猫溪沟水库坝体自密实堆石混凝土施工技术及其入仓手段设计研究及运用

易吉林，邓 苏

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

1 猫溪沟水库工程概况

猫溪沟水库坝址距正安县城5 km，座落在芙蓉江左岸一级支流石梁河下游的田家坡河段，属于长江流域乌江水系，全流域面积261 km2，主河道全长42.9 km，多年平均径流量1.57亿m3。坝址以上流域面积232 km2，河长28.9 km，多年平均径流量为1.121亿m3。水库正常蓄水位569.00 m，死水位556.00 m，总库容956万m3，正常蓄水位库容857万m3，死库容241万m3，兴利库容616万m3。该水库大坝枢纽工程主要由堆石混凝土重力坝、坝顶表孔设闸溢洪道、泄水建筑物兼放空建筑物等组成，大坝最大坝高44.5 m，坝顶高程571.50 m，最大坝底厚34.84 m，坝顶宽8.0 m。大坝主体采用自密实堆石混凝土进行施工。

2 自密实堆石混凝土施工

(1)自密实堆石混凝土介绍

自密实堆石混凝土是充分依托自密实混凝土高流动性、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。与同标号普通混凝土相比，具有水泥用量小、水化热低及施工速度快等特点。自密实混凝土从21世纪初提出至今，已在水利工程施工中得到一定推广和运用[1]。

(2)主要质量控制要点

自密实堆石混凝土，其主要由堆石和自密实混凝土组成，主要是由高流态自密实混凝土通过自流状态填充满堆石孔隙，进而胶结形成整体。首先，对堆石粒径及强度有明确规定，堆石粒径必须在300 mm～1000 mm之间，因为粒径过小则堆石之间孔隙小，自密实混凝土不能对堆石进行很好胶结，堆石粒径过大则亦会导致混凝土与堆石胶结强度不能满足设计要求，故施工过程中必须控制好所选堆石料粒径，同时必须保证堆石料木材自身强度，猫溪沟水库大坝堆石料主要选用中厚层灰岩夹白云岩，其抗风化能力强，其饱和抗压强度均在50 MPa以上，强度完全满足设计要求；在堆石入仓前，需对开采的堆石料进行冲洗，必须将堆石料表面浮渣清洗干净，有利于堆石与自密实混凝土胶结。其次，自密实混凝土必须保证其高流态性(须使用专用高性能外加剂)，确保其在自流状态下将堆石孔隙全部充填密实，其流动性主要通过坍落度、坍落度扩展试验及V型漏斗试验确定，满足脱落度250 mm～280 mm、坍落度扩展度在600 mm～700 mm及V型漏斗试验在7 s～25 s；其他各项质量控制同普通混凝土。

(3)单位体积堆石混凝土材料费用分析

猫溪沟水库选用的自密实混凝土标号为C9015W4F50，其中水泥为P.O42.5，粉煤灰为Ⅱ级灰，细骨料为人工砂，粗骨料为人工粗骨料，外加剂为高性能自密实专用混凝土外加剂(单价约1万元/t)。根据实验确定配合比见表1。

表1 C9015W4F50自密实高性能混凝土配合比

根据实验检测，单位体积堆石自密实混凝土中堆石与混凝土体积之比约为1∶1，即自密实混凝土用量为0.5 m3。单方堆石混凝土理论材料费计算如下：其中0.5 m3堆石换算成码方体积为0.5×1.67=0.835 m3，材料费0.835×72=60元；0.5 m3自密实混凝土中：水泥0.5×0.14×358.41=25.09元，粉煤灰0.5×0.396×76=15元，砂子(0.5×0.932/2.7)×75=12.94元，石子(0.5×0.644/2.8)×75=8.625元，水0.5×0.175×0.78=0.06元，外加剂6.7×10=67元，理论配合比材料合价约为198元。

从上述单价组成情况来看，其材料费用与同等级同标号混凝费用相当，其中费用占比较大专用外加剂价格为普通外加剂4～5倍，若专用外加剂费用能够大幅度往下调整，则堆石自密实混凝土综合成本将显著降低。

3 自密实混凝土入仓设计与运用

大体积混凝土作为水利工程施工主要项目之一，往往具有体量大、结构高耸等特点，传统入仓方式主要采用溜槽、泵送和布料机摊铺等入仓方式，施工运用较为广泛，但一定程度上仍存在缺点。

溜槽入仓：由于溜槽溜筒的布置角度控制因素，导致混凝土在入仓过程中可能出现骨料分离等现象，混凝土和易性能指标损失较为严重，需额外采取措施进行处理。仓面布泵管入仓：水工大体积混凝土仓面通常较大，混凝土浇筑点布置多，通常混凝土输送泵管单根长2 m～3 m，需要在仓面上布置多排输送泵管，多次泵管的安装、拆卸次数。同时软管越长，管内摩擦力越大，管道越容易堵塞，既浪费混凝土，又需要大量的人力疏通、清除堵管混凝土；施工效率较低、人力的投入成本较大。布料机入仓：较前面两种入仓方式较为优化，可减少混凝土在入仓过程中的和易性性能指标，减少输送泵管的安装、拆卸次数。但由于布料机的布料范围有限，需要多次搬移布料机。因此，混凝土在浇筑过程中的停歇次数较多，每次搬移布料机需重新拆管、接管，用时较长，容易导致因浇筑间隙时间过长导致的施工冷缝缺陷[2]。

考虑到上述原因，同时结合猫溪沟水库大坝现场布置实际情况，在通过对传统泵送及塔机配合吊罐入仓方式研究基础上，提出采用塔机配合甭管入仓的新技术[3]。本技术主要由地泵泵管采用吊绳与塔吊吊钩挂在一起，通过摆动塔机大臂与行走小车，将混凝土垂直运输至各浇筑点，能实现大体积混凝土全覆盖无死角通仓连续浇筑，其浇筑半径可达到50 m左右，完全满足本工程大坝自密实混凝土浇筑需求。混凝土浇筑示意图见图1，具体仓面泵管结构设计及现场施工操作要点如下。

混凝土浇筑示意图

(1)泵管支架：泵管支架的稳定性需满足悬臂泵管摆动产生的倾覆，猫溪沟水库工程泵管支架结构尺寸为长×宽×高(2 m×2 m×2.5 m)，采用Φ48脚手架管经管件及焊接相结合的方式连接牢固，四根立柱底部焊接300 mm×300 mm的钢板，竖直泵管固定在支架中心。

(2)管接头及加固：泵管接头与常规混凝土输送形式接法一致。在接头两侧50 cm的地方各设一道管卡，管卡与管壁之间采用橡胶垫包裹填满，在管卡的四个法线方向焊接Φ25钢筋作为接头处加固，使相邻两根泵管形成一个整体，防止因接头管卡的破坏导致的不安全因素。

(3)活动接头：需要活动的接头，在接头对接时，不需要套橡胶密封圈，管卡与管壁有一定的间隙，泵管可沿管截面圆心轴线转动，形成活动接头。

(4)支架竖直泵管上端，采用两个90°弯头接成两个活动节(如图1：①活动节、②活动节)，形成人体肩关节功能，可使泵管上、下、左、右活动。将水平泵管分成两段(①段水平管、②段水平管)，两段水平管采用两个90°弯头接成一个活动节(如图1：③活动节)，形成人体肘关节，可使泵管②段水平管向内折叠。在②段水平管两端部及中部采用3根钢丝绳固定与塔吊吊钩挂在一起，通过塔吊摆动大臂与行走小车，将泵管出料软管送至各浇筑点，从而达到一定直径范围内360°全覆盖浇筑，满足混凝土浇筑的连续性要求。

(5)每浇筑完成一个层面，仅需拆除少量仓面泵管，直接用塔吊将上述结构吊离仓面，待下一仓面备仓完成具备浇筑条件后，直接将上述模块结构吊运至仓面，仅需安装少量数节泵管及可实现混凝土浇筑，且在该仓混凝土浇筑时不再需要进行泵管安装或拆卸，施工效率极高。

(6)技术及安全施工要点：①采用DN125A国标高压型泵管及配套管件，避免因泵管材质导致的不安全因素。②混凝土浇筑过程中，泵管下严禁站人及人员通行。出料软管出料口端采用麻绳套牢，严禁人为徒手稳出料软管。③浇筑点的转移，必须由专业的地面塔吊指挥员与塔吊操作员单一对接。

4 猫溪沟水库大坝浇筑施工成效

猫溪沟水库大坝为自密实堆石混凝土新型施工技术，其堆石主要依托大坝左岸有利地形，根据大坝浇筑上升高程分别布置堆石运输通道，运输过程中通过在坝面采取有效保护措施，自卸车直接将堆石运输上坝。其中自密实混凝土充分利用左岸地形，在左岸拌和系统完成自密实混凝土生产后，通过简易溜槽直接运输至泵机集料斗，形成“一条龙”连续运输模式完成水平运输。垂直运输方面，利用本文介绍的新技术，整合全工地设备资源，充分利用右岸用于钢筋、模板吊装的5013塔吊作为自密实混凝土浇筑过程中的提升设备，大大提高施工现场设备利用率，实现混凝土在坝面范围内通仓全覆盖快速施工。按照原批复的施工组织设计，猫溪沟水库大坝坝体混凝土浇筑工期约为18个月，实际实施过程中，通过本文所描述的新工艺及新型入仓手段的使用，大坝于2018年底启动大坝浇筑，实际浇筑于2019年10月下旬及浇筑至顶高程，历时约11个月，较原计划提前近7个月，其中混凝土最大浇筑强度达到9000 m3/月，实现了在保证质量安全的前提下大坝大体积混凝土快速施工。监测数据表明：猫溪沟水库大坝混凝土浇筑后最大温升约10℃左右，混凝土浇筑至今发现温度裂缝，坝体质量总体良好。

5 结论

因堆石混凝土主水泥使用量小、绝热温升数值低、施工速度快、质量有保证、耐久性好等优点，可在水工坝工设计中推广使用。同时本文所描述的塔机配合甭管的入仓方式具有甭管安拆少、施工快速高效、受地形条件限制小及混凝土施工质量保证率高等优点，可在需采用泵送且体量较大的混凝土结构施工中推广运用。