超厚层高自密实混凝土堆石坝的施工方法

王 涛

(北京金河水务建设集团有限公司，北京 102206)

1 工程概况

1 050 m塘坝工程修建在佛峪口沟支沟上，用于调蓄通过管廊输送到赛区的造雪用水。通过引水管线及泵站等工程将外部调水在赛区内进行调蓄，并输送到国家高山滑雪中心造雪系统前水池提供水源。

1 050 m塘坝采用新型的堆石混凝土材料3级重力坝。见表1。

表1 塘坝参数表

坝轴线长77 m，沿坝轴线方向共有3个坝段；最大坝高58 m，坝顶宽度5.0 m，坝顶高程1 053.00 m，防浪墙顶高程1 054.20 m。上游坝面在1 020 m高程以上为铅直面，以下设坡比1∶0.2的贴脚；下游坝面坡比1∶0.75。

塘坝主体部分采用C15堆石混凝土结构，坝基垫层为厚2.0 m的C25(R90W10F300)混凝土，上下游贴面采用厚1.0 m的C25(R90W10F300)钢筋混凝土结构。见图1。

图1 坝体结构图

2 采用超厚层堆石混凝土施工的原因

与自密实混凝土相比，堆石混凝土的抗冻性能更优[1]。

常规堆石混凝土技术中堆石混凝土浇筑层厚1～1.5 m，常态混凝土和堆石混凝土分期二次浇筑，施工工期较长，不能满足2020年11月份国家组织的冬季延庆杯测试赛要求。

通过高自密实混凝土堆石坝新技术减少了浇筑次数，降低了交叉施工时间，提高工作效率，缩短了工期且具有较好的环保效益和经济效益。

3 施工规划

施工前的总构想和规划，是项目管理的关键，也是项目有条不紊按质、按期完成的保障。

根据重力坝的结构，堆石混凝土坝的工序繁多，施工要严格按照顺序施工。首先对项目进行分解，包括堆石混凝土工程、常态混凝土工程、止水埋件、输水消力池工程、灌浆工程、管线工程、廊道工程、竖井溢洪洞工程等，将项目向下分解为最小的作业单元(工作包)，在此基础上进行工程量计算，确定资源配置，包括劳动力、机械台班、各种材料、构件等的需要量和供应方案；对现场环境、自然条件进行分析，分别考虑有利条件和不利条件，对不利条件进行重点研究，制作方案克服劣势。

通过以上分析，充分考虑技术间歇时间、组织间歇时间、流水强度等参数，对施工段进行划分，确定合理的工作面，使各项工作搭接有序，连续均衡施工。

在规划阶段完成工程量计算和资源配置；多方案比选，择优确定施工方案，选择配套的施工机具，施工道路规划；由整体到局部安排施工顺序；编制施工进度计划，找出关键线路，确定需要的人力、材料、机械用量；确定施工平面布置；制定有效的质量、安全技术措施。

以本工程为例，混凝土分仓考虑浇筑工艺、结构尺寸、仓体工程量的变化等因素共分为25层。其中，第1层为垫层，第25层为1 m常态混凝土覆盖层；堆石混凝土3 m/层，最大仓堆石量2 600 m3，最小仓500 m3，施工时要考虑每层堆石混凝土的工程量的变化趋势，由小变大、由大变小的过程，施工难度也会随之变动，提前做好应对措施。

堆石混凝土坝重点考虑石料运输和混凝土浇筑。

石料运输远距离选择大型自卸车为主，入仓有反铲配合自卸车直接入仓，垂直运输系统直接吊装入仓。选择自卸车直接入仓的效率高，入仓石料可达1 000 m3/d，塔机吊运块石和浇筑混凝土的能力为200～300 m3/d。有条件的优选自卸车入仓，入仓道路在坝基开挖时就开始规划，借助两岸边坡，顺延等高线修成之字形道路，在入仓口动态布设和调整。本工程采用顺延等高线修筑坝后路自卸车入仓，反铲、液压抓斗配合入仓。

自密实混凝土使用强制式搅拌机集中拌制，拌和楼应具备自动计量系统，拌和能力和现场需求相适应。混凝土浇筑方式，当在坝体附近建站距离较短时，用地泵管直接入仓；本工程由于场地狭小，周边施工单位较多，采用的商品混凝土由混凝土旋转罐车运输，地泵和天泵入仓。运输过程中应避免离析，其运输设备应与生产、浇筑以及自密实性能稳定性的要求相匹配。自密实混凝土的供应速度应保证施工的连续性，一个仓号应一次浇筑完成。

堆石混凝土坝宜选用悬臂模板，模板强度高、稳定性好、仓面平顺、外观符合要求。本工程选择的是可调悬臂模板，模板高度可根据实际高度在2～4 m间调整，模板宽度3 m，单重2.6 t，受力螺栓直径为36 mm，预埋螺栓直径为27 mm，预埋螺栓尾部法兰直径110 mm。受力螺栓使用的材料是40Cr钢，预埋螺栓使用的材料是30CrMnSi钢，预埋螺栓埋深300 mm。

考虑钢筋等材料的运输、模板安装、廊道预制构件的吊装选配了两台7050塔机。

4 施工准备

4.1 技术准备

超厚层高自密实混凝土工艺性实验方案，高自密实混凝土配合比、进度计划，资源分配优化，质量、安全计划、保证措施。

4.2 现场准备

基础验收合格后，做好风、水、电布置，石料来源，质、量分析，入仓方式，施工道路规划及修筑，垂直提升系统架立，混凝土生产、运输、浇筑等的准备。

对原材料提前做好进场验收、模板质量检验、现场适配等工作。

5 施工工艺

测量放样→基础面处理→模板、免拆模板安装→堆石入仓→廊道安装(若有)→常态混凝土、自密实混凝土拌和→混凝土运输→常态混凝土、自密实混凝土浇筑→混凝土养护→进入下循环

主要工序为：石料入仓码放和自密实混凝土的生产、运输、浇筑。

本工程所采用的堆石混凝土坝施工技术主要分为3个部分组成：第一部分为高自密实混凝土浇筑施工；第二部分为装配式廊道施工；第三部分为不同类型混凝土连续浇筑施工。

堆石混凝土施工工艺原理，先将混凝土模板进行安装完毕(留一定的石料入口后封口)，再将不同类型混凝土利用免拆收口模板分隔形成不同的仓体，采用机械在仓面堆成一定高度的堆石体(最高可达3 m)，如果堆石层有廊道则利用堆石的时间，快速将廊道安装就位，然后浇筑常态混凝土和高自密实混凝土，常态混凝土按常规振捣施工，高自密实混凝土依靠自重流动，均匀地完全填充到堆石体的空隙，经过硬化形成堆石混凝土。常态混凝土和高自密实混凝土通过免拆模板的嵌锁网格结合到一起，使堆石混凝土和常态混凝凝土形成一体。

6 施工顺序

根据大坝布置、结构特点及施工总体规划，大坝施工程序采用由低向高整体上升，竖井、平洞、帷幕灌浆洞平行施工。具体施工程序为：首先进行中间坝段覆盖层施工，施工前准确的埋置观测设备，安装止水，覆盖层完成具备条件后进行固结灌浆，然后浇筑堆石砼施工，迎、背水面混凝土防渗层与堆石混凝土同步进行浇筑，在到一定高程后视情况分段流水或全段平起施工，固结灌浆穿插其间。观测设备、预埋件、止水等交错进行。坝体帷幕灌浆在廊道完成后进行，坝前堆石混凝土穿插空闲时间填筑完成。

7 控制重点

7.1 原材质量控制

石料：石料必须保证清洁、湿润，石料应在源头加以控制，用钢制条筛筛除逊径，用水冲洗后装车，不洁之料不得入车，以减少中间处理的时间。不宜在中途和仓面用水冲洗，在中途冲洗泥巴通过汽车轮胎带到仓内，如在仓内冲洗，会将杂物冲到仓底部聚集，形成难以清理的质量薄弱部位。仓内如发现逊径、杂物应人工清除，不洁部位用抹布擦洗干净。

在块石进仓前，首先对进仓块石进行全面检查，块石材质应新鲜、完整、质地坚硬无剥落层和裂纹，堆石料粒径不宜小于300 mm[2]，最大粒径不应超过结构断面最小边长的1/4，对针片状、大平面的石料加以处理，大平面禁止紧贴平放在混凝土面上，所堆石块大小应均匀分布，粒径小的石块应不集中[3]。

混凝土：拌和前对原材料质量要严加控制，掺和料主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、磷渣粉、火山灰、复合矿物掺和料等[4]，掺用的品种应经试验确定。粗骨料宜采用连续级配且最大粒径不宜大于20 mm，对骨料的针片状颗粒含量≤8%，含泥量≤1%，泥块含量≤0.5%；细骨料宜采用级配Ⅱ区的中砂,细骨料应级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孔隙率小。细骨料中的含泥量对混凝土的性能影响较大应特别重视，砂含泥量≤3%，泥块含量≤1%；人工砂中的适量石粉能改善混凝土的工作性，但过量的石粉会因吸附更多的水分，导致混凝土工作性变差，用人工砂的MB测试结果检测石粉含量是否在控制范围之内，加以控制；水泥宜选用硅酸盐、普通硅酸盐水泥；掺和料选用Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，外加剂选用聚羧酸系高性能减水剂[4]。

7.2 配合比控制

超厚层高自密实混凝土堆石坝的施工方法的实现关键取决于高自密实混凝土的性能，高自密实混凝土拌和的依据是配合比，自密实混凝土配合比是根据工程实际应用的原材料，结合工程结构形式、施工工艺及环境因素进行配合比设计。高自密实混凝土强度等级采用90 d龄期80%保证率150 mm立方体试件抗压强度确定。

首先计算初始配合比，经试验室适配，调整得出满足自密实性能要求的基准配合比，经强度、耐久性复核得到设计配合比，然后根据施工现场生产系统的实际情况进行调整修正，得到最终施工配合比。自密实混凝土性能对用水量较为敏感，施工时必须严格根据骨料含水率调整拌和用水量，此外天气变化较大时或者取料部位发生变化时，应及时对骨料含水量进行重新测定调整实际用水量。

自密实混凝土的关键性能坍落扩展度范围控制在650～750 mm，V形漏斗通过时间7～25 s。

7.3 施工过程控制

石料运输过程中，为了保护坝前防渗层，汽车入仓卸料一般不进入坝体，如果自卸车进入坝体也在坝后进入，卸料点布设缓冲层，用大面积厚2.5 cm铁板(8 m×15 m)在底部垫废旧轮胎缓冲，铁板上冲击的碎料收集到一起，最后清除掉。卸料后用挖掘机平仓、倒运。靠近模板、狭窄部位用液压抓斗摆放，堆石厚度可达3 m，机械达不到的部位可用人工配合，但要保证人员安全。

悬臂钢模板根据结构尺寸进行配模，模板验收时主要检查外型尺寸、锚栓的位置、边框连接孔的位置、板面平整度、边框直线度、板面处理、预埋螺栓位置等，确保进场后的模板满足施工要求。

自密实混凝土浇筑时要连续不间断，采用泵送效率较高、质量好，在浇筑前先用自密实砂浆将输送泵管润滑通畅，然后泵送自密实混凝土入仓。采用泵送浇筑混凝土时，最大自由落下高度宜在5 m以下，浇筑点应均匀布置，浇筑点间距不宜超过3 m。在浇筑过程中应遵循从上游至下游单向逐点浇筑的原则，每个浇筑点浇满后方可移动至下一浇筑点浇筑，浇筑点不重复使用。当分层连续浇筑混凝土时，为使上下层混凝土一体化，应在下一层混凝土初凝前将上一层混凝土浇筑完毕。

堆石混凝土收仓时，除达到结构物设计顶面以外，高自密实性能混凝土浇筑宜以大量块石高出浇筑面50～150 mm为宜，浇筑时可控制混凝土面低于石块顶点10～20 cm[5]，以加强层面结合，堆石混凝土抗压强度达到2.5 MPa以前，不得进行下一仓面的准备工作。

浇筑过程中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，弃置到指定地点。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，应采取加强措施(如添加外加剂、重新拌和等)，以保证质量。

混凝土达到2.5 MPa时才能进行冲毛处理，冲毛达到的标准为混凝土表面无乳皮，微露粗砂，同时清除表面松动的块石，最后冲去乳皮和灰浆，直到混凝土表面水由浑变清为止，进行下一层施工。

8 结 语

此次堆石混凝土坝施工后，对其质量进行了检查验收，符合业主和设计的要求。施工工艺可靠，流程清晰，质量控制点明确，与常规施工相比能够缩短工期，可为同类工程提供参考，并为高程堆石类混凝土施工提供经验数据。