水率2.04 Lu，平均透水率2.06 Lu，小于5.0 Lu，满足透水率要求。

表3 压水实验结果

4.5 温度监测

根据设计坝面厚度要求，每个试验仓面温度观测共布置9支温度计，温度计布置见图1，每2 小时测量1 次，测量内外温度无明显变化小于0.2℃时为止。温度监测结果：除了5 月中旬降雪天气外，坝址处昼夜温差约为30℃，混凝土内部温度随外界气温变化规律明显，且在凌晨2：00～凌晨6：00 气温降低时，混凝土与气温的温差较大，最大值接近30℃，有导致混凝土出现温度裂缝的风险。

图1 温度传感器布置图

5 结语

（1）混凝土的设计配合比是根据室内试验结果确定的，现场施工环境条件，骨料性能发生较大变化时，可维持设计配合比中水胶比不变，调整单位用水量、砂率等参数，确定符合施工技术要求和设计技术要求的混凝土施工配合比，以保证高自密实混凝土工程质量。

（2）孔内电视成像及钻芯取样显示聚羧酸减水剂带入混凝土内的引气成分过多，导致自密实混凝土拌合物大的气泡较多，硬化混凝土内气孔多。建议在聚羧酸减水剂中加入适量的消泡剂，并采用加入适量引气剂的方式保证混凝土的含气量，确保自密实混凝土的抗冻性能。

（3）自密实混凝土砂率较高，砂子含水的均匀程度和含水状态直接决定了自密实混凝土施工配料单是否保证了混凝土施工配合比（单方用水量、水胶比等参数）的准确执行，建议砂石料场采取搭棚、覆盖塑料布、扩大砂石骨料的堆放面积等措施保证砂石骨料含水的均匀性和含水状态（含水率低于6%）。

（4）堆石混凝土中堆石的孔隙率偏大，堆石体积偏小，自密实混凝土的体积偏大，会导致堆石混凝土的温升高，对堆石混凝土的温控防裂不利。建议合理搭配堆石的粒径，降低堆石的孔隙率。

（5）孔内电视成像结果显示混凝土层间接合面是堆石混凝土的薄弱环节，主要是浮浆清理不彻底以及下一浇筑仓堆石入仓时破碎成低于规定粒径的碎石。建议加强凿毛和对浇筑仓面杂质的清理。

（6）堆石混凝土的质量不仅仅取决于自密实混凝土的配合比（包括原材料的情况），更取决于施工工艺和条件，特别是自密实混凝土浇筑成型后，及时进行保温保湿养护至关重要。